A evolução dos modelos atômicos

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“Atomística e Radioatividade”
Profa. Núria Galacini
Profa. Samara Garcia
A evolução dos modelos atômicos
Demócrito: no século IV a.C. afirmava que a matéria era
composta de partículas indivisíveis, o átomo.
A evolução dos modelos atômicos
John Dalton: em 1808 formulou uma definição acerca dos
átomos:
 Os elementos são constituídos por partículas extremamente
pequenas, chamados átomos.
 Todos os átomos de um dado elemento são idênticos, têm o
mesmo tamanho, massa e propriedades químicas.
 Os átomos de um elemento são
diferentes dos átomos de outro
elemento qualquer.
A evolução dos modelos atômicos
 Os compostos são constituídos por átomos de mais de um
elemento.
 Em qualquer composto a razão entre o número de átomos
de qualquer dos elementos é um número inteiro, ou uma
fração simples.
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Modelo atômico de John Dalton: bola de bilhar
Segundo Dalton, o átomo
seria uma esfera uniforme,
como uma bola de bilhar.
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J.J. Thomson: em 1897, ele demonstrou que o átomo não era
indivisível (descoberta do elétron) :
http://www.youtube.co
m/watch?v=9zHJ1x-Agk&feature=related
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Tubo de raios catódicos:
Partículas emitidas pelo cátodo são dirigidas para o ânodo. Um orifício
permite que estas partículas o atravessem, originando o raio catódico. Este
raio atinge uma placa fluorescente. Colocando um campo elétrico no
caminho do raio catódico, este é atraído pelo prato possuindo carga positiva
e repelido pelo prato de carga negativa, indicando que se trata de
partículas carregadas negativamente: os elétrons. Sendo os átomos
eletricamente neutros, então cada átomo deveria conter igual número de
cargas positivas e negativas.
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Modelo atômico de J.J. Thomson: pudim de passas (ou
ameixas?)
Segundo
Thomson,
o
átomo seria como um
“pudim de passas”, ou seja
os elétrons deveria estar
“encrustrados” numa esfera
uniforme e positiva.
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Descoberta do próton: Em 1886, o físico alemão Eugen
Goldstein, usando uma aparelhagem semelhante à de
Thomson, observou o aparecimento de um feixe luminoso no
sentido oposto ao dos elétrons. Concluiu que os
componentes desse feixe deveriam apresentar carga elétrica
positiva.
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Em 1904, Ernest Rutherford, ao realizar o mesmo
experimento com o gás hidrogênio, detectou a presença de
partículas com carga elétrica positiva ainda menores, as
quais ele denominou prótons. A massa de um próton é
aproximadamente 1 836 vezes maior que a de um elétron.
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Experimento de Rutherford: Em 1910, Rutherford decide
usar partículas α (emitidas por átomos radioativos) para
provar a estrutura do átomo. Para isso bombardeou finas
películas de ouro com estas partículas α, sendo os
resultados surpreendentes: a maioria das partículas
atravessava a película, algumas mudavam de direção, e
outras (poucas) voltavam para trás.
http://www.youtube
.com/watch?v=Q8
RuO2ekNGw
A evolução dos modelos atômicos
As observações feitas durante o experimento
Rutherford a tirar uma série de conclusões:
levaram
A evolução dos modelos atômicos
Modelo atômico de Ernest Rutherford: sistema solar
Rutherford propôs assim,
que as cargas positivas
estavam concentradas num
núcleo, na parte central do
átomo.
A evolução dos modelos atômicos
... apesar do sucesso de Rutherford, na tentativa de explicar a
estrutura
do
átomo,
continuavam
muitos
aspectos
por
esclarecer. Por exemplo, sabia-se que o hidrogênio continha
um próton e o hélio 2 prótons, mas a relação de massas não
era de 2:1 mas sim de 4:1 (despreza-se a massa dos elétrons
que é muito pequena comparada com a dos prótons)...
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... isto só foi resolvido com a descoberta do nêutron por
Chadwick, em 1932. Chadwick bombardeou uma película de
berílio com partículas α, e o metal emitia uma radiação
altamente energética, constituída por partículas neutras, e com
uma massa ligeiramente superior à do próton: o nêutron.
