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Modelos Atômicos | A história do átomo

No início de 1900, muitos cientistas voltaram sua atenção para investigar a estrutura do átomo. Muitos modelos foram propostos e um punhado foram adotados como formas para descrever o átomo. Nenhum deles é perfeito, mas eles nos trouxeram um longo caminho para entender esses blocos de construção. Três em particular são os mais interessantes para nós na física:

Modelo Atômico de Dalton

Em meados de 1808, John Dalton propôs uma explicação da natureza da matéria. A proposta foi baseada em fatos experimentais. Os principais postulados da teoria de Dalton são:

1. “Toda matéria é composta por minúsculas partículas chamadas átomos”.

2. “Os átomos de um determinado elemento são idênticos em massa e apresentam as mesmas propriedades químicas”.

3. “Átomos de diferentes elementos apresentam massa e propriedades diferentes”.

4. “Átomos são permanentes e indivisíveis, não podendo ser criados e nem destruídos”.

5. “As reações químicas correspondem a uma reorganização de átomos”.

6. “Os compostos são formados pela combinação de átomos de elementos diferentes em proporções fixas”.

A conservação da massa durante uma reação química (Lei de Lavoisier) e a lei da composição definida (Lei de Proust) passou a ser explicada a partir desse momento, por meio das ideias lançadas por Dalton.

Modelo Atômico de Thomson

Modelos Atômicos | A história do átomo

O modelo atômico de Joseph John Thomson teve experimentos, por volta de 1897, na qual foram estudadas descargas elétricas em tubos semelhantes a tubos de água de luzes fluorescentes, chamado de tubo de raios catódicos (o mesmo usado em monitores e televisões antigamente), dentro dos quais, havia gases rarefeitos (em baixa pressão).
Após tal teste, Thomson sugeriu que os elétrons estivessem mergulhados em uma massa homogênea, como ameixas em um pudim (Plum Pudding). Esta proposta é conhecida como, “Modelo Atômico de Thomson”.

O modelo de Thomson era conhecido como “modelo do pudim de passas” ou “Pudim de ameixas”.

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 interação 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 freqüências que aquelas que se observavam associadas às 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.

O modelo de Rutherford

Em 1909, Ernest Rutherford realizou o que é agora uma famosa experiência onde ele bombardeou uma folha de ouro com partículas alfa (núcleos de hélio). Uma fonte que sofre decaimento alfa é colocado em uma caixa de chumbo com um pequeno buraco no meio. Qualquer uma das partículas alfa que atingem o interior da caixa estão simplesmente paradas pela caixa. Somente aquelas que passam através da abertura podem escapar, e elas seguem uma linha reta para a folha de ouro.

Observações

  • A maioria das partículas alfa passam direto pela folha de ouro.
  • Algumas das partículas alfa se desviam por quantidades muito pequenas.
  • Poucas se desviaram muito.
  • Menos ainda se voltaram para folha e de volta para a esquerda.

Conclusões

  • O átomo é 99,99% de espaço vazio.
  • O núcleo contém uma carga positiva e a maior parte da massa do átomo.
  • O núcleo é de cerca de 100.000 vezes menores do que o átomo.

O modelo atômico de Bohr

Enquanto o modelo de Rutherford trata sobre a descrição do núcleo, Niels Bohr voltou sua atenção para descrever o elétron. Antes do modelo de Bohr, o modelo aceito foi um que mostrava o elétron como um planeta em órbita. A falha desse é que um elétron se movendo em uma trajetória circular seria aceleração. Um elétron acelerando cria um campo magnético variável. Este campo magnético variável retira energia do elétron, eventualmente efeito conhecido como radiação síncrotron, diminui a velocidade e permitindo que ele seja “capturado” pelo núcleo. Bohr sugeriu que o átomo possui energia quantizada. Cada elétron só pode ter uma determinada quantidade de energia, por isso ele é quantizada.

Elétrons nos átomos orbitam o núcleo.

  1. Os elétrons só podem orbitar estavelmente, sem irradiação, em certas órbitas (chamado por Bohr as órbitas “fixas”): a um determinado conjunto discreto de distâncias a partir do núcleo. Estas órbitas estão associadas com energias definidas e também são chamados reservatórios de energia ou de níveis de energia.
  2. Nestas órbitas, a aceleração do elétron não resulta na perda de radiação e da energia, conforme exigido no electromagnetismo clássico.
  3. Os elétrons só podem ganhar e perder energia, saltando de uma órbita permitida para outra, absorvendo ou emitindo radiação eletromagnética com uma freqüência ν determinado pela diferença de energia dos níveis de acordo com a relação de Planck:

\Delta{E}=E_2-E_1=h\nu \ ,

Onde h é a constante de Planck. A frequência da radiação emitida a uma órbita de período T, como seria na mecânica clássica,  é o recíproco do período da órbita clássica:

\nu={1\over T}.

