Modelo Atômico Neste capítulo compreenderemos a estrutura da

Modelo Atômico
Neste capítulo compreenderemos a estrutura da matéria através da evolução do modelo atômico. Neste
contexto, entenderemos o porquê de várias cores quando se explode fogos de artifícios. Também
estudaremos a representação de um elemento químico, isto é, o significado dos números que
acompanham os símbolos químicos, além, das semelhanças entre átomos entendendo a nomenclatura
isótopos, isóbaros e isótonos. E por fim, aprenderemos como a relação de cargas em um átomo pode
gerar novas espécies químicas como os cátions e os ânions.
Módulo 1: Modelos Atômicos
A Química é a ciência que estuda os materiais que formam o universo, isto é, o que denominamos de
matéria. Esta é definida como qualquer material que possui massa e ocupa lugar no espaço e o estudo de
sua composição se faz necessário para entendermos alguns fenômenos, como, por exemplo, por que os
fogos de artifício emitem várias cores diferentes ou porque alguns materiais enferrujam e outros não.
Mas afinal, do que é formada a matéria?
A matéria é formada por átomos e o estudo de sua composição se faz pelo uso de modelos teóricos que
são uma maneira de imaginar como deve ser o mundo microscópico para melhor explicar as
manifestações macroscópicas.
As primeiras ideias sobre o átomo surgiram na Grécia antiga por volta de 400 a.C. com os filósofos
Leucipo e Demócrito, na tentativa de explicar do que as coisas são feitas a partir, provavelmente, da
seguinte situação: ao quebrar uma pedra, alguém pensou: “e se eu continuar quebrando a pedra em
pedaços cada vez menores?”. Para responder a essa pergunta, Leucipo e Demócrito propuseram que a
matéria não poderia ser dividida infinitamente, mas partindo-a várias vezes, chegaríamos a uma partícula
muito pequena: uma esfera indivisível, impenetrável e invisível, que eles chamaram de átomo (do grego
‘’a’’ = não / ‘’tomo’’ = divisão).
Essas previsões que os filósofos gregos fizeram a respeito da composição da matéria se basearam
apenas em observações, sendo assim, eles nunca chegaram a ver as partículas indivisíveis, os átomos.
Assim, o conjunto de informações que possibilitavam as previsões, baseadas nas observações da
natureza, a ciência denominou de modelo.
Os modelos resultaram em um grande avanço para a humanidade, pois através deles foi possível uma
infinidade de acertos sobre o compartamento da matéria na natureza e seus fenômenos, deixando de
lado uma série de explicações místicas utilizadas pelo homem até então.
Modelo atômico de John Dalton
Em 1807, John Dalton retomou o conceito de átomo proposto pelos filósofos gregos na tentativa de
explicar o trabalho experimental do cientista Lavoisier intitulado a Lei da Conservação de Massa (ou Lei
de Lavoisier), proposta e observada nas transformações químicas. Essa lei, publicada em 1774, dizia:
“Numa reação química a massa se conserva porque não ocorre criação nem destruição de átomos. Os átomos são
conservados, eles apenas se rearranjam. Os agregados atômicos dos reagentes são desfeitos e novos agregados
atômicos são formados.”
Ao contrário dos filósofos gregos, Dalton pautou suas conclusões a respeito da composição da matéria
em métodos científicos de resoluções de problemas, introduzidos por Lavoisier, o pai da Química. Como
exemplo, Lavoisier mostrou que a massa perdida pela queima da madeira (massa sólida) é, na verdade
transformada em massa gasosa, contrariando os que achavam que a massa fosse uma propriedade
variável. A partir deste e de outros experimentos de Lavoisier, Dalton concluiu que a matéria é constituída
de unidades elementares que possuem massas definidas e que deveriam ser indestrutíveis.
