Aula 04 – 17/mar – Marcelo Modelos atômicos

Aula 04 – 17/mar – Marcelo
Modelos atômicos
Estrutura da matéria:
Na antiguidade, filósofos, gregos e romanos faziam reflexões acerca da estrutura da
matéria. As primeiras hipóteses registradas foram:
Empédocles e Aristóteles: 500-600 a.c.

Teoria dos quatro elementos: toda matéria seria constituída pelos elementos Fogo,
Água, Ar e Terra.
http://www.essaseoutras.xpg.com.br/alquimia-historia-fundamentos-teorias-e-principais-alquimistas/
Leucipo e Demócrito: 400 a.c.

Teoria atômica: toda matéria seria formada por átomos pequenos e sólidos.
Átomo vem do grego e significa “indivisível”.
Note, porém, que a ideia filosófica do átomo não tinha base em um trabalho
experimental (prático). Suas deduções eram filosóficas, isto é, eram fruto de um raciocínio
abstrato.
A partir de trabalhos baseados em evidências experimentais, John Dalton, retoma a
ideia do filósofo grego Demócrito e propõe em 1808 a primeira teoria atômica científica.
Alguns pontos importantes da Teoria de Dalton, em linguagem atual, são:
1.
A matéria é constituída de pequenas partículas esféricas maciças e
indivisíveis denominadas átomos;
2.
Um conjunto de átomos com a mesma massa e tamanho 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 químicos diferentes, numa proporção
fixa de números inteiros, origina substâncias diferentes;
5.
Numa reação química, os átomos são simplesmente rearranjados, originando
novas substâncias (obedecendo o princípio de Lavoisier [na natureza nada se cria
na perde tudo se transforma]).
O modelo atômico de Dalton ficou conhecido como modelo atômico da bola de
bilhar.
http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Oitava_quimica/materia10.php
http://quimicano1anoconego.blogspot.com.br/2010/05/substancias.html
Alguns fenômenos que foram observados após a formulação da Teoria de Dalton
não puderam ser explicados através dela. Por esse motivo, foram surgindo novos modelos
(teorias) capazes de explicar os novos fenômenos [lembrem-se disto, uma teoria atômica só
é válida até que alguém prove experimentalmente o contrário ou que há alguma falha,
sendo então, necessária a criação de uma nova teoria atômica].
A natureza elétrica da matéria: a partir do final do século XIX, vários cientistas
realizaram diversos experimentos que demonstraram que os átomos poderiam ser
constituídos por partículas ainda menores, ou seja, subatômicas. Por exemplo, ao
atritarmos um bastão de vidro em um tecido de lã, o vidro passa a ser portador de carga
elétrica positiva e a lã portadora de carga elétrica negativa. Então, como os materiais
participam de fenômenos elétricos, deduz-se que eles devem possuir natureza elétrica.
Em 1897, Thomson, verificou experimentalmente a existência de partículas negativas
(elétrons) no átomo realizando a experiência abaixo.
Esquerda: há um gás sob baixa pressão ligado entre dois polos. Quando o circuito é ligado,
surge um fluxo de raios provenientes do cátodo (eletrodo negativo), que se dirigia para o
ânodo (eletrodo positivo). Esses raios eram desviados na direção do polo positivo de um
campo elétrico (indicando que as partículas emitidas tinham carga negativa [elétrons]).
http://quimicaemaula.blogspot.com.br/2012/10/a-descoberta-do-atomo.html
Direita: quando diminuímos ainda mais a pressão interna do sistema, o gás não emite mais
luz. Ao invés disto, o gás apenas iluminava a superfície do ânodo.
http://cikguwong.blogspot.com.br/2010/06/physics-form-5-chapter-4-cathode-ray.html
Então, de acordo com Thomson, o átomo deveria ser formado por uma esfera de
carga elétrica positiva com elétrons incrustados que neutralizariam essa carga. O próprio
Thomson associou o seu modelo a um “pudim de passas”. Esse modelo conseguiu explicar
os fenômenos registrados no estudo das descargas elétricas em gases sob baixa pressão,
conhecido como tubos de raios catódicos.
http://katiaroma.blogspot.com.br/2013/02/quem-foi-thomson.html
Goldstein adaptou o experimento de Thomson e descobriu o próton, o qual possuía massa
1836 vezes maior que a do elétron.
A experiência de Rutherford (1911): para verificar se os átomos eram maciços,
Rutherford, bombardeou uma finíssima lâmina de ouro (aproximadamente 1 micrômetro)
com pequenas partículas de carga elétrica positiva, denominadas partículas alfa, emitidas
por um material radioativo.
http://bioblogandofisica.blogspot.com.br/2013/03/o-modelo-atomico-de-ernest-rutherfod.html
http://tap.iop.org/atoms/rutherford/
As observações feitas durante o experimento levaram Rutherford a obter uma série de
conclusões.
Observação realizada
Conclusão obtida
1) A maior parte das partículas alfa A maior parte do átomo deve ser vazia.
atravessava a lâmina sem sofrer desvios.
Neste espaço vazio (eletrosfera) devem
estar localizados os elétrons
2) Poucas partículas alfa (1 em cada Deve existir no átomo uma pequena região
20.000) não atravessavam a lâmina e onde está concentrada sua massa (núcleo).
voltavam.
3) Algumas partículas alfa sofriam desvios O núcleo do átomo deve ser positivo, o que
de trajetória ao atravessar a lâmina.
provoca uma repulsão nas partículas alfa
(que eram positivas).
Pela relação entre o número de partículas alfa que atravessaram a lâmina de ouro e
o de partículas que voltavam ou sofriam grandes desvios, Rutherford conseguiu estabelecer
uma relação entre o raio atômico e o raio nuclear, mostrando que o raio do átomo (que seria
formado por imensos espaços vazios) deveria ser de 10 a 100 mil vezes maior do que o raio
do núcleo. A partir dessas conclusões Rutherford propôs um novo modelo atômico
semelhante ao sistema solar (ou modelo planetário).
https://sites.google.com/site/exerciciosfisicoquimica/estrutura_atomica
O modelo de Rutherford, proposto em 1911, apesar de esclarecer satisfatoriamente
os resultados da experiência sobre a dispersão de partículas alfa, possuía duas principais
deficiências: (1) não conseguia explicar a órbita dos elétrons e (2) os espectros atômicos.

