Modelo Atômico

Para entender os efeitos elétricos se faz necessário o compreendimento do átomo, pois é dele que surgem tais fenômenos. Mas do que é constituído o átomo? Ele é divisível ou não? Qual a diferença atômica entre condutores e isolantes? São essas perguntas que serão comentadas no post dessa semana.

O termo átomo foi criado pelos gregos antigos, pois eles acreditavam que toda a matéria seria composta por unidades indivisíveis. Quando os cientistas acharam uma unidade que eles acreditavam ser indivisível, eles colocaram o nome de átomo. Porém, com o tempo, descobriu-se que o átomo não era indivisível, mas aí o nome já tinha pegado.

O modelo atômico usado é bem simples. Os átomos possuem duas partes, que são um núcleo e uma eletrosfera. No núcleo existem os prótons (com cargas positivas) e os neutrons (sem cargas elétricas), e ele é responsável por 99,9% da massa de um átomo. O núcleo é mantido unido graças a forças nucleares intensas que impedem a repulsão elétrica entre os prótons. Já a eletrosfera é uma área afastada do núcleo onde residem os elétrons (com cargas negativas), que ficam "orbitando" o núcleo. Para efeito de comparação, se um núcleo fosse do tamanho de um limão (algo em torno de 3 cm de diâmetro) então os elétrons estariam orbitando a cerca de 3 Km de distância. Mas o que há nesse espaço entre o núcleo e os elétrons? Nada, há aí uma espécie de vávuo interatômico.



Vimos que o átomo é constituído por várias partes, mas ele pode ser efetivamente dividido? A resposta é sim! Por exemplo, no experimento do LHC (Large Hadron Collider), eles isolaram um próton, ou seja, tiram o elétron de um átomo de hidrogênio (fizeram um cátion de hidrogênio). Esse exemplo, mais outros exemplos já conhecidos de fissão nuclear, demonstram que é possível sim dividir um átomo.

Mas qual o papel deles nos fenômenos elétricos? Bom, são os átomos que definem como se dá a condução elétrica, determinando se um material é ou não um bom condutor. O que define a condutibilidade de um material são os portadores de carga livres, que são partículas possuidoras de carga elétrica e que tem facilidade de se movimentar por um material. No caso dos metais, os portadores de cargas livres são os elétrons da camada de valência (última camada eletrônica), que são fracamente ligados ao núcleo e tem facilidade em se despreender e se mover pelo metal, ou seja, tem facilidade em criar corrente elétrica. Já no caso da água com sal dissolvido (NaCl), os portadores de carga livres não são os elétrons em si, e sim os íons de Na+ e Cl-, que possuem carga e se movimentam pelo líquido. É interessante citar que a água pura (somente H2O, sem mais nenhum elemento) é um isolante elétrico, por não possuir portadores de carga livres.

Por que metais são em geral bons condutores? Por causa de sua ligação química, chamada de ligação metálica. Já comentamos que os metais possuem elétrons livres, ou seja, elétrons que estão fracamente ligados ao núcleo. Em um objeto de metal, esses elétrons são tão fracamente ligados que não são considerados como pertencendo a nenhum átomo em particular, pois ficam se movimentando aleatóriamente pelo material. Quando submetido a uma d.d.p., os elétrons passam a ter um movimento coordenado, indo do menor potencial para o maior potencial. Surge aí a corrente elétrica. Como os elétrons vão se chocando com os átomos durante o percurso, a vibração atômica aumenta e, com isso, a temperatura do material também aumenta.

Já os isolantes (como vidro, mica, madeira, etc.) não possuem nenhum portador de cargas livres, já que seus elétrons estão fortemente ligados aos núcleos atômicos e também não possuem íons que possam se movimentar pelo material. Logo, para esses materiais conduzirem corrente elétrica, é preciso uma enorme força (d.d.p.) para arrancar os elétrons das órbitas. Mas lembre-se, com tensão suficiente, todo isolante pode se tornar condutor!

Falamos anteriormente que a passagem de corrente elétrica faz a temperatura aumentar. Agora vamos comentar como esse aumento de temperatura geralmente aumenta a resistência de um material.
Quando a temperatura aumenta, a vibração dos átomos aumenta também (já que essa é a definição de temperatura). Mas a vibração desses átomos começam a dificultar a passagem de elétrons, pois os mesmos acabam tendo "menos espaço" para se locomover. Esse aumento na dificuldade da passagem de elétrons (e, por consequência, dimunuição da corrente), resulta no aumento da resistência.
Há porém materiais em que o aumento da temperatura causa queda na resistência. Isso se dá por que o aumento da temperatura causa a "liberação" de mais elétrons, que passam a ficar disponíveis para o transporte de corrente.