A evolução dos modelos atômicos
...com esta descoberta, a constituição do átomo ficou
definitivamente estabelecida: os átomos são constituídos por
núcleos muito pequenos e muito densos, cercados por
“nuvens” de elétrons a distâncias relativamente grandes do
núcleo. Todos os núcleos contêm prótons. Núcleos de todos os
átomos, exceto o hidrogênio, contêm também nêutrons.
A evolução dos modelos atômicos
Niels Bohr: em 1913, propôs um novo modelo atômico,
relacionando a distribuição dos elétrons na eletrosfera com sua
quantidade de energia.
A evolução dos modelos atômicos
O modelo atômico de Bohr: esse modelo baseia-se nos
seguintes postulados:
 Os elétrons descrevem órbitas circulares ao redor do núcleo.
 Cada uma dessas órbitas tem energia constante. Os elétrons
que estão situados em órbitas mais afastadas do núcleo
apresentarão maior quantidade de energia.
 Quando um elétron absorve certa quantidade de energia, salta
para uma órbita mais energética. Quando ele retorna à sua
órbita original, libera a mesma quantidade de energia, na forma
de onda eletromagnética (luz). Essas órbitas foram
denominadas níveis de energia. São conhecidos sete níveis de
energia ou camadas, denominadas K, L, M, N, O, P e Q.
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O modelo de Böhr permite relacionar as órbitas (níveis de
energia) com os espectros descontínuos dos elementos.
Radioatividade
Breve Histórico:
 1896: Antoine-Henri Becquerel percebeu que
um sal de urânio sensibilizava o negativo de
um filme fotográfico, recoberto por papel
preto ou por uma fina lâmina de metal. As
radiações
emitidas
apresentavam
propriedades semelhantes à dos raios X, e foi
denominada radioatividade.
 1897: Marie Sklodowska Curie demonstrou
que a intensidade da radiação é proporcional
à quantidade de urânio na amostra e concluiu
que a radioatividade é um fenômeno atômico.
Radioatividade
Breve Histórico:
 1897: Ernest Rutherford criou uma aparelhagem para
estudar a ação de um campo eletromagnético sobre as
radiações:
Radioatividade
partículas: possuem massa
radiação: não possui massa
Radioatividade
Leis da Radioatividade
Primeira lei: a emissão de partícula alfa (α)
O átomo de um elemento radioativo, ao emitir uma partícula α,
dá origem a um novo elemento que apresenta n° de massa (A)
com 4 unidades a menos e n° atômico (Z) com 2 unidades a
menos.
Genericamente, tem-se:
Exemplo:
Leis da Radioatividade
Segunda lei: a emissão de partícula beta (β)
Nessa emissão, um nêutron se decompõe, originando um
próton que permanece no núcleo, um elétron e uma
subpartícula denominada antineutrino. Todos eles são
emitidos:
Se um átomo de um elemento radioativo R emite uma partícula
β (um elétron), dá origem a um novo elemento S com o mesmo
n° de massa (A) e com o n° atômico (Z) uma unidade maior.
Genericamente, tem-se:
Leis da Radioatividade
Segunda lei: a emissão de partícula beta (β)
Exemplo:
Obs.: Como as radiações γ são ondas eletromagnéticas, sua
emissão não altera nem o n° atômico nem o n° de massa do
átomo. Por esse motivo, sua emissão não costuma ser
representada por equações.
Cinética das desintegrações radioativas
Tempo de meia-vida ou período de semi-desintegração
(P ou t1/2): é o tempo necessário para que a metade dos
núcleos radioativos se desintegre, ou seja, para que uma
amostra radioativa se reduza à metade.
Cinética das desintegrações radioativas
Exemplo: decaimento de uma amostra de 16 g de fósforo32, que se reduz a 8 g em 14 dias, originando o enxofre-16.
Assim sua meia-vida é de 14 dias.
Fissão Nuclear
“Divisão” de um átomo de grande massa atômica, com
grande liberação de energia.