Assim, Dalton propôs seu modelo do que acreditava ser composta a matéria:




Os átomos são a menor porção da matéria, logo indivisíveis e indestrutíveis;
Representados por esferas maciças;
Os elementos químicos eram formados por átomos idênticos em todos os seus aspectos, principalmente
em massa;
As moléculas representam a identidade química das substâncias, sendo formadas por combinações em
proporções numéricas simples, ou seja, 1:1, 1:2...;
Figura 1: Alguns dos símbolos atômicos de Dalton para os
elementos químicos e seus compostos.

Em uma reação química ocorre o rearranjo atômico para a formação de novas substâncias;
SAIBA UM POUCO MAIS
John Dalton foi um Químico, Físico e professor inglês (6/9/1766-27/7/1844). Responsável pela elaboração
da moderna teoria atômica da matéria. Nasce em Eaglesfield e estuda na Quaker''s School de Eaglesfield.
Dedica a vida ao ensino e à pesquisa, dando aula em Kendal e Manchester. Desenvolve trabalhos
significativos nas áreas de meteorologia, física, gramática e lingüística, além da química. Apesar de
conhecida entre os cientistas da época a idéia de que a matéria se compõe de átomos, é Dalton quem
estabelece seu modelo definitivo.
Apresenta sua Teoria Atômica em uma série de conferências
realizadas na Royal Institution de Londres entre 1803 e 1807. Seu
nome entra para a história da ciência também por causa da
descoberta e descrição do daltonismo, deficiência visual para
diferenciar as cores, da qual é portador.
Percebe o problema ainda jovem e, ao pesquisar o fenômeno em
outras pessoas, observa que algumas sofrem de daltonismo apenas
em circunstâncias especiais e que a cegueira cromática é mais
acentuada no campo do vermelho (protanopsia) ou do verde
(deuteranopsia).
Fonte: http://www.algosobre.com.br/biografias/john-dalton.html
As ideias de Dalton, no entanto, somente explicavam os fenômenos relativos as proporções em massas
nas reações químicas, não explicando a natureza elétrica observada na matéria, portanto, seu modelo
considerava o átomo neutro.
Modelo Atômico de Thomson
A natureza elétrica da matéria era conhecida desde o século VI a.C. pelo filósofo grego Tales de mileto
que havia percebido este fenômeno atritando um bastão de resina de âmbar com a pele de um animal.
Porém, este fenômeno da matéria não era explicado pelo modelo atômico de Dalton, o que gerou uma
série de experimentos para explicar a natureza elétrica da matéria.
O fenômeno elétrico pode ser observado quando atritamos um material em outro porque toda a matéria
contém partículas de cargas elétricas que se neutralizam. Quando ocorre o atrito algumas partículas
tendem a migrar de um corpo para outro, tornando-os eletrizados.
Figura 2: Bastão de vidro atritado atraindo uma bolinha de isopor
Tentando explicar este fenômeno, J.J.Thomson realizou um experimento com vários gases rarefeitos, isto
é, a baixas pressões com o intuito de verificar as descargas elétricas em gases. O experimento foi
realizado em uma ampola de vidro chamada de Ampola de Crookes, que contém dois eletrodos: o cátodo
(eletrodo negativo) e o ânodo (eletrodo positivo), como na figura abaixo:
Figura 3: Ampola de Crookes
(fonte: http://enciclopediavirtual.vilabol.uol.com.br/quimica/atomistica)
Thomson observou que quando produziu uma descarga elétrica no interior do tubo houve a formação de
uma intensa luminosidade vinda do cátodo, que foi chamada de raios catódicos, em direção do ânodo.
Figura 4: Luminosidade dos raios catódicos incidindo na parede do tubo.