(1) Na teoria de Rutherford, os elétrons podiam orbitar o núcleo a qualquer
distância e direção. A teoria do eletromagnetismo, explica que, tais elétrons que
mudam constantemente sua direção, seu sentido, sua velocidade ou ambos,
deveriam perder energia gradualmente percorrendo uma espiral em direção ao
núcleo, e à medida que isso acontecesse, emitiriam energia na forma de luz. Isto
significa que os átomos seriam instáveis, completamente o contrário da realidade.
http://www.gsmfans.com.br/index.php?topic=77795.0

(2) Há muito tempo os químicos já sabiam experimentalmente que diferentes
elementos, submetidos a uma chama, produziam cores diferentes.
http://quartzodeplasma.wordpress.com/2012/10/28/teste-da-chama/
Outro experimento que pode ser realizado é emitir a luz de uma lâmpada
incandescente através de um prisma. Com isso, a luz sofrerá decomposição, produzindo o
espectro de luz visível (as cores do arco-íris), como representado na figura abaixo.
http://www.10emtudo.com.br/aula/ensino/distribuicao_eletronica/
Contudo, se repetirmos essa experiência utilizando a luz de uma lâmpada de gás,
não obteremos o espectro completo, mas sim apenas algumas linhas serão observadas.
Estas linhas formam o espectro de linhas ou espectro atômico. Um espectro atômico é a
impressão digital dos átomos, sendo que cada átomo possui o seu espectro definido e
único.
[cada linha observada no espectro atômico corresponde a uma transição eletrônica]
http://www.kentchemistry.com/links/AtomicStructure/SpectallinesTutorial.htm
O modelo atômico de Bohr (Rutherford-Bohr)
Com base nestes fatos e sabendo que cada cor está associada a uma certa
quantidade de energia (comprimento de onda), em 1913, Niels Bohr, propôs um novo
modelo atômico, relacionando a distribuição dos elétrons na eletrosfera com sua quantidade
de energia. Este modelo era mais completo e capaz de explicar o espectro atômico. Então,
em seu modelo, Bohr incluiu uma série de postulados:

