Atomística: Aprenda como os cientistas elaboraram a teoria do Átomo

 

4 de janeiro de 2018

 

Saudações Terráqueos, na Quinta da Educação de hoje abordaremos um assunto da área de química que está sempre presente em concursos e vestibulares, o estudo do Átomo.

 A preocupação com a constituição da matéria surgiu em meados do século V a. C., na Grécia, onde filósofos criavam várias teorias para tentar explicar o universo. Um deles, Empédocles, acreditava que toda a matéria era formada por quatro elementos: água, terra, fogo e ar.

Os átomos assemelham-se a esferas maciças que se dispõem através de empilhamento;

Anos mais tarde, por volta de 350 a.C., o muito conhecido e famoso Aristóteles retomou a ideia de Empédocles e aos quatro elementos foram atribuídas as “qualidades” quente, frio, úmido e seco, conforme pode ser observado na figura abaixo:

Fonte: http://www.filosofia.seed.pr.gov.br

De acordo com esses filósofos tudo no meio em que vivemos seria formado pela combinação desses quatro elementos em diferentes proporções. Entretanto em de 400 a. C., os filósofos Leucipo e Demócrito elaboraram uma teoria filosófica (não científica) segundo a qual toda matéria era formada devido a junção de pequenas partículas indivisíveis denominadas átomos (que em grego significa indivisível). Para estes filósofos, toda a natureza era formada por átomos e vácuo.

 Teoria Atômica de Dalton (O cara que deu o primeiro chute)

Em 1808, John Dalton propôs uma teoria denominada teoria atômica, criando o primeiro modelo atômico científico, em que o átomo seria maciço e indivisível. A teoria proposta por ele pode ser resumida da seguinte maneira:

– Tudo que existe na natureza é formado por pequenas partículas microscópicas denominadas átomos;

– Estas partículas, os átomos, são indivisíveis (não é possível seccionar um átomo) e indestrutíveis (não se consegue destruir mecanicamente um átomo);

– O número de tipos de átomos (respectivos a cada elemento) diferentes possíveis é pequeno;

– Átomos de elementos iguais sempre apresentam características iguais, bem como átomos de elementos diferentes apresentam características diferentes. Sendo que, ao combiná-los, em proporções definidas, compreenderemos toda a matéria existente no universo;

-Os átomos assemelham-se a esferas maciças que se dispõem através de empilhamento;

-Durante as reações químicas, os átomos permanecem inalterados. Apenas se combinam em outro arranjo.

A descoberta do elétron

Simultaneamente, um carinha chamado Volta, desenvolveu um estudo sobre a natureza elétrica da matéria. Isso ajudou outro carinha chamado Humphry Davy a descobrir o potássio (K) e o sódio (Na), o que acelerou os estudos da eletricidade. La pelo final do século XIX, um terceiro carinha chamado Stoney propôs que os átomos possuíam um discreta quantidade de eletricidade (bem pouquinho) e para essa carga elétrica (que também foi determinada que era negativa) foi dada o nome de elétron.

A primeira evidência de elétrons foi constatada por William Crookes Ele utilizava em seus estudos raios catódicos, que são emissões de altíssima voltagem que sempre se direcionavam na direção de placas com carga positiva. Por sempre acontecer isso foi determinada a existência de uma partícula subatômica que já havia sido teorizada, o elétron.

No final do século XIX, Thomson, utilizando uma aparelhagem semelhante, demonstrou que esses raios poderiam ser considerados como um feixe de partículas carregados negativamente, uma vez que que eram atraídos pelo polo positivo de um campo elétrico externo, independente do meio de condução.

Thomson concluiu que essas partículas negativas deveriam fazer parte dos átomos componentes da matéria, sendo denominados elétrons. Após isto, propôs um novo modelo científico para o átomo. Para Thomson, o átomo era uma esfera maciça de carga elétrica positiva “recheada” de elétrons de carga negativa. Esse modelo ficou conhecido como “pudim de passas”. Este modelo derruba a ideia de que o átomo é indivisível e introduz a natureza elétrica da matéria.

 Modelo de átomo por Thomson

 

Fonte: https://atomchemistry.wordpress.com

 Em 1886, Goldstein, físico alemão, provocando descargas elétricas num tubo preenchido com um gás a pressão reduzida (10 mmHg) e usando um cátodo perfurado, observou a formação de um feixe luminoso (raios canais) no sentido oposto aos raios catódicos e determinou que esses raios era constituídos por partículas positivas.

A descoberta do próton

Fonte: https://pt.slideshare.net

Os raios canais variam em função do gás contido no tubo. Quando o gás era hidrogênio, obtinham-se os raios com partículas de menor massa, as quais foram consideradas as partículas fundamentais, com carga positiva, e denominadas próton pelo seu descobridor, Rutherford, em 1904.

A experiência de Rutherford

 Em meados do século de XX, dentre as inúmeras experiências realizadas por Ernest Rutherford e seus colaboradores, uma ganhou destaque por mostrar que o modelo proposto por Thomson era incorreto.