A significância do modelo de Bohr é que as leis da mecânica clássica se aplicam ao movimento do elétron em torno do núcleo somente quando restringido por uma regra de quantum.

O modelo de nuvem

Erwin Schrödinger com base nos estudos de Bohr mas em uma nova direção, o cientista desenvolveu a função da probabilidade para o átomo de hidrogênio (e alguns outros). A função da probabilidade basicamente descreve uma região como uma nuvem onde o elétron é suscetível de ser encontrado. Não podemos dizer com toda a certeza, onde o elétron realmente está, mas podemos descrever o local onde ele deveria estar. A clareza através de imprecisão, é uma maneira de descrever a ideia. O modelo baseado na equação de probabilidade pode ser melhor descrito como o modelo de nuvem.

O modelo de nuvem representa uma espécie de história de onde o elétron foi provavelmente, e onde é provável que irá. Imagina-se, que quando o elétron se move deixa um rastro de onde ele estava. Esta gama de vestígios rapidamente começa a assemelhar-se a uma nuvem. Os locais prováveis ​​do elétron previstos pela equação de Schrödinger coincidem com os locais especificados no modelo de Bohr.

Modelo atômico aceito atualmente

  • Elétrons possuem carga negativa, massa muito pequena e que se movem em órbitas ao redor do núcleo atômico.
  • O núcleo é constituído de prótons de carga positiva, cuja massa é \approx 1.837 vezes superior a massa do elétron, e por nêutrons, partículas de carga nula e massa superior a dos prótons.
  • Um átomo é eletricamente neutro, por possuir números iguais de elétrons e prótons.
  • O número de prótons no átomo se chama número atômico, este valor é utilizado para estabelecer o lugar de um determinado elemento na tabela periódica.
  • Cada elemento se caracteriza por possuir um número de elétrons que se distribuem 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.
  • Cada camada possui uma quantidade máxima de elétrons. A camada mais próxima do núcleo K, comporta somente dois eléctrons; a camada L, imediatamente posterior, oito, M, dezoito, N, trinta e dois, O, trinta e dois, P, dezoito e Q possui oito.
  • Os elétrons da última camada (mais afastados do núcleo) são responsáveis pelo comportamento químico do elemento, por isso são denominados elétrons de valência.
  • O número de massa é equivalente à soma do número de prótons e nêutrons presentes no núcleo.
  • O átomo pode perder elétrons, carregando-se positivamente, é chamado de íon positivo (cátion).
  • Ao receber elétrons, o átomo se torna negativo, sendo chamado íon negativo (ânion).
  • O deslocamento dos elétrons provoca uma corrente elétrica, que dá origem a todos os fenômenos relacionados à Eletricidade e ao magnetismo.
  • No núcleo do átomo existem duas forças de interação a chamada interação nuclear forte, responsável pela coesão do núcleo, e a interação nuclear fraca, ou força forte e força fraca respectivamente.
  • As forças de interação nuclear são responsáveis pelo comportamento do átomo quase em sua totalidade.
  • As propriedades físico-químicas de um determinado elemento são predominantemente dadas pela sua configuração electrónica, principalmente pela estrutura da última camada, ou camada de valência.
  • As propriedades que são atribuídas aos elementos na tabela, se repetem ciclicamente, por isso se denominou como tabela periódica dos elementos.
  • Os isótopos são átomos de um mesmo elemento com mesmo número de prótons (podem ter quantidade diferente de nêutrons).
  • Os isótonos são átomos que possuem o mesmo número de nêutrons
  • Os isóbaros são átomos que possuem o mesmo número de massa
  • Através da radioatividade alguns átomos atuam como emissores de radiação nuclear, esta constitui a base do uso da energia atômica.
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Escrito por Equipe de Redação Ciências e Tecnologia

4 Comentários

  1. mim ajudo muito obrigadooo

  2. muito bom me ajudou bastante obrigado

  3. saurabh suman

    Atomic structure

  4. como posso dar exemplos da aplicação de modelos atômicos na engenharia ambiental?

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No início de 1900, muitos cientistas voltaram sua atenção para investigar a estrutura do átomo. Muitos modelos foram propostos e um punhado foram adotados como formas para descrever o átomo.