(fonte: http://enciclopediavirtual.vilabol.uol.com.br/quimica/atomistica)
Com uma série de experimentos complementares no tubo de Crookes, Thomson pode verificar a natureza
dos raios catódicos chegando às seguintes conclusões:
- Os raios catódicos propagam em linha reta, pois ao incidirem em um anteparo produzem uma sombra
na parede oposta
- Ao incidirem em uma ventoinha os raios catódicos provocam seu movimento, podendo concluir que os
mesmos possuem massa
- Os raios catódicos possuem carga elétrica negativa, pois sofrem desvios para a placa carregada
positivamente:
Com estes experimentos Thomson pode determinar a relação entre a massa (m) e a carga (q) dos raios
catódicos, verificando que a razão q/m é a mesma para qualquer gás utilizado nos experimentos,
concluindo que os raios catódicos eram oriundos do que ele chamou de elétron vindo do átomo. Assim, o
átomo seria divisível e dotado de carga elétrica.
Em 1903 Thomson propôs um novo modelo para o átomo, baseado nas observações de seus
experimentos, concluiu que o átomo seria uma massa esférica de carga positiva tendo partículas
negativas, os elétrons, “presos”. Porém, o átomo seria neutro, pois o número de cargas positivas e
negativas seria igual.
Figura 5: Representação do modelo atômico de Thomson
SAIBA UM POUCO MAIS
Físico britânico (18/12/1856-30/8/1940). Prêmio Nobel de Física de 1906. Sua descoberta do elétron
como partícula integrante do átomo, carregada eletricamente, acelera os achados subseqüentes sobre a
estrutura do núcleo atômico.
Nasce em Cheetham Hill, perto de Manchester, e estuda no Owens College e na Universidade de
Cambridge - nesta ensina matemática e física experimental. Em 1884 é nomeado diretor do Laboratório
Cavendish, em Cambridge, onde começa a pesquisar os raios catódicos. Três anos depois, vai além de
demonstrar que eles são partículas de rápido movimento.
Ao medir sua velocidade e carga específica, deduz que esses corpúsculos,
chamados elétrons, são cerca de 2 mil vezes menores que o átomo de hidrogênio, a
menor partícula até então conhecida. Prova também que a interação entre elétrons e
matéria produz raios X, que, ao interagir com a matéria, geram elétrons. Em 1908
recebe o título de sir.
Entre 1905 e 1918, leciona filosofia natural no Instituto Real da Grã-Bretanha. Deixa a instituição para
assumir o cargo de diretor do Trinity College, que ocupa até morrer, em Cambridge.
Em um primeiro momento Thomson achou que a descoberta do elétron não seria de grande importância
declarando em entrevista:
“Poderia alguma coisa à primeira vista parecer menos prática que um corpo que só existiria em vasos nos quais
extraímos quase todo o ar, exceto uma fração diminuta; o qual é tão pequeno que sua massa é um fragmento
insignificante da massa de um átomo de hidrogênio, o qual por sua vez é tão pequeno que uma grande quantidade
destes átomos, igual em número à população de todo mundo, seria tão pequena para ser detectada por qualquer
método conhecido da Ciência?”
Fonte: http://www.algosobre.com.br/biografias/joseph-thomson.html
Modelo Atômico de Rutherford
Rutherford foi um dos alunos de Thomson no laboratório Cavendish tendo como assunto de pesquisa a
radioatividade. Seus trabalhos se concentravam no estudo da dispersão das partículas alfa que são
emitidas espontaneamente por núcleos radioativos.
Em 1898, Rutherford verificou que quando submetida a um campo elétrico a radiação sofre desvio, sendo
que as partículas alfas desviadas para a placa carregada negativamente, concluindo que as mesmas
possuíam carga positiva e que são pesadas por sofrerem um desvio não tão acentuado.
Conhecendo a natureza das partículas alfas Rutherford as utilizou em um experimento, onde as mesmas
eram dispersas em folhas de átomo de ouro.
O experimento consistia na emissão de partículas alfa por um núcleo radioativo, o polônio, sob uma folha
de ouro finíssima. Para verificar o que ocorria com as partículas alfas foi colocada uma tela fluorescente a
qual apresentava brilho quando ocorresse a incidência destas partículas.