Fissão Nuclear – Bomba Atômica
Em 1945, os Estados Unidos conseguiram obter as massas críticas de
urânio e de plutônio necessárias para produzir a reação em cadeia. Foi
produzida, então, a primeira bomba atômica, detonada em 16 de julho de
1945 no deserto do Novo México. A ideia de apressar o término da Segunda
Guerra Mundial levou o presidente americano Harry Truman a ordenar o
lançamento de bombas atômicas sobre o Japão. Em 6 de agosto do mesmo
ano foi lançada sobre Hiroshima uma bomba atômica de urânio chamada
Littleboy. A bomba detonada sobre Hiroshima tinha 7 quilogramas de urânio235 e um poder destrutivo equivalente a 20 mil toneladas de TNT (20
quiloton), que provocou a morte imediata de aproximadamente 100 mil
pessoas. Três dias depois, foi lançada outra bomba atômica de plutônio
sobre a cidade de Nagasaki, resultando na morte imediata de 20 mil
pessoas.
Fissão Nuclear – Bomba Atômica
A seqüência a seguir mostra os eventos que ocorrem na
explosão de uma bomba atômica:
Fusão Nuclear
Praticamente toda a energia que a Terra recebe do Sol é
produzida num processo denominado fusão nuclear:
Esse processo libera quantidades de energia ainda maiores que a
fissão nuclear. Um grama de hidrogênio, através da fusão, libera
uma quantidade de energia igual à liberada na queima de 20 t de
carvão. A primeira aplicação desse processo pelo ser humano foi
na bomba de hidrogênio.
Uma das possibilidades de uso da fusão nuclear seria em
equipamentos nos quais a reação possa ser controlada,
aproveitando-se a gigantesca quantidade de energia liberada. A
construção desses reatores de fusão nuclear, no entanto,
apresenta uma série de dificuldades. Uma delas é a adequação do
material constituinte do recipiente no qual a fusão deve ocorrer,
pois a temperatura atinge valores muito elevados.
Exercícios
(ITA - 2010) Historicamente, a teoria atômica recebeu várias contribuições de
cientistas.
Assinale a opção que apresenta, na ordem cronológica CORRETA, os nomes de
cientistas que são apontados como autores de modelos atômicos.
a) Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr.
b) Thomson, Millikan, Dalton e Rutherford.
c) Avogadro, Thomson, Bohr e Rutherford.
d) Lavoisier, Proust, Gay-Lussac e Thomson.
e) Rutherford, Dalton, Bohr e Avogadro.
Exercícios
(PUC-RJ - 2009) Na produção de fogos de artifício, diferentes metais são
misturados à pólvora para que os fogos, quando detonados, produzam cores
variadas. Por exemplo, o sódio, o estrôncio e o cobre produzem, respectivamente,
as cores amarela, vermelha e azul.
Se a localização dos elétrons num determinado nível depende da sua quantidade
de energia, é incorreto afirmar que:
a) quando a pólvora explode, a energia produzida excita os elétrons dos átomos
desses metais, fazendo-os passar de níveis de menor energia para níveis de maior
energia.
b) os níveis de menor energia são aqueles mais próximos do núcleo, e os níveis de
maior energia são aqueles mais distantes do núcleo.
c) quando o elétron retorna para o estado fundamental, ele cede energia
anteriormente recebida sob a forma de luz.
d) a luminosidade colorida nos fogos de artifício não depende do salto de elétrons
de um nível para outro.
e) no laboratório, o estrôncio poderia ser identificado pela coloração vermelha
quando este recebe o calor de uma chama.
Exercícios
(Fuvest - 2010) A proporção do isótopo radioativo do carbono (14C), com meia-vida
de, aproximadamente, 5.700 anos, é constante na atmosfera. Todos os organismos
vivos absorvem tal isótopo por meio de fotossíntese e alimentação. Após a morte
desses organismos, a quantidade incorporada do
14C
começa a diminuir
exponencialmente, por não haver mais absorção.
a) Balanceie a equação química da fotossíntese e destaque nela o composto em
que o 14C foi incorporado ao organismo.
b) Por que um pedaço de carvão que contenha 25% da quantidade original de14C
não pode ser proveniente de uma árvore do início da era cristã?
c) Por que não é possível fazer a datação de objetos de bronze a partir da avaliação
da quantidade de14C?