Os modelos Atômicos e a evolução da constituição

Os modelos Atômicos e a evolução da constituição
elementar da matéria
Ao longo do desenvolvimento da humanidade, um dos tópicos que sempre
intrigaram os filósofos e os cientistas é a composição elementar da matéria.
Por volta de 450 a.C., dois filósofos gregos, Demócrito e Leucipo, imaginaram
que, se pegássemos um corpo qualquer e o fôssemos dividindo sucessivas
vezes, haveria um momento no qual essa divisão não seria mais possível. Nesse
ponto teríamos chegado ao átomo (do grego “a”, que equivale a “não” e “tomo”
que equivale “parte”), significando “sem partes, indivisível”, sendo assim a
primeira teoria da matéria descontínua. Apesar disso, essa teoria foi pouco
aceita pois outro filósofo grego, Aristóteles (384 a.C. – 322 a.C), pregava que a
matéria era composta dos elementos ar, água, terra e fogo, com as qualidades
primárias frio, úmido, quente e seco. De acordo com Aristóteles, mudando essas
qualidades poderiam realizar-se transformações de uma espécie de matéria em
outra. Por isso, quando ouvimos que durante séculos os Alquimistas buscaram
transformar matérias menos nobres, como o chumbo, em ouro, era nessa teoria
proposta por Aristóteles que eles se baseavam.
A teoria de Aristóteles só foi refutada em 1803, quando o químico inglês
John Dalton, com base na descoberta experimental das leis ponderais
(MATÉRIA DA PRÓXIMA AULA!) desenvolveu uma teoria sobre a estrutura da
matéria, retomando antiga ideia de átomo proposta por Leucipo e Demócrito.
Desse modo, a teoria atômica proposta por Dalton corresponde aos seguintes
princípios:
1. A matéria é constituída de pequenas partículas esféricas maciças e
indivisíveis denominadas átomos;
2. Um conjunto de átomos com as mesmas massas e tamanhos apresenta
as mesmas propriedades e constitui um elemento químico;
3. Elementos químicos diferentes apresentam átomos com massas,
tamanhos e propriedades diferentes;
4. A combinação de átomos de elementos diferentes, em uma proporção de
números inteiros, origina substâncias diferentes;
5. Em uma reação química, os átomos não são criados nem destruídos: são
rearranjados, originando novas substâncias;
Dessa série de princípios, algum desses provaram-se verdadeiros, como por
exemplo, a luz dos conhecimentos atuais,
verificamos que os princípios “2”, “3”, “4” e
“5” são bases primordiais da química e
serão abordados em aulas seguintes. Com
relação ao seu postulado “1”, a teoria de
Dalton ficou conhecida como teoria da Bola Figura 1 - O modelo atômico de Dalton - O modelo
de Bilhar, em função do formato e da Bola de Bilhar
características do seu conceito de átomo.
Entretanto, a medida que novos estudos foram realizados novas conclusões
foram sendo verificadas. Em 1897, J. J. Thomson (1856-1940) realizou uma série
de experimentos que abalou a convicção dos cientistas a respeito do conceito
de átomos.
Em seus experimentos, Thomson utilizou um dispositivo chamado de tubo de
raios catódicos (Figura 2).
Figura 2- Tubo de raios Catódicos
Utiliza-se uma fonte elétrica que estabelece uma diferença de potencial
elétrica entre os pontos positivos (ânodo) e negativos (cátodo) da figura ”a”,
chamada ddp. Essa ddp causa o movimento ordenado das partículas presentes
dentro do tubo, que eram moléculas de um gás. Quando a ddp é suficientemente
alta (aproximadamente 104 volts), observa-se a formação de um feixe luminoso
que parte do cátodo e se dirige à parede oposta a ele, chamado de ânodo. Esse
feixe corresponde aos raios catódicos, que podem ser vistos na figura em “b”. A
principal descoberta de Thomson foi que ao expor esses raios a um campo
elétrico e magnético os raios eram desviados de sua rota, conforme visto em “c”.
Esse fato só é possível se houverem partículas com cargas elétricas e pelo
sentido do desvio, essas cargas deveriam ser negativas.
Com esses fatos, Thomson concluiu que essas partículas negativas
deviam fazer parte dos átomos, sendo denominadas de elétrons. Com isso, ele
propôs, então, um novo modelo científico para o átomo. Como considerava que
os átomos eram eletricamente neutros, a existência de partículas negativas – os
elétrons – implicava também na existência de cargas positivas
O modelo Atômico de Thomson
propunha que o átomo fosse maciço,
esférico, descontínuo e formado por um
fluído com cargas positivas no qual estavam
dispersos os elétrons. O próprio Thompson
associou o seu modelo a um “pudim de
Figura 3 - O modelo Atômico de Thomson - O modelo do
Pudim de passas
passas” em um trabalho apresentado em
1897.
Algum tempo após a descoberta de Thomson, um outro cientista,
chamado de Ernest Rutherford, o qual foi pupilo de Thomson e trabalhou com
esse na Universidade de Cambridge, realizou um experimento com resultados
muito intrigantes para a comunidade científica da época.
A experiência realizada (Figura 4) consistiu em bombardear uma finíssima
lâmina de ouro (cerca de 0,0001 mm) com partículas α emitidas pelo polônio, um
elemento radioativo.