A experiência consistiu em bombardear uma fina folha de ouro com partículas positivas e pesadas, chamada de α (alfa), emitidas por um elemento radioativo chamado polônio.

Fonte: https://www.goconqr.com

Rutherford observou que:

– Grande parte das partículas α passaram pela folha de ouro sem sofrer desvios;

– Algumas partículas α desviaram com determinados ângulos de desvios;

– Poucas partículas não atravessaram a folha de ouro e voltaram.

O Modelo de Rutherford

A experiência da “folha de ouro” foi o marco decisivo para o surgimento de um novo modelo atômico, mais satisfatório, que explicava de forma mais clara uma série de eventos observados:

O átomo deve ser constituído por duas regiões:

I – Um núcleo, pequeno, positivo e possuidor de praticamente toda a massa do átomo;

II – Uma região positiva, praticamente sem massa, que envolveria o núcleo. A essa região se deu o nome de eletrosfera.

Fonte: http://quimicacoma2108.blogspot.com.br

Para que fique mais claro, vamos agora relacionar o modelo de Rutherford com as conclusões encontrados em sua experiência.

Em resumo: o modelo de Rutherford representa o átomo consistindo em um pequeno núcleo rodeado por um grande volume no qual os elétrons estão distribuídos. O núcleo carrega toda a carga positiva e a maior parte da massa do átomo. Rutherford comparou seu modelo atômico com o sistema planetário, onde os planetas (elétrons), giram em torno do Sol (núcleo).

 O Átomo Moderno

 Quando Rutherford realizou seu experimento com um feixe de partículas alfa, e propôs um novo modelo para o átomo, houve algumas controvérsias. Entre elas era que o átomo teria um núcleo composto de partículas positivas denominadas prótons. No entanto, Rutherford concluiu que, embora os prótons contivessem toda a carga do núcleo, eles sozinhos não podem compor sua massa.

Esse problema de massa extra foi resolvido quando, em 1932, o físico inglês J. Chadwick descobriu uma partícula que tinha aproximadamente a mesma massa de um próton, mas não era carregada eletricamente. Por ser a partícula eletricamente neutra, Chadwick a denominou de nêutron.

Hoje, acreditamos que, com uma exceção, o núcleo de muitos átomos contém ambas as partículas: prótons e nêutrons, chamados núcleons. (A exceção é o núcleo de muitos isótopos comuns de hidrogênio que contém um próton e nenhum nêutron.) Como mencionamos, é geralmente conveniente designar cargas em partículas em termos de carga em um elétron. De acordo com esta convenção, um próton tem uma carga de +1, um elétron de -1, e um nêutron de 0.

Fonte: http://www.cienciaefe.net

Em resumo, podemos então descrever um átomo como um núcleo central, que é muito pequeno, mas que contém a maior parte da massa, e é circundado por uma enorme região extra nuclear contendo elétrons (carga -). O núcleo contém prótons (carga +) e nêutrons (carga 0). O átomo como um todo não tem carga devido ao número de prótons ser igual ao número de elétrons. A soma das massas dos elétrons em um átomo é considerada desprezível em comparação com a massa dos prótons e nêutrons.

O Modelo de Bohr

 Apesar de o modelo proposto por Rutherford esclarecer muitas questões sobre a dispersão das partículas alfa (prótons), ele tinha certas falhas na explicação de alguns outros fenômenos, como por exemplo os espectros atômicos (assunto para outro dia). Niels Bohr propôs então outro modelo mais completo, que melhor representava e explicava o átomo e sua natureza.

 Inicialmente para explicar seu modelo, Bohr agrupou uma certa quantidade de postulados e hipóteses (afirmações aceitas como verdadeiras, sem demonstrações), onde podem ser resumidas em cinco:

– Os elétrons circulam o núcleo do átomo fazendo em círculos em “camadas” ou “níveis”;

– Cada nível tem um valor específico de energia;

– Um elétron não pode permanecer entre dois níveis, ou ele está em um ou em outro;

– Um elétron pode passar de um nível menos energético para um mais energético desde que absorva emergia externa;

– Quando o elétron retorna para seu nível de energia inicial ele libera a energia absorvida.

Fonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br

Bohr dividiu a eletrosfera em 7 níveis (K, L, M, N, O, P e Q), onde K é a mais próxima do núcleo e Q a mais afastada. Umas das novidades mais relevantes que é oferecida pelo átomo de Bohr é quantização da energia dos elétrons, ou seja, valores de energia determinados. Esse último modelo atômico é o utilizado hoje em dia, por conta das contribuições mais relevantes seu nome é: Modelo Atômico de Rutherford-Bohr.

 É isso então senhoras e senhores, gostaram do post de hoje? Deixe seu comentário com críticas e sugestões. Estamos sempre à disposição!

O átomo assemelha-se a esferas maciças que se dispõem através de empilhamento;

Referências:

Imagem Destacada: https://www.enigmasdouniverso.com

Tutor: Fernando Massarotti!

4 de janeiro de 2018

 

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