“Um novo jeito de se aprender química”
Helan Carlos e Lenine Mafra- Farmácia- 2014.2
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não tenho a intenção de violá-los de nenhuma imagem,
exemplo prático ou material de terceiros que porventura
venham a ser utilizados neste ou em qualquer outro
material.
MODELOS ATÔMICOS
Uma teoria surge para explicar um determinando fenômeno, caso ela não
consiga explicar sucintamente este fenômeno ele deve ser aperfeiçoada ou
descartada. Os modelos atômicos são teoria baseadas na experimentação feita por
cientistas para explicar como é o átomo, sendo que estes modelos são meramente
didáticos, visto que eles não existem na natureza.
Durante muito tempo a constituição da matéria gerava curiosidade no homem.
Desde tempos remotos, pesquisadores tentavam descobrir como a matéria é formada.
Os primeiros pensamentos surgiram com o filósofo grego Aristóteles (384-322 a.C) a
qual acreditava que a matéria é infinitamente divisível e contínua, sendo formada por
quatro elementos: terra, ar, fogo e água.
VAMOS ENTENDER1: O pensamento de Aristóteles seria como pegar um pedaço de
pedra e começar a quebra-lo por várias e várias vezes, e mesmo que se fizesse isso
repetidas vezes sempre iria haver um pedaço a qual ainda poderia ser divisível, ou seja,
a matéria seria infinitamente divisível.
Ano depois vieram os racionalistas Leucipo e Demócrito com o pensamento da
descontinuidade. Leucipo acreditava que toda matéria seria constituída por átomos,
para ele átomo seria a menor porção da matéria e consequentemente não poderia ser
dividas em partes menores. Demócrito, discípulo de Leucipo, formulou então que a
matéria possui um limite além do qual a divisão não seria mais possível e tudo que
existe é composto por elementos indivisíveis chamados átomos (do grego “a” negação
e “tomo” divisível, Atomo= Indivisível).
Demócrito, pai da atomística.
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VAMOS ENTENDER2: O pensamento da descontinuidade de Leucipo e Demócrito é
como imaginar o contrário do V.E1, em que o pedaço de pedra chegaria a um
momento que não poderia ser mais dividido, aquele pedaço seria a menor porção da
matéria, esta menor porção ficou denominada então como átomo. Átomo é uma
palavra que tem origem grega que significa “não divisível”. Hoje sabemos que o átomo
pode ser dividido em partículas menores chamadas de partículas subatômicas, no
entanto, o seu nome ficou consagrado pelo uso histórico e permanece nos dias atuais.
Mas tarde, no século XVIII, nasce a ideia de química com os cientistas que
estudaram as leis ponderais, a lei da conservação da massa de Lavoisier e lei das
proporções constantes de Proust.
(Lavoisier, Pai da química)
LEI DA CONSERVAÇÃO DA MASSA: Lavoisier usando uma balança determinou a massa
de um recipiente antes e depois de uma reação química acontecer. Comparando as
medidas ele enunciou que “A massa final de um recipiente fechado, após ocorrer
dentro dele uma reação química é sempre igual a massa inicial”. Uma das frases mais
conhecidas na química foi postulada por ele, “Numa reação química a massa se
conserva porque não ocorrer criação nem destruição de átomos. Os átomos são
conservados, eles apenas se rearranjam”.
EXEMPLO:
ÁGUA  HIDROGÊNIO + OXIGÊNIO
18 g (reagente)
2g + 16 g (produtos)
CONCLUSÃO: A massa dos
reagentes é igual a soma das
massa do produto.
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LEI DAS PROPORÇÕES CONSTANTES: A composição química das substâncias
compostas é sempre constante, não importa qual a sua origem.
C + O2  CO2
3g + 8 g  11g
VAMOS ENTENDER3: A agua pura, não importa se ela veio da chuva, mar ou rio, desde
que esteja realmente purificada, sempre será formada pelos mesmos elementos
químicos hidrogênio e oxigênio em uma mesma proporção, ou seja, sempre terá uma
mesma composição.
MODELO DE JOHN DALTON
No ano de 1803 John Dalton, considerado por muitos autores como o criador
da primeira teoria atômica, propôs uma teoria para explicar as leis enunciadas por
Lavoisier e Proust, lei da conservação da massa e da composição definida
respectivamente. Essa teoria foi baseada em diversos experimentos e apontou
diversas conclusões;
1. Toda matéria é formado por pequenas partículas, sendo denominados
átomos.
