Os modelos Atômicos e a evolução da constituição elembentar da matéria

Transcrição

1 Os modelos Atômicos e a evolução da constituição elembentar 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 nas descobertas de Lavoisier 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;

2 5. Em uma reação química, os átomos não são criados nem destruídos: são rearranjados, originando novas substâncias; Dessa série de princípios, alguns 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 de Bilhar, em função do formato e características do seu conceito de átomo. Entretanto, a medida que novos estudos foram realizados novas conclusões foram sendo verificadas. Em 1897, J. J. Thomson ( ) 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 1 - O modelo atômico de Dalton - O modelo da Bola de Bilhar 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 10 4 volts), observa-se a formação de um feixe luminoso que parte dos gases no cátodo e se dirigem 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

3 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 passas em um trabalho apresentado em 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 3 - O modelo Atômico de Thomson - O modelo do Pudim de passas Figura 4 - Demonstração do experimento de Rutherford As observações durante o experimento foram:

4 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 a 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 ( ), 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.

5 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 possíveis Camada caracteriza por camada 1 K 2 2 L 8 3 M 18 4 N 32 5 O 32 6 P 28 7 Q 8 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 ( ), 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.

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

7 Verificamos que o número atômico é indicado (nesse caso) na parte superior de cada quadrado da tabela periódica e tem o valor 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, USBERCO,J.; SALVADOR, E.; Conecte Química. Salvador São Paulo: Editora Saraiva, 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!

8