Figura 4 - Demonstração do experimento de Rutherford
As observações durante o experimento foram:
1. A maioria das partículas α atravessavam a lâmina sem sofrer desvios;
2. Poucas Partículas α (cerca de 1 em 20 mil) não atravessavam a lâmina
e voltavam;
3. Algumas partículas α sofrem desvios de trajetória ao atravessar a
lâmina.
Com isso, as conclusões iniciais de Rutherford permitiram a criação, em
1911, de um novo modelo atômico semelhante ao sistema solar. Assim, o
átomo devia ser constituído de duas regiões distintas:
1. Uma região central que contem praticamente TODA a massa do átomo e
apresenta carga positiva, a qual foi denominada núcleo.
2. Uma região praticamente sem massa envolvendo o núcleo e que
apresenta carga negativa, denominada eletrosfera.
De acordo com Rutherford, o núcleo positivo é composto por partículas
1836 mais pesadas que os elétrons, chamadas de prótons. Com isso, uma
imagem que caracteriza seu modelo atômico pode ser vista na figura 5.
Observação: A eletrosfera é de 10.000 a
100.000 vezes maior que o núcleo.
Entretanto, essa proporção não é
verificada nas imagens em função da
dificuldade de tamanho. Imagine o
tamanho da eletrosfera de um núcleo
desenhado com cerca de 6,28 cm²? Não
caberia em nenhuma página de livro ou
caderno!
Figura 5 - O átomo de acordo com o modelo atômico de Rutherford
Apesar de revolucionário, Rutherford foi posteriormente corrigido pelo
cientista Niels Bohr (1885-1962), que efetuou algumas modificações no modelo
atômico proposto por Rutherford e criou o modelo atômico utilizado atualmente,
chamado de modelo atômico de Rutherfod-Bohr.
No modelo atômico de Rutherford-Bohr, Bohr verificou que os elétrons da
eletrosfera possuem uma distribuição em orbitas permitidas semelhantes a
camadas, onde cada elétron permanece sem alternar para as outras camadas.
a não ser com ganhos ou perdas de energia. Desse modo, os elétrons obedecem
níveis de energia ou camadas energéticas.
Essas camadas possuem nomes e apenas um número determinado de
elétrons podem ser verificadas em cada camada, podendo essas ser verificado
na tabela 1.
Tabela 1 - Números e letras das camadas do átomo e o número de elétrons possíveis por
camada
Elétrons
Número da
Letra que a
Camada
caracteriza
1
K
2
2
L
8
3
M
18
4
N
32
5
O
32
6
P
28
7
Q
8
possíveis
por camada
Observação:
Existe
ainda
a
possibilidade de números mais
elevados de elétrons nas camadas 5,
6 e 7, entretanto são somente
possíveis na teoria.
A teoria atual leva em consideração também a descoberta verificada pelo
físico inglês Chadwick (1891-1974), que descobriu no núcleo do átomo uma
partícula com massa igual do próton mas sem carga, a qual possui a função de
estabilizar as cargas positivas do núcleo e evitar a repulsão entre essas
(Lembre-se: Cargas diferentes se atraem e semelhantes se repelem). O
nome dado a essa partícula é de nêutron.
Desse modo, concluímos então que o átomo, de acordo com o modelo de
Rutherford-Bohr, possui os elétrons distribuídos em camadas e no núcleo
verificamos os prótons e nêutrons, sendo a carga de um átomo no estado
fundamental sempre neutra (ou seja, número de prótons e elétrons é igual). Para
facilitar a compreensão, verifica-se uma imagem na figura 6.
Figura 6 - O átomo de acordo com o modelo de Rutherford-Bohr.

O conceito de átomo atual e o conceito de elemento químico
Com relação ao átomo atual e o conceito de elemento químico,
verificamos também que o que diferencia um elemento químico do outro é o
número atômico (Z) de cada átomo, ou seja, o número de prótons desse! E
também vimos, a massa do átomo é quase que na totalidade em função da
massa dos prótons e nêutrons. Desse modo, definimos essa soma (prótons +
nêutrons) como a massa atômica (A) ou número de massa de um elemento
químico. Logo, a equação 1 representa essa soma.
𝐴=𝑁+𝑍
(Equação 1)
Como exemplos das diferenças de A, N e Z nos elementos, verificam-se
diferentes elementos da tabela periódica na figura 7.
Figura 7 - Números Atômicos e de massa de diferentes elementos químicos da tabela periódica
Verificamos que o número atômico é indicado (nesse caso) na parte
superior de cada quadrado da tabela periódica e é diferente para cada elemento.
Logo, é o que caracteriza cada um desses. Já o número de massa, dado pela
equação 1, é indicado na parte inferior de cada quadrado e corresponde a soma
do número de nêutrons com o número de prótons de cada elemento químico.
Texto baseado nos livros didáticos:
REIS, M.M.; Química: Química Geral. São Paulo. Editora FTD, 2007.
USBERCO,J.; SALVADOR, E.; Conecte Química. Salvador – São Paulo:
Editora Saraiva, 2011.
Para fixar o conteúdo dos modelos atômicos e dos elementos químicos
vistos em sala, faça a lista de exercícios 3, verificada também no blog.
Bons estudos pessoal!