2. Essas pequenas partículas não podem ser criadas e nem destruídas, elas
são permanentes e indivisíveis.
3. Os átomos de um mesmo elemento são idênticos em suas massas, já os
átomos de diferentes elementos possuem propriedades diferentes.
VAMOS ENTENDER4: De maneira didática, Dalton acreditava que o átomo era uma
esfera maciça, homogênea, indestrutível, indivisível e de ser carga. Segundo essas
considerações, seu modelo ficou conhecido como “Bola de bilhar”.
Sabe se que a contribuição de Dalton para o conhecimento atomístico é
incalculável, pois foi a partir de então que houve estudos e aperfeiçoamento do seu
modelo atômico. Vamos agora considerar os erros de Dalton.
1. Os átomos não são partículas maciças e indivisíveis, sabe se bem que o
átomo é descontínuo e divisível.
2. A massa atômica nem sempre é uma constante para o mesmo
elemento químico (Isótopos possuem massas diferentes e Isobáros são
elementos distintos que possuem a mesma massa).
3. O modelo também esta limitado, pois afirma que o átomo não tem
carga elétrica, hoje sabe-se que no átomo possuem um local chamado
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eletrosferas que possuem carga negativa e o núcleo a qual se tem
cargas positivas.
( Modelo atômico de Dalton)
( John Dalton)
MODELO DE THOMSON
Em 1903, o físico Joseph John Thomson a partir do experimento com tubos de
raios catódicos formulou um novo modelo atômico que ficou conhecido como “pudim
de passas”. Os raios catódicos são formados por partículas menores que os átomos
que movimenta em linha reta em direção do ânodo (polo positivo) Essas partículas
ficaram denominada de elétrons.
Com este modelo Thomson constata que o átomo é divisível e era uma esfera
de carga elétrica positiva recheada de elétrons de cargas negativas, ou seja, os elétrons
distribuíam-se uniformemente no átomo. Este modelo derruba a ideia de que o átomo
é indivisível e introduz os fenômenos elétricos da matéria.
(Experimento com tubos de raios catódicos)
(modelo de pudim de passas)
FIQUE LIGADO!
 A maior contribuição de Thomson foi a descoberta dos elétrons no entanto seu
modelo se limitada na maneira como esses elétrons eram distribuídos no
átomo, sabe se hoje que os elétrons estão alocados na eletrosfera e não
distribuídos uniformemente no átomo como se pensava.
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Após a descoberta de Thomson, vários cientistas começaram a estudar os raios
catódicos, anos após Roentgen descobriu os raios X e Goldstein descobriu os
raios canais.
Os tubos de imagens de televisão e de monitores de computadores
convencionais e bem como a máquina de raios x, são avanços tecnológicos que
ocorreram das pesquisas dos raios catódicos.
MODELO DE RUTHERFORD
Em 1911 Ernest Rutherford idealizou a ideia do núcleo ao realizar o experimento
da lâmina de ouro bombardeado por partículas alfa emitidas do elemento radioativo
polônio.
Rutherford utilizou o elemento radioativo polônio que
emitida partículas alfas e colocou em uma caixa de
chumbo com um pequeno orifício para que as partículas
conseguisse passar. As partículas alfas atravessava uma
folha de ouro finíssimo e incida sobra a tela fluorescente
que então brilhava. Mas repare que algumas partículas
alfa atravessa a lâmina em linha reta, mas algumas se
desviam e se espalham.
CONCLUSÕES DO EXPERIMENTO:
1. As partículas alfa atravessa a lâmina de ouro em linha reta, isso acontecia
porque os átomos eram estruturas praticamente vazias, não esferas maciças
como diziam Dalton.
2. Em uma minúscula região de seu interior estaria concentrado toda a carga
positiva responsável pelo desvio de um pequeno número de partículas alfa
(NÚCLEO).
3. Distante desta região chamada núcleo, circulavam os elétrons, isso fez com que
Rutherford se convencesse de que o átomo deveria ser semelhante ao modelo
do sistema solar.
