Juliana Cerqueira de Paiva
Modelos Atômicos
Aula 2
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Modelo Atômico de Thomson
• Joseph John Thomson (1856 – 1940)
• Por volta de 1897, realizou experimentos estudando
descargas elétricas em tubos semelhantes a tubos 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).
• No século XIX, inúmeros físicos cientistas
desenvolveram experiências sobre a condução de
eletricidade através dos gases. Tais experiências eram
realizadas na maioria das vezes com tubos de vidro,
nos quais eram aplicadas duas placas metálicas
denominadas de ânodo e cátodo, uma em cada
extremidade, sobre elas se aplicava altas voltagens.
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• Durante a execução dos experimentos, os cientistas perceberam um fato inesperado: a
corrente elétrica era indicada no amperímetro mesmo quando se alcançava alto nível de
vácuo. Querendo descobrir a que se devia esse fenômeno, no ano de 1875, o físico e químico
W. Crookes construiu um tubo curvo, produziu vácuo em seu interior e aplicou altas
voltagens em suas extremidades, onde se localizava as placas metálicas. Ao fazer isso ele
percebeu que uma determinada região do tubo apresentava uma luminescência esverdeada.
Ele então suspeitou que essa luminescência era causada por algum tipo de radiação que o
cátodo emitia. Essas radiações foram denominadas de raios catódicos, no entanto, Crookes
não conseguiu determinar a natureza das mesmas.
• Durante muitos anos não aconteceram novas descobertas sobre os raios catódicos, nem tão
pouco havia sido descoberta a natureza desses raios. No ano de 1897 J. J. Thomson realizou
novas experiências que o levaram a concluir que os raios catódicos eram formados por
partículas que possuem carga negativa. Tempos mais tarde, Thomson provou que esses
raios eram desviados mediante a aplicação de campo elétrico. Assim, essas partículas foram
denominadas de elétrons. Após descobrir a natureza dos raios catódicos, Thomson
procurou determinar algumas propriedades das partículas que constituem o raio como, por
exemplo, o valor da carga e a massa destas partículas. Mas não foi possível obter
experimentalmente o valor dessas grandezas, o que ele conseguiu foi medir a razão entre a
carga e a massa do elétron.
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• Em um tubo fechado a vácuo, contendo um gás
rarefeito (submetido a baixas pressões), foram
postos dois eletrodos com polos contrários
(positivo e negativo) e estabelecendo entre eles
uma diferença de potencial elétrico fornecido por
uma fonte externa. Ao aplicar uma descarga
elétrica, percebeu-se um feixe de luz ligando um
polo ao outro. Experimentos realizados colocando
um obstáculo material dentro do tubo e entre os
polos, após a mesma descarga elétrica, viu-se a
formação de uma sombra em direção ao polo
positivo.
• Os cientistas atribuíram essa mancha aos raios
provenientes do polo negativo, denominado
cátodo. Então foram denominados raios catódicos,
que nada mais são do que feixes de elétrons que
atravessam o tubo atraídos pelo polo positivo, que
é chamado de ânodo.
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• Após tal teste, Thomson sugeriu que os
elétrons estariam mergulhados em uma
massa homogênea, como ameixas em um
pudim (Plum Pudding).
• 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.
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• 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 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.
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• As experiências de Thomson podem ser consideradas o
início do entendimento da estrutura atômica. Suas
experiências com o tubo de raios catódicos permitiu
concluir irrefutavelmente a existência dos elétrons.
• Os corpos são eletricamente neutros, com a descoberta
dos elétrons de cargas negativa, concluiu-se pela
existência dos prótons. Isso dava um modelo de átomo
constituído por uma esfera maciça, de carga elétrica
positiva, que continha elétrons nela dispersas, esse
modelo ficou conhecido como Pudim de Passas.
• Segundo Thomson, o número de elétrons que contem o
átomo deve ser suficiente para anular a carga positiva
da massa. Se um átomo perdesse um elétron,
carregaria positivamente, pois teria uma carga positiva
a mais em sua estrutura com relação ao número de
elétrons, transformando-se em íons.
• A massa de elétrons é muito menor que a de átomos,
desse jeito a massa do átomo seria praticamente igual
à massa dos átomos sem carga, os neutros.
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Experimento de Geiger-Marsden
• O experimento de Geiger–Marsden, também conhecido
como experimento da folha de ouro ou experimento de
Rutherford, foi uma experiência científica realizada por
Hans Geiger e Ernest Marsden em 1909 com o objetivo
de investigar a estrutura do átomo.
• O experimento foi realizado sob a supervisão de Ernest
Rutherford nos laboratórios de Física da Universidade
de Manchester, no Reino Unido. Os resultados do
experimento demonstraram pela primeira vez a
existência do núcleo atômico, o que não era consistente
com o modelo atômico de Thomson, proposto em 1904
por Joseph John Thomson.
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Modelo Atômico de Rutherford
• O modelo atômico de Rutherford (também
conhecido como modelo planetário do átomo), é um
modelo atômico concebido pelo cientista Ernest
Rutherford. Para montar sua teoria, Rutherford
analisou resultados de seu experimento que ficou
conhecido como "experiência de Rutherford".
• Nesta experiência, utilizando uma fonte radioativa
para emitir partículas alfas, um contador Geiger, e
uma fina folha de ouro, ele mediu o numero de
partículas alfa que atravessaram esta folha. Porém,
ele percebeu que embora muitas das partículas
atravessam a folha (como já era previsto pelo
modelo atômico em rigor naquela época), um
número muito pequeno de partículas alfa eram
refletidas ou sofriam desvio por esta folha. Com base
nisto, Ernest Rutherford montou a sua teoria.
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• Em 1911, Rutherford apresentou a sua teoria para o seu
modelo atômico, afirmou que o modelo vigente até então,
também conhecido como "pudim de passas", que foi feito por
J. J. Thomson, estava incorreto.
• Rutherford afirmou com seu experimento, que o átomo não
era apenas uma esfera maciça de carga elétrica positiva
incrustada com elétrons.
• Segundo Rutherford, o átomo teria na verdade um núcleo de
carga elétrica positiva de tamanho muito pequeno em relação
ao seu tamanho total, sendo que este núcleo, que conteria
praticamente toda a massa do átomo, estaria sendo rodeado
por elétrons de carga elétrica negativa, os quais descreveriam
órbitas helicoidais em altas velocidades.
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Falha no modelo de Rutherford
• A falha do modelo de Rutherford é mostrada pela teoria do
eletromagnetismo, 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.
• A falha foi corrigida pelo modelo atômico de Bohr, de seu aluno e
colega de trabalho Niels Bohr, que dizia que considerava a ideia de
um modelo atômico planetário bonita demais para estar errada.
Assim, com o auxílio das descrições quânticas da radiação
eletromagnética propostas por Albert Einstein e Max Planck,
conseguiu completar a teoria de Rutherford, ficando assim
conhecida como modelo atômico-molecular de Rutherford-Bohr.