Figura 6: Representação do experimento de Rutherford
(fonte: site menloschool)
Sabia-se que as partículas alfa são capazes de atravessar sólidos pouco espessos, assim esperava-se,
de acordo com o modelo de átomo proposto por Thomson, que a totalidade de partículas atravessasse a
folha de ouro sofrendo poucos desvios e em linha reta. Porém, o que foi observado foi a presença de um
grande número de desvios em relação ao que se esperava com angulação significativa e o retorno de
uma parcela destas partículas que nem chegaram a atravessar a folha de ouro, além da maiorias das
partículas alfa terem atravessado em linha reta a folha de ouro.
Com esses resultados Rutherford, em 1911, propôs um novo modelo para o átomo baseado em suas
observações experimentais:
1)
2)
Se a maioria das partículas alfa atravessaram a folha de ouro sem
sofrer qualquer desvio, significa que a folha de ouro não é constituída por átomos maciços e sim
por átomos com grandes espaços vazios. Tais espaços vazios foram chamados de eletrosfera.
Se as partículas alfa possuem carga positiva ao passarem próximo
de algo também de carga positiva as mesmas serão repelidas sofrendo fortes desvios e se as
mesmas se chocarem diretamente com algo maciço e positivo elas serão repelidas para trás.
Estão pequena porção do átomo de carga positiva e maciço foi chamado de núcleo.
3)
4)
Se o núcleo é positivo e o átomo é eletricamente neutro, Rutherford
propôs em seu modelo que ao redor do núcleo estariam girando os elétrons, que sendo negativo
neutralizaria as cargas positivas. Logo, os elétrons ocupariam a eletrosfera e por serem muito
pequenos não interfeririam na trajetória das partículas alfa.
Se o átomo é constituído de um grande vazio, o núcleo é pequeno
em relação ao átomo, concentrando toda a massa do mesmo. Já a massa do elétron em relação
a massa da carga positiva contida no núcleo é insignificante.
Figura 7: Representação do modelo atômico de Rutherford
(fonte: site menloschool)
A partícula de carga positiva contida no núcleo do átomo foi denominada de próton, sendo a mesma
descoberta somente em 1886 pelo físico alemão Eugen Goldstein.
Mas a partir das conclusões de Rutherford surge uma pergunta, se os prótons possuem carga positiva e
estão confinados em um pequeno volume de espaço, o núcleo, porque essas partículas não se repelem.
A resposta a essa questão foi desvendada somente em 1932 pelo cientista James Chadwick que
descobriu outra partícula constituinte do núcleo atômico, o nêutron, que não possui carga elétrica, mas
possui massa praticamente igual à de um próton.
Figura 8: Representação do núcleo do átomo de hélio: 2 prótons (+) e 2 nêutrons
FIQUE ATENTO
Valores aproximados de massa e carga das
partículas subatômicas
Partícula
Massa
Carga
Próton
1
+1
Nêutron
1
0
Elétron
-1
SAIBA UM POUCO MAIS
Ernest Rutherford foi um Físico neozelandês (30/8/1871-19/10/1937). Prêmio Nobel de Química de 1908.
Precursor das descobertas em física atômica com suas pesquisas sobre a radioatividade. Nasce em
Nelson, cidade portuária da ilha sul da Nova Zelândia, onde inicia o curso de física. Em 1895 muda-se
para a Inglaterra e completa os estudos na Universidade de Cambridge.
De 1898 a 1907 é professor de física da Universidade McGill, em Montreal, no Canadá. Revela o
fenômeno da radioatividade com base em pesquisas com o tório, feitas em colaboração com o químico
Fredericky Soddy, da universidade.
Em 1902, ambos conseguem provar que a radioatividade é um fenômeno que resulta da desintegração
espontânea de elementos químicos dos átomos em outros completamente distintos e também radioativos.