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4. Rutherford chegou a conclusão de que o átomo teria um núcleo positivo que
seria muita pequeno em relação ao todo mas possui uma grande massa e ao
redor deste, os elétrons que descreviam órbitas circulares em altas velocidades
para não serem atraídas e caírem sobre o núcleo. A eletrosfera seria cerca de
dez a cem mil vezes maiores do que o núcleo atômico e entre eles haveria um
espaço vazio.
O QUE FALTOU?
O átomo de Rutherford apresentou algumas falhas. Segundo o próprio os
elétrons ficaria girando em movimento circular uniforme em volta do núcleo, por isso é
conhecido como modelo planetário. Então se os elétrons giram em volta do núcleo
eles iriam perder energia gradualmente e chegaria um momento em que ele cairiam
em espiral para núcleo que, além disso, apresenta cargas positivas e tendem a atrair os
elétrons. A física clássica indagou então a Rutherford porque de os elétrons ficam em
movimento ao redor do núcleo sem que eles caiam em espiral para o núcleo,
ocorrendo assim um colapso? Se as partículas apresentam cargas opostas, por que elas
não se atraem? O próximo modelo atômico veio para responder essas indagações da
física clássica.
FIQUE LIGADO!
 Goldstein foi quem criou um tubo e observou que quando ocorriam descargas
elétricas através do tubo contendo um gás rarefeito, surgiam raios que
apresentavam massas e cargas elétricas positivas, esses raios ficaram
denominados de raios canais. No entanto foi Rutherford que verificou os raios
canais originários do hidrogénio e a essa unidade eletricamente carregada
positivamente deu-se o nome de próton.
 Em 1932 James Chadwick observou que o núcleo do berílio radioativo emitia
partículas sem carga elétrica e com massa igual à dos prótons, sendo
denominada de nêutron. Surgia então a terceira partícula subatômica
Neste momento tínhamos então:
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PARTÍCULAS
Prótons
Nêutrons
Elétrons
MASSA
1
1
1 /1836
CARGA ELÉTRICA
+1
0
-1
MODELO DE BOHR
O modelo do físico Niels Bohr veio para aperfeiçoar o modelo de Rutherford,
como prova disso este modelo ficou conhecido como Rutherford-Bohr.
Rutherford acreditava que o átomo era como um sistema solar microscópico no
qual os elétrons descreviam uma órbita ao redor do núcleo. Entretanto de acordo a
física clássica uma partícula carregada como um elétron que se move em uma
trajetória circular perderia energia continuamente pela emissão de radiação
eletromagnética movendo em forma de espiral em direção ao núcleo. Foi então que
Bohr nos seus estudos baseados no espectro de linhas do hidrogênio supôs que os
elétrons moviam-se em órbitas circulares ao redor do núcleo em que o elétron possui
certa órbita permitida que tenha energia especifica, uma energia mínima em qual o
elétron estaria em um estado de energia permitido. E um elétron no estado de energia
permitido não irradiará energia e, portanto não se moverá em forma de espiral em
direção ao núcleo.
No modelo Rutherford-Bohr quando um elétron salta de um nível menor para
um nível mais elevado, ele absorve energia e quando ele retorna para um nível menor
o elétron emite uma radiação em forma de luz. Bohr organizou estes elétrons em
camadas a qual ele denominou por: K, L, M, N, O, O e Q. Cada camada possui um
número máximo de elétrons a qual será apresentando na tabela abaixo.
NÚMERO
1
2
3
4
5
6
7
NOME
K
L
M
N
O
P
Q
Nª DE ELÉTRONS
2
8
18
32
32
18
8
FIQUE LIGADO!
 O modelo de Bohr apenas aperfeiçoou o modelo de Rutherford e não
substituiu. Prova disso ele é conhecido como Rutherford-Bohr.
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O modelo de Rutherford-Bohr também houve limitações, ele não explica o
comportamento de linhas no espectro de átomo polieletrônicos. Além disso ele
descreve o elétron apenas como uma partícula circulando ao redor do núcleo, e
hoje já sabemos que o elétron assumi função de partícula e onda.
O modelo de Bohr fez uso da teoria quântica e da constante de Planck, para
estabelecer que um átomo emite radiação eletromagnética apenas quando um
elétron salta de um nível quântico para outro. Esse modelo foi fundamental
para os desenvolvimentos futuros da física atômica teórica.