Os elétrons, nos átomos, movimentam-se ao redor do núcleo em trajetórias
circulares chamadas de camadas ou níveis. (A camada mais próxima do núcleo é
designada pela letra K, a segunda camada pela letra L, e assim sucessivamente, até
a letra Q ou sétima camada);

Cada um desses níveis tem um valor determinado de energia;

Não é permitido a um elétron permanecer entre dois desses níveis;

Um elétron pode passar de um nível para outro de maior energia, desde que
absorva uma quantidade definida de energia externa (ultravioleta, luz visível, etc.).
Quando isso acontece, dizemos que o elétron foi excitado e que ocorreu uma
transição eletrônica de uma camada de menor energia para uma camada de maior
energia;

A transição de retorno do elétron ao estado inicial se faz acompanhar da liberação de
energia (fóton) na forma de ondas eletromagnéticas, por exemplo, como luz visível
ou ultra-violeta.
http://ricardoprofquimica.blogspot.com.br/2010/04/modelo-atomico-de-bohr-teste-dechama.html
http://www.mundoeducacao.com.br/quimica/o-atomo-bohr.htm
Aplicações do modelo de Bohr:
o
Teste da chama: quando átomos são submetidos a uma chama, o calor
excita os elétrons, isto é, faz com que passem para níveis de maior energia.
Ao voltarem aos níveis iniciais, liberam energia na forma de luz, cuja cor é
características dos átomos de cada elemento.
o
Fogos de artifício: mistura de pólvora e compostos de certos elementos
químicos apropriados. A cor que um elemento dá aos fogos de artifício é a
mesma que ele possui no teste da chama.
o
Luminosos e lâmpadas: excitação por corrente elétrica.
o
Luz laser, bioluminescência (vaga-lumes) e luminescência (fluorescência, a
emissão de luz ocorre imediatamente após a incidência de radiação; e
fosforescência, a emissão demorar alguns segundos ou até mesmo algumas
horas).
Em 1932, James Chadwick descobriu outra partícula subatômica de massa muito próxima à
do próton, porém sem carga elétrica. Esta partícula foi chamada de nêutron e localiza-se no
núcleo do átomo, juntamente com o próton.
Partícula
Massa relativa
Carga relativa
Nêutron
1
0
Próton
1
+1
Elétron
1/1836
-1
Exercícios propostos:
1) A teoria atômica de Thomson (modelo do pudim de passas) foi formulada em 1897. Qual
foi a principal contribuição do seu modelo frente ao primeiro modelo atômico criado por
Dalton em 1808?
(a) o átomo é indestrutível
(b) cerca de 99% da massa do átomo encontra-se no núcleo
(c) a natureza elétrica da matéria
(d) os elétrons movimentam-se ao redor do núcleo em diferentes camadas
2) (PUC-MG) Numere a segunda coluna de acordo com a primeira, relacionando os nomes
dos cientistas com os modelos atômicos.
1. Dalton
2. Rutheford
3. Niels Bohr
4. J. J. Thomson
( ) Descoberta do átomo e seu tamanho relativo.
( ) Átomos esféricos, maciços, indivisíveis.
( ) Modelo semelhante a um "pudim de passas" com cargas positivas e negativas em igual
número.
( ) Os átomos giram em torno do núcleo em determinadas órbitas.
Assinale a sequência CORRETA encontrada:
a) 1 - 2 - 4 - 3
b) 1 - 4 - 3 - 2
c) 2 - 1 - 4 - 3
d) 3 - 4 - 2 - 1
e) 4 - 1 - 2 – 3