Apesar de ser um físico, recebe o Prêmio Nobel de Química em 1908, pelas pesquisas sobre a
radioatividade.
De volta a Cambridge em 1919, desenvolve a moderna concepção do átomo como
um núcleo em torno do qual elétrons giram em órbitas elípticas. No mesmo ano,
realiza a primeira transmutação induzida, também conhecida como reação nuclear:
bombardeia com partículas alfa um núcleo de nitrogênio e o transforma em
oxigênio.
Suas experiências levam à descoberta dos meios para a obtenção de energia
nuclear. Em 1931 é agraciado com o título de lorde de Nelson pela Coroa britânica.
Morre em Cambridge.
Em sua homenagem, o elemento químico 104 foi chamado de rutherfórdio (Rf). È
considerado o pai da Física nuclear.
Fonte: http://www.algosobre.com.br/biografias/ernest-rutherford.html
Divertimentos com o professor
1)
(UEL) O átomo contém um núcleo positivo, muito pequeno e denso,
com todos os prótons, que concentra praticamente toda a massa. Os “elétrons devem estar
distribuídos em algum lugar do volume restante do átomo.”
Esta afirmação é devida a:
a)
Rutherford
b)
Milikan
c)
Thomson
d)
Bohr
e)
Faraday
2) (UFRGS) A experiência de Rutherford, que foi, na verdade, realizada por dois de seus
orientados, Hans Geiger e Ernest Marsden, serviu para refutar especialmente o modelo
atômico
a) de Bohr.
b) de Thomson.
c) planetário.
d) quântico.
e) de Dalton.
3) (UFPRS) O bombardeamento da folha de ouro (Au) com partículas alfa, no experimento de
Rutherford, mostra que algumas dessas partículas sofrem desvio acentuado de seu trajeto, o
que é devido ao fato de que as partículas alfa
a) colidem com as moléculas de ouro.
b) têm carga negativa e são repelidas pelo núcleo.
c) não têm força para atravessar a lâmina de ouro.
d) têm carga positiva e são repelidas pelo núcleo.
e) não têm carga, por isso são repelidas pelo núcleo.
4) (FUVEST) Thomson determinou, pela primeira vez, a relação entre a massa e a carga do
elétron, o que pode ser considerado como a descoberta do elétron. É reconhecida como uma
contribuição de Thomson ao modelo atômico,
a) o átomo ser indivisível
b) a existência de partículas subatômicas
c) os elétrons ocuparem níveis discretos de energia
d) os elétrons girarem em órbitas circulares ao redor do núcleo
e) o átomo possuir um núcleo com carga positiva e uma eletrosfera
5) (PUC-MG) A teoria atômica de Dalton só está claramente expressa em :
a)
A formação dos materiais dá-se através de diferentes associações entre
ou não.
b)
O átomo possui um núcleo positivo envolto por órbitas eletrônicas.
c)
O número de átomos diferentes existentes na natureza é pequeno.
d)
Os átomos são partículas que não podem se dividir.
e)
Toda matéria é formada por partículas extremamente pequenas.
átomos iguais
Divertimentos Necessários
6) (UNB) A interpretação do experimento de identificação da presença de vitamina C
pressupõe a utilização de um modelo explicativo. Dalton (1766-1844), por exemplo, propôs um
modelo que considerava que os elementos químicos são formados por partículas indivisíveis,
denominadas átomos. A respeito desse assunto e considerando a equação química (H 2 + I2 →
2 HI), julgue os itens que se seguem.
1) Segundo o modelo proposto por Dalton, em uma reação como a representada no texto ,
nenhum átomo de qualquer elemento desaparece ou é transformado em átomo de outro
elemento.
2) Para Dalton, os átomos de iodo, hidrogênio, carbono e oxigênio poderiam ser reconhecidos
por possuírem partículas subatômicas diferentes.