APLICAÇÕES DO MODELO DE BOHR NO NOSSO DIA-A-DIA:
Fogos de artifício; Usa o principio do teste de chamas, quando os átomos de sódio, por
exemplo, são colocados em uma fonte externa como o fogo, o calor excita os elétrons
e eles passam a ficar em um maior nível de estado de energia comumente chamado de
estado excitado. Ao voltarem ao seu nível inicial, chamado de estado fundamental, ele
irá liberam energia em forma de luz, no caso do sódio ira emitir uma coloração laranja
como é percebida nos fogos de artificio.
Lâmpadas; As lâmpadas de vapor de sódio (incandescentes) ou mercúrio
(fluorescentes) são dispositivos baseados nos tubos de raios catódicos.
Bioluminescência; Quando alguns seres vivos consegue fazer algumas reações
químicas utilizando energia proveniente de alimentos para excitar elétrons de átomos
de determinadas moléculas. Consequência disso é que, quando os elétrons voltam
para seu estado fundamental há emissão de luz. Dizem que os vagalumes utilizam
desse processo para comunicar com o parceiro do sexo oposto.
MODELO ATÔMICO DE SOMMERFELDO
Em 1915 Arnold Sommerfeld estudando os espectros de emissão de átomos
mais complexos que o hidrogênio, ele observou que em cada camada eletrônica (n)
havia 1 órbita circular e (n-1) órbitas elípticas com diferentes excentricidades. Estas
órbitas elípticas foram denominadas de subníveis ou subcamadas de energia sendo
elas s,p,d e f. Ele propôs este modelo através na teoria da relatividade de Einstein e da
teoria quântica, assim podendo explicar detalhes dos espectros.
IMPORTANTE: Ao longo do texto foi falado em vários momentos da teoria quântica e
da constante de Planck, confesso a vocês que este conteúdo é um pouco complexo
pois é necessário conhecimento de diversas áreas, no entanto para seguirmos em
frente aos nossos estudos é necessário entendermos um pouco destas teorias,
principalmente quando formos tratar do átomo quântico. Mas antes tenho que
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“Um novo jeito de se aprender química”
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terminar com essa frase de Niels Bohr a respeito de mecânica quântica “Qualquer um
que não se choque com a mecânica quântica é porque não a entendeu”
TEORIA QUÂNTICA
A teoria quântica que também é conhecida como mecânica quântica é a teoria
que obtém sucesso no estudo dos sistemas cujas dimensões são em sua maioria abaixo
da escala atômica, tais como moléculas, átomos, elétrons e prótons.
A mecânica quântica é a base teórica experimental de vários campos da física e
da química. Os alicerces para criação desta teoria foram estabelecidos por Einstein,
Heisenberg, Max Planck, Louis de Broglie, Niels Bohr, Erwin Schrödinger e outros.
Os princípios da quantização da energia, propostos por Einstein e Planck, e as
observações experimentais feitos por Rutherford e Bohr do espectro atômico dos
elementos mostravam que as leis de Newton não produziam resultados corretos
quando aplicadas a sistemas muito pequenos, como átomos e moléculas.
QUANTIZAÇÃO DE ENERGIA: No ano de 1900, Max Planck fez uma suposição na qual
afirmou que existiria um valor mínimo para a energia que podia ser absorvida ou
emitida. Este valor ficou conhecido como um quantum de energia. Podemos entender
melhor a ideia de quantização da energia proposta por Planck fazendo uma analogia
com a troca de moedas de 1 centavo entre duas pilhas de dinheiro. Suponhamos que
cada moeda de 1 centavo seja nosso quantum de dinheiro: assim, podemos trocar
moedas à vontade entre as pilhas, mas é impossível aumentar ou diminuir 0,5 centavo
a qualquer uma das pilhas – o valor total de cada pilha sempre será múltiplo de 1
centavo.
EFEITO FOTOELÉTRICO EXPLICADO POR EINSTEIN: Einstein desenvolveu, em 1905,
uma teoria muito simples e revolucionária para explicar o efeito fotoelétrico. De
acordo com sua teoria, um quantum de luz transfere toda a sua energia a um único
elétron, independentemente da existência de outros quanta de luz.
