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Postado por: Técnico de Química
Introdução
Cada substância no universo, rochas, mar, ser humano, os planetas e até mesmo as mais distantes estrelas são inteiramente feitos de partículas minúsculas chamadas átomos, que são pequenos demais para serem fotografados.
Essas pequenas partículas são estudadas na química (ciência que cresceu na meia-idade) e na Física.
Para entender a complexidade desses, átomos, diversos cientistas, como Rutherford, Dalton, Bohr e Thomson, articularam várias teorias. No século XIX, as diferentes leis de combinação e a tabela periódica dos elementos, criada em 1871, reforçaram o estudo da constituição dos átomos.
Após séculos de estudos sobre a interpretação da composição, propriedades, estruturas e transformação destas minúsculas partículas, chegou ao modelo que conhecemos hoje.
História dos modelos atômicos
Na antiguidade acreditava-se que dividindo a matéria em pedaços cada vez menores, chegar-se-ia a um ponto onde partículas, cada vez menores, seriam invisíveis ao olho humano e, segundo alguns pensadores, indivisíveis. Graças a essa propriedade, receberam o nome de átomos, termo que significa indivisíveis, em grego.
Foi quando surgiu entre os filósofos gregos o termo atomismo.
Parmênides propôs a teoria da unidade e imutabilidade do ser, esta, estava em constante mutação através dos postulados de Heráclito.
O atomismo foi a teoria cujas intuições mais se aproximaram das modernas concepções científicas sobre o modelo atômico.
Modelo de Dalton
Em 1808, John Dalton, um professor inglês, Propôs a ideia de que as propriedades da matéria podem ser explicadas em termos de comportamento de partículas finitas, unitárias. Propôs que o átomo seria como "uma bola de bilhar".
O modelo de Dalton baseava-se nas seguintes hipóteses:
- Tudo que existe na natureza é composto por diminutas partículas denominadas átomos.
- Os átomos são indivisíveis e indestrutíveis;
- Reunindo átomos iguais ou diferentes nas variadas proporções, podemos formar todas as matérias do universo conhecidos;
Para Dalton o átomo era um sistema contínuo.
Apesar de um modelo simples, Dalton deu um grande passo na elaboração de um modelo atômico, pois foi o que instigou na busca por algumas respostas e proposição de futuros modelos.
As principais informações da Teoria Atômica de Dalton são:
- A matéria é formada por partículas extremamente pequenas chamadas átomos;
- Os átomos são esferas maciças, indestrutíveis e não transformáveis;
- Átomos que apresentam mesma propriedades (tamanho, massa e forma) constituem um elemento químico;
- A´tomos de elementos diferentes possuem propriedades diferentes;
- Os átomos podem se unir entre si formando "átomos compostos";
- Uma reação química nada mais é do que a união e separação de átomos.
Modelo de Thomson
O modelo atômico de Thonson (também conhecido como modelo de pudim de passas ou ainda como modelo de bolo de ameixa) é uma teoria sobre a estrutura atômica proposta por Joseph John Thomson, descobridor do elétron e da relação entre a carga e a massa do elétron, antes do descobrimento do próton ou do nêutron.
Os elétrons podiam ser considerados como constituintes básicos dos átomos.
No modelo de J. J. Thonsom, proposto em 1904, o átomo era considerado como um tipo de fluido com uma distribuição esférica contínua de carga positiva onde se incrustavam um certo número de elétrons, com carga negativa, o sulficiente para neutralizar a carga positiva.
O modelo tinha como hipótese a existência de configurações estáveis para os elétrons ao redor das quais estes oscilariam.
Contudo, segundo a teoria eletromagnética clássica, não pode existir qualquer configuração estável num sistema de partículas carregadas se a única internação entre elas é de caráter eletromagnético.
Além disso, como qualquer partícula com carga elétrica em movimento acelerado emite radiação eletromagnética, o modelo tinha como outra hipótese que os modos normais das oscilações dos elétrons deveriam ter as mesmas frequências que aquelas que se observavam associadas as raias dos espectros atômicos.
Mas não foi encontrada qualquer configuração para os elétrons de qualquer átomo cujos modos normais tivessem qualquer uma das frequências esperadas.
De qualquer modo, o modelo de Thomson foi abandonado principalmente devido aos resultados do experimento de Rutherford.
Modelo de Rutherford
O modelo atômico de Rutherford, também conhecido como modelo planetário do átomo, é uma teoria sobre a estrutura do átomo proposta pelo físico neozelandês Ernest Rutherford.
