EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS: DA TEORIA DOS ELEMENTOS AO MODELO
DE RUTHERFORD
Prof. Ronaldo DS Rodrigues
Apesar de todo o avanço científico do mundo moderno não é possível descrever
precisamente a constituição da matéria, ou seja, do quê ela é feita. Uma das razões dessa
dificuldade tem relação com o tamanho dos constituintes da matéria (escala nanométrica).
Assim, são utilizados modelos explicativos que se propõem a representar esse universo com
base nas propriedades e comportamentos dos diferentes materiais. Entretanto, estes
modelos não podem ser considerados como verdades absolutas. A História da Ciência
demonstra que esses modelos são aprimorados ou mesmo substituídos com o passar do
tempo. A seguir estudaremos alguns modelos que servem para entender diferentes
fenômenos da natureza, os chamados modelos atômicos.
OS GREGOS E A IDÉIA DE ÁTOMO:
Na Grécia Antiga diferentes escolas filosóficas propunham distintas explicações para
a existência da matéria. Algumas dessas escolas, por exemplo, consideravam a matéria
como algo contínuo. De acordo com essa ideia, se certa quantidade de água, por exemplo,
fosse dividida em partes cada vez menores não resultaria em outra coisa senão a própria
água.
Por outro lado, em outras escolas filosóficas, considerava-se que a matéria fosse algo
descontínuo, ou seja, ao ser divida em partes cada vez menores resultaria em uma partícula
que não seria mais passível de divisão e que seria diferente da matéria da qual se originou.
Leucipo e seu discípulo Demócrito são os maiores representantes dessa ideia e
denominavam essa partícula indivisível com o nome de átomo.
Como o modelo atômico proposto pelos gregos não era um modelo científico, não foi
capaz de superar as ideias predominantes que consideravam ser a matéria formada pelos
elementos, terra, água, ar e fogo.
Modelo atômico de Dalton:
John Dalton foi um cientista inglês que, no começo do século XIX, propôs uma
explicação para os resultados experimentais obtidos em trabalhos desenvolvidos em
laboratórios de química, de forma independente, por ele mesmo e pelos cientistas Lavoisier
e Proust1.
Segundo Dalton, os átomos seriam as partículas esféricas, maciças e indivisíveis que
comporiam todas as formas de matéria. Para Dalton, cada elemento químico seria
representado por um tipo de átomo específico. Seu modelo atômico ficou conhecido como
Modelo Atômico da Bola de Bilhar. De forma geral, Dalton propôs o seguinte:
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•
•
Os átomos são partículas indivisíveis, esféricas e maciças e formam todo tipo de
matéria.
Átomos de elementos químicos diferentes possuem propriedades diferentes.
Átomos pertencentes a um mesmo elemento possuem massa e propriedades iguais.
1
Esses trabalhos experimentais deram origem às chamadas Leis Ponderais que serão estudadas
nos capítulos posteriores.
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•
Nas reações químicas, os átomos não sofrem alteração em sua estrutura.
A massa total de um material é igual a soma das massas dos átomos dos elementos
que o constituem.
Modelo atômico de Thomson (1897):
No final do século XIX muitos cientistas realizavam experiências com um aparato
chamado tubo de raios catódicos ou tubo de Crookes, nome de seu inventor. Esse aparato
consistia em um tubo de vidro no interior do qual se produzia vácuo ou se introduzia um gás
específico para depois, submetê-lo à passagem de uma corrente elétrica pela diferença de
tensão elétrica entre dois eletrodos de metal convenientemente posicionados. No interior do
tubo, portanto, era possível notar um raio que partia de um eletrodo para o outro. Esse raio
foi chamado de raio catódico.
Tubo de Crookes ou tubo de raios catódicos. O
cátodo e o ânodo são os eletrodos. Thomson
verificou que os raios catódicos faziam uma
ventoinha se mover no interior do tubo e conclui
que esses raios eram formados por partículas.