E = hn
MODELO DE BROGLIE: Com base em análises e experiências, verificou-se que a luz
apresenta um comportamento dual. Em 1924, o físico francês Louis De Broglie lançou a
hipótese baseada nos estudos de Albert Einstein e também de Max Planck o conceito
da mecânica ondulatório onde o elétron se apresentava o princípio da dualidade
partícula-onda. Este modelo proposto por De Broglie constitui um princípio
fundamental do comportamento da estrutura atômica, tornando possível uma
compreensão mais abrangente da natureza do átomo, bem como das ligações
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químicas por eles estabelecidas. O modelo atômico atual é um modelo matemático/
probabilístico, sendo o princípio da dualidade um dos seus pilares.
MODELO DE SCHRODINGER: O físico austríaco Erwin Schrodinger em 1926 por meio
da equação que ficou conhecida como equação de schrodinger conseguiu calcular a
região mais provável onde o elétron possa estar. Para essa região atribui o nome de
orbital. O orbital nada mais é que a região do espaço ao redor do núcleo onde há
máxima probabilidade de se encontrar um elétron.
PRINCÍPIO DA INCERTEZA DE HEISENBERG: Em 1926, o cientista Werner Heisenberg
(1901-1976) afirmou que não é possível determinar a velocidade e a posição de um
elétron de determinado átomo. Desse modo, foi adotado que, no lugar de se
determinar apenas uma órbita definida para o elétron, o mais adequado e correto é
admitir que existissem regiões possíveis para este elétron estar. Essas regiões são
chamadas de orbital, a qual foi calculada pelo cientista Erwin Schrödinger citado a
cima.
MODELO ATÔMICO ATUAL
Nos dias atuais, o modelo "planetário", quer seja o de Bohr, quer seja o de
Sommerfeld não é mais aceito. O modelo atômico atual é um modelo matemáticoprobabilístico que se baseia em dois princípios principais, o primeiro deles o princípio
da incerteza de Heisenberg onde é impossível determinar com precisão a posição e a
velocidade de um elétron em um mesmo instante e também o principio da dualidade
de Broglie onde o elétron comporta-se como matéria e energia sendo uma partículaonda.
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“Um novo jeito de se aprender química”
Helan Carlos e Lenine Mafra- Farmácia- 2014.2
Por questões meramente didáticas, os princípios do modelo atômico atual se
bem como as propriedades do átomo quântico será demonstrado no próximo
conteúdo denominado “O átomo quântico”.
AUTOR
Aristóteles
Leucipo e Demócrito
Lavoisier
Proust
John Dalton
Thomson
Rutherford
Bohr
Sommerfeld
Max Planck
RESUMÃO DO HELAN:
FICOU CONHECIDO POR
DESCRIÇÃO
A matéria é infinitamente
Continuidade
divisível e contínua, sendo
formada
por
quatro
elementos: terra, ar, fogo
e água.
Descontinuidade
A matéria possui um limite
além do qual a divisão não
seria mais possível e tudo
que existe é composto por
elementos
indivisíveis
chamados átomos.
Lei da conservação da “Na Natureza nada se cria,
massa
nada se perde, tudo se
transforma”
Lei
das
proporções A composição química das
constantes
substâncias compostas é
sempre constante, não
importa qual a sua origem.
Bola de bilhar
O átomo era uma esfera
maciça,
homogênea,
indestrutível, indivisível e
de ser carga.
Pudim de passas
O átomo é divisível e é
uma esfera de carga
elétrica positiva recheada
de elétrons de cargas
negativas
Modelo planetário
O átomo possui uma
região denominada núcleo
a qual circulava os
elétrons.
Modelo Rutherford-Bohr
O elétron possui certa
órbita permitida que tenha
energia especifica, uma
energia mínima.
-----------------------------Descoberta dos subníveis
de energia.
Quantização de energia
Existe um valor mínimo
para a energia que pode
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Einstein
Efeito fotoelétrico
Broglie
Modelo de Broglie
Schrodinger
Heisenberg
MODELO ATÔMICO
ATUAL
ser absorvida ou emitida.
Explica
o
efeito
fotoelétrico
Princípio da dualidade
partícula-onda
Orbital
Calculou a região provável
de se encontrar um
elétron.
Principio da incerteza de Não é possível determinar
Heisenberg
a velocidade e a posição de
um
elétron
de
determinado átomo.
MODELO ATÔMICO
Modelo
matemáticoprobabilístico
que
se
ATUAL
baseia em dois princípios.
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