Segundo esta teoria, o átomo teria um núcleo positivo, que sria muito pequeno em relação ao todo mas teria grande massa e, ao redor deste, os elétrons, que descreviam órbitas circulares em altas velocidades, para não serem atraídos e caírem sobre o núcleo.
A eletrosfera - local onde se situam os elétrons - seria cerca de dez mil vezes maior do que o núcleo atômico, e entre eles haviam um espaço vazio.
A falhar do modelo de Rutherford é mostrada pela teoria do electromagnetismo, de que toda partícula com carga elétrica submetida a uma aceleração origina a emissão de uma onda eletromagnética.
O elétron em seu movimento orbital está submetido a uma aceleração centrípeta e, portanto, emitirá energia na forma de onda eletromagnética.
Essa emissão, pelo princípio da conservação da energia, faria com que o elétron perdesse energia cinética e potencial, caindo progressivamente sobre o núcleo, fato que não ocorre na prática.
Esta falhar foi corrigida pelo modelo atômico de Bohr.
Modelo de Bohr
Bohr começou presumir que os elétrons em orbital não descreviam movimentação em espiral em direção ao núcleo. Isto contradizia tudo que se conhecia de eletricidade e magnetismo, mas adaptava-se ao modo pelo qual as coisas aconteciam.
Nesta ocasião Bohr determinou suas duas leis para o que realmente ocorre.
Primeira Lei: Os elétrons podem girar em órbita somente a determinadas distâncias permitidas do núcleo.
Este é um comportamento muito diferente daquele dos objetos que nos cercam. Suponha que uma bola arremessada de uma sala só pudesse seguir 2 ou 3 trajetos determinados, em vez das centenas de trajetos diferentes que ela realmente pode seguir.
Seria como se a sala tivesse trajetos invisíveis orientando a bola. Assim , a lei de Bohr afirma que os elétrons agem como se o espaço ao redor do núcleo atômico possuísse trajetos invisíveis. Mas Bohr não deu justificativa para esta estranha situação.
Segunda Lei: Um átomo irradia energia quando um elétron salta de uma órbita de maior energia para uma de menor energia.
Além disso, um átomo absorve energia quando um elétron é deslocado de uma órbita de menor energia para uma órbita de maior energia.
Em outras palavras, os elétrons saltam de uma órbita permitida para outra a medida que os átomos irradiam ou absorve energia. As órbitas externas do átomo possuem mais energia do que as órbitas internas. Por conseguinte, se um elétron salta da órbita 2 para a órbita 1, há emissão de luz, por outro lado, se luz de energia adequada atingir o átomo, esta é capaz de impelir um elétron de órbita 1 para órbita 2. Neste processo, a luz é absorvida.
A linha vermelhar no espectro atômico é causada por elétrons saltando da terceira órbita para a segunda órbita.
A linha verde-azulada no espectro atômico é causada por elétrons saltando da quarta órbita para a segunda órbita.
A linha azul no espectro atômico é causada por elétrons saltando da quinta órbita para a segunda órbita.
A linha violeta mais brilhante no espectro atômico é causada por elétrons saltando da sexta órbita para a segunda órbita.
É interessante notar que os comprimentos de onda da luz encontrada no espectro do hidrogênio corresponde a diferentes órbitas. (O comprimento de onda guarda relação com a energia. Os menores comprimentos de onda de luz significam vibrações mais rápidas e maior energia). Por exemplo, a linha verde-azulada no espectro linear do hidrogênio é causada por elétrons que saltam da quarta órbita para a Segunda órbita. A figura mostra como cada linha no espectro resulta de um determinado salto de elétrons.
Erwin Schrödinger, Louis Victor de Broglie e Werner Heisenberg reuniram os conhecimentos de seus antecessores e desenvolveram uma nova teoria do modelo atômico, e postularam uma nova visão, chamada de Mecânica Ondulatória. Fundamentada na hipótese de que todo elétron pode comporta-se como onda e partícula, Heisenberg, em 1925, postulou o Principio da Incerteza.
O átomo deixou de ser indivisível como acreditavam filósofos gregos antigos e Dalton. O modelo atômico portanto, passou a se constituir na verdade, de uma estrutura mais complexa.
Para Schrödinger, o elétron descreve a órbita elíptica.