3) Utilizando-se o modelo de Dalton para simbolizar uma das moléculas de ácido iodídrico
produzidas na reação química representada no texto , obtém-se, por exemplo, o desenho
abaixo.
7) (ITA) Considerando a experiência de Rutherford, assinale a alternativa falsa:
a) A experiência consistiu em bombardear películas metálicas delgadas com partículas alfa.
b) Algumas partículas alfa foram desviadas do seu trajeto devido à repulsão exercida pelo
núcleo positivo do metal.
c) Observando o espalhamento das partículas alfa, Rutherford concluiu que o átomo tem
densidade uniforme.
d) Essa experiência permitiu descobrir o núcleo atômico e seu tamanho relativo.
e) Rutherford sabia antecipadamente que as partículas alfa eram carregadas positivamente.
8) (UFMG) Na experiência de espalhamento de partículas alfa, conhecida como “experiência
de Rutherford”, um feixe de partículas alfa foi dirigido contra uma lâmina finíssima de ouro, e os
experimentadores (Geiger e Marsden) observaram que um grande número dessas partículas
atravessava a lâmina sem sofrer desvios, mas que um pequeno número sofria desvios muito
acentuados. Esse resultado levou Rutherford a modificar o modelo atômico de Thomson,
propondo a existência de um núcleo de carga positiva, de tamanho reduzido e com,
praticamente, toda a massa do átomo.
Assinale a alternativa que apresenta o resultado que era previsto para o experimento de
acordo com o modelo de Thomson.
a) A maioria das partículas atravessaria a lâmina de ouro sem sofrer desvios e um pequeno
número sofreria desvios muito pequenos.
b) A maioria das partículas sofreria grandes desvios ao atravessar a lâmina.
c) A totalidade das partículas atravessaria a lâmina de ouro sem sofrer nenhum desvio.
d) A totalidade das partículas ricochetearia ao se chocar contra a lâmina de ouro, sem
conseguir atravessá-la.
9) (UFSC) Uma das principais partículas atômicas é o elétron. Sua descoberta foi efetuada por J. J.
Thomson em uma sala do Laboratório Cavendish, na Inglaterra, ao provocar descargas de elevada
voltagem em gases bastante rarefeitos, contidos no interior de um tubo de vidro:
No tubo de vidro "A", observa-se que o fluxo de elétrons (raios catódicos) colide com um
anteparo e projeta sua sombra na parede oposta do tubo.
No tubo de vidro "B", observa-se que o fluxo de elétrons (raios catódicos) movimenta um catavento de mica.
No tubo de vidro "C", observa-se que o fluxo de elétrons (raios catódicos) sofre uma deflexão
para o lado onde foi colocada uma placa carregada positivamente.
Observando os fenômenos que ocorrem nos tubos, assinale com V (verdadeiro) ou F (falso) as
proposições adiante.
( ) gases são bons condutores da corrente elétrica.
( ) os elétrons possuem massa - são corpusculares.
( ) os elétrons possuem carga elétrica negativa.
( ) os elétrons partem do cátodo.
( ) os elétrons se propagam em linha reta.
( ) o cata-vento entrou em rotação devido ao impacto dos elétrons na sua superfície.
10) (UFMG ) Os diversos modelos para o átomo diferem quanto às suas potencialidades para
explicar fenômenos e resultados experimentais.
Em todas as alternativas, o modelo atômico está corretamente associado a um resultado
experimental que ele pode explicar, EXCETO em
a) O modelo de Rutherford explica por que algumas partículas alfa não conseguem atravessar
uma lâmina metálica fina e sofrem fortes desvios.
b) O modelo de Thomson explica por que a dissolução de cloreto de sódio em água produz uma
solução que conduz eletricidade.
c) O modelo de Dalton explica por que um gás, submetido a uma grande diferença de potencial
elétrico, se torna condutor de eletricidade.
d) O modelo de Dalton explica por que a proporção em massa dos elementos de um composto é
definida.