Pesquisando de forma metódica os raios
catódicos, o cientista inglês J. J. Thomson
propôs que esses raios podiam ser interpretados como sendo um feixe de partículas com
massa e com carga elétrica negativa, as quais foram chamadas de elétrons. Ele conclui que
os elétrons (raios catódicos) deveriam fazer parte de todo tipo de matéria, pois observou que
a relação carga/massa do elétron era a mesma para qualquer gás que fosse colocado na
Ampola de Crookes. Com base em suas conclusões, Thomson superou o modelo de átomo
indivisível e maciço de Dalton e apresentou seu modelo atômico, conhecido também como o
"modelo de pudim com passas" segundo o qual o átomo seria divisível e constituído de
uma massa positiva na qual estariam dispersos os elétrons com carga negativa.
Modelo de Thomsom: "pudim com passas".
O pudim é toda a esfera positiva e as passas são os elétrons, de carga
negativa. Esse foi o modelo atômico proposto por Thomson.
Modelo atômico de Rutherford (1911):
No começo do século XX os materiais radioativos intrigavam muitos estudiosos que
realizaram experiências com o objetivo de entender esse fenômeno. O neozelandês Ernest
Rutherford foi um desses cientistas e, ao investigar a radioatividade, identificou a presença
de uma radiação que chamou de radiação alfa. De acordo com os estudos de Rutherford a
radiação alfa apresentava massa e possuía carga elétrica positiva. Rutherford e seus
colaboradores resolveram então bombardear uma lâmina muito fina (delgada) de ouro com
partículas alfa (que eram positivas). Sua intenção era sondar o átomo com uma partícula
que possuísse tamanho similar. O esquema abaixo ilustra o experimento de Rutherford.
Ao realizar seu experimento,
Rutherford notou que a maior parte
das partículas alfa passava pela
folha de ouro sem sofrer desvio
algum.
Entretanto,
algumas
partículas se desviavam e outras
até mesmo colidiam com a folha e
voltavam.
É importante ressaltar que naquela mesma época já eram conhecidos os elétrons –
partículas atômicas com carga negativa estudadas em 1897 por Thomson, e os prótons –
partículas de carga positiva estudadas em 1886 por Goldstein. Rutherford e seus
colaboradores verificaram que, para cada 10.000 partículas alfa que incidiam na lâmina de
ouro, apenas uma era desviada ou refletida. Com isso, concluíram que o raio do átomo era
10.000 vezes maior que o raio do núcleo. Comparando, se o núcleo de um átomo tivesse o
tamanho de uma azeitona, o átomo teria o tamanho do estádio do Maracanã.
Esquema
explicativo,
proposto
por
Rutherford, para representar o resultado
obtido com o experimento.
Surgiu então em 1911, o modelo do átomo nucleado constituído por duas regiões
principais: um núcleo central positivo (devido à presença dos prótons) muito pequeno em
relação ao tamanho total do átomo, porém com grande massa e, ao seu redor, a eletrosfera
onde estariam os elétrons com carga negativa e com pequena massa, o que torna o átomo
um conjunto eletricamente neutro.
Modelo atômico de Rutherford: átomo formado por um
núcleo muito pequeno em relação ao próprio átomo, com
carga positiva, no qual se concentra praticamente toda a
massa. Ao redor do núcleo localizam-se os elétrons,
negativos, neutralizando a carga positiva. Nessa figura, a
representação do núcleo foi ampliada para fins didáticos.
Posteriormente, em 1932, o cientista inglês James Chadwick descobriu uma nova
partícula nuclear com massa praticamente igual à do próton e sem carga elétrica, sendo por
essa razão, denominada nêutron. Dessa forma, concluiu-se que a massa do átomo se devia,
principalmente, à presença dos prótons e dos nêutrons no núcleo, uma vez que a massa de
um elétron é cerca de 1836 vezes menor que a massa de um próton ou de um nêutron.