James Chadwick
A descoberta da terceira partícula de radiação alfa encontrados no modelo atômico de Rutherford. A descoberta de tal partícula, conhecida como nêutron, foi de extrema dificuldade pois faltava partículas de carga elétrica. Concluiu-se:
Segunda Lei: Um átomo irradia energia quando um elétron salta de uma órbita de maior energia para uma de menor energia.
Além disso, um átomo absorve energia quando um elétron é deslocado de uma órbita de menor energia para uma órbita de maior energia.
Em outras palavras, os elétrons saltam de uma órbita permitida para outra a medida que os átomos irradiam ou absorve energia. As órbitas externas do átomo possuem mais energia do que as órbitas internas. Por conseguinte, se um elétron salta da órbita 2 para a órbita 1, há emissão de luz, por outro lado, se luz de energia adequada atingir o átomo, esta é capaz de impelir um elétron de órbita 1 para órbita 2. Neste processo, a luz é absorvida.
A linha vermelhar no espectro atômico é causada por elétrons saltando da terceira órbita para a segunda órbita.
A linha verde-azulada no espectro atômico é causada por elétrons saltando da quarta órbita para a segunda órbita.
A linha azul no espectro atômico é causada por elétrons saltando da quinta órbita para a segunda órbita.
A linha violeta mais brilhante no espectro atômico é causada por elétrons saltando da sexta órbita para a segunda órbita.
É interessante notar que os comprimentos de onda da luz encontrada no espectro do hidrogênio corresponde a diferentes órbitas. (O comprimento de onda guarda relação com a energia. Os menores comprimentos de onda de luz significam vibrações mais rápidas e maior energia). Por exemplo, a linha verde-azulada no espectro linear do hidrogênio é causada por elétrons que saltam da quarta órbita para a Segunda órbita. A figura mostra como cada linha no espectro resulta de um determinado salto de elétrons.
Erwin Schrödinger, Louis Victor de Broglie e Werner Heisenberg
Erwin Schrödinger, Louis Victor de Broglie e Werner Heisenberg reuniram os conhecimentos de seus antecessores e desenvolveram uma nova teoria do modelo atômico, e postularam uma nova visão, chamada de Mecânica Ondulatória. Fundamentada na hipótese de que todo elétron pode comporta-se como onda e partícula, Heisenberg, em 1925, postulou o Principio da Incerteza.
O átomo deixou de ser indivisível como acreditavam filósofos gregos antigos e Dalton. O modelo atômico portanto, passou a se constituir na verdade, de uma estrutura mais complexa.
Para Schrödinger, o elétron descreve a órbita elíptica.
Modelo de James
James Chadwick
A descoberta da terceira partícula de radiação alfa encontrados no modelo atômico de Rutherford. A descoberta de tal partícula, conhecida como nêutron, foi de extrema dificuldade pois faltava partículas de carga elétrica. Concluiu-se:
- Átomos consistem de núcleo muito pequenos e extremamente denso, rodeado por uma nuvem (eletrosfera) de elétrons a distâncias relativamente grandes dos núcleos.
- Todo núcleo de um átomo contém prótons e nêutrons .
O Atual modelo Atômico
O modelo atômico atual é um modelo matemático-probabilístico que se baseia em dois princípios:
I - Princípio da Incerteza de Heisenberg: É impossível determinar com precisão a posição e a velocidade de um elétron num mesmo instante;
II - Princípio da Dualidade da Matéria de Louis de Broglie: O elétron apresenta característica DUAL, ou seja, comporta-se como matéria e energia sendo uma partícula-onda.
O modelo atômico atual aceita tais princípios:
- Elétrons possuem carga negativa, massa muito pequena e se movem em órbitas ao redor do núcleo atômico;
- O núcleo atômico está situado no centro do átomo, sendo constituído por prótons que são partículas de carga elétrica positiva, cuja massa é de aproximadamente 1837 vezes superior a massa do elétron, e por nêutrons, partículas sem carga e com massa ligeiramente superior a dos prótons;
- O átomo é eletricamente neutro porque possui número igual de elétrons e prótons.
- O número de prótons no átomo se chama número atômico, representado pela letra Z e utilizado para estabelecer o lugar de um determinado elemento na tabela periódica.
- A tabela periódica é uma ordenação sistemática dos elementos químicos conhecidos;
- Cada elemento possui um número de elétrons distribuídos nos diferentes níveis de energia do átomo correspondente;
- Os níveis energéticos (ou camadas), são denominados pelos símbolos K, L, M, N, O, P e Q;
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