Prof.: Nilsonmar
Modelos atômicos
A origem da palavra átomo
A palavra átomo foi utilizada pela primeira vez na Grécia antiga, por
volta de 400 aC. Demócrito (um filósofo grego) acreditava que todo tipo
de matéria fosse formado por diminutas partículas que denominou
átomos (sem divisão). Acreditava-se que tais partículas representavam a
menor porção de matéria possível, ou seja, eram indivisíveis. Como esta
idéia não pôde ser comprovada por Demócrito e seus contemporâneos,
ela ficou conhecida como 1º modelo atômico, mas meramente filosófico.
Modelo Atômico de Dalton
As idéias de Demócrito permaneceram inalteradas por
aproximadamente 2200 anos. Em 1808, Dalton retomou
estas idéias sob uma nova perspectiva: a experimentação.
Baseado em reações químicas e pesagens minuciosas, chegou à
conclusão de que os átomos realmente existiam e que possuíam algumas
características:
- Toda matéria é formada por diminutas partículas esféricas, maciças,
neutras e indivisíveis chamadas átomos.
- Existe um número finito de tipos de
átomos na natureza.
- A combinação de iguais ou diferentes
tipos de átomos originam os diferentes
materiais.
A descoberta das partículas subatômicas.
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O elétron (n)
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•
•
Em 1897, Joseph John Thomson (1856-1940)
conseguiu demonstrar que o átomo não é
indivisível utilizando uma aparelhagem
denominada tubo de raios catódicos.
Dentro do tubo de vidro havia além de uma
pequena quantidade de gás, dois eletrodos
ligados a uma fonte elétrica externa. Quando o
circuito era ligado, aparecia um feixe de raios
provenientes do cátodo (eletrodo negativo),
que se dirigia para o ânodo (eletrodo positivo).
Esses raios eram desviados na direção do pólo
positivo de um campo elétrico.
Com base nesse experimento, Thomson
concluiu que:
Os raios eram partículas (corpúsculos)
menores que os átomos;
Os raios apresentavam carga negativa. Essas
partículas foram denominadas elétrons (e)
O tubo da tela de televisão é uma
versão complexa de um tubo de
raios catódicos. Embora a
televisão já fosse, em 1927, uma
realidade
em
laboratório,
somente em 1947 receptores de
TV foram produzidos em escala
industrial para uso doméstico.
Modelo Atômico de Thomson
“O átomo é maciço e constituído por um fluído com carga elétrica
positiva, no qual estão dispersos os elétrons”.
Como um todo, o átomo seria eletricamente neutro.
•
O próton (p)
•
O físico alemão Eugen Goldstein
(1850-1930),
usando
uma
aparelhagem semelhante à de
Thomson, observou o aparecimento
de um feixe luminoso no sentido
oposto ao dos elétrons. Concluiu que
os componentes desse feixe deveriam
apresentar carga elétrica positiva.
Posteriormente, em 1904, o cientista
neozelandês
Ernest
Rutherford
(1871-1937), ao realizar o mesmo
experimento com o gás hidrogênio,
detectou a presença de partículas com
carga elétrica positiva ainda menores,
as quais ele denominou prótons (p).
A massa de um próton é
aproximadamente 1836 vezes maior
que a de um elétron.
A experiência de Rutherford (1911)
Rutherford bombardeou uma fina lâmina de ouro (0,0001 mm) com
partículas "alfa" (núcleo de átomo de hélio: 2 prótons e 2 nêutrons), emitidas
pelo "polônio" (Po), contido num bloco de chumbo (Pb), provido de uma
abertura estreita, para dar passagem às partículas "alfa" por ele emitidas.
Envolvendo a lâmina de ouro (Au), foi colocada uma tela protetora revestida
de sulfeto de zinco (ZnS).
Modelo Atômico de Rutherford
Observando as cintilações na tela de ZnS, Rutherford verificou que
muitas partículas "alfa" atravessavam a lâmina de ouro, sem sofrerem
desvio, e poucas partículas "alfa" sofriam desvio. Como as partículas
"alfa" têm carga elétrica positiva, o desvio seria provocado por um
choque com outra carga positiva, isto é, com o núcleo do átomo,
constituído por prótons.
Observações e conclusões de Rutherford
Observação
• a) A maior parte das
partículas α atravessava a
lâmina sem sofrer desvios.
• b) Poucas partículas α (1
em
20.000)
não
atravessavam a lâmina e
voltavam.
• c) Algumas partículas α
sofriam desvios de trajetória
ao atravessar a lâmina.
Conclusões
• A maior parte do átomo
deve ser vazio. Nesse
espaço (eletrosfera) devem
estar localizados os elétrons.
• Deve existir no átomo uma
pequena região onde está
concentrada sua massa (o
núcleo).
• O núcleo do átomo deve ser
(+), o que provoca uma
repulsão nas partículas α
(+)
Modelo Atômico de Rutherford
Assim, o átomo seria um imenso vazio, no qual o núcleo ocuparia uma
pequena parte, enquanto que os elétrons o circundariam numa região
negativa chamada de eletrosfera, modificando assim, o modelo atômico
proposto por Thomson.
O nêutron (n)
• Logo percebeu-se que no núcleo dos átomos poderia
existir mais do que um único próton. Entretanto,
esse fato comprometeria a estabilidade do núcleo,
pois entre os prótons existiriam forças de repulsão
que provocariam a fragmentação do núcleo.
• Como isso não ocorria, Rutherford passou a admitir
a existência, no núcleo, de partículas com massa
semelhante à dos prótons, mas sem carga elétrica.
Essas partículas serviriam para diminuir a repulsão
entre os prótons, aumentando a estabilidade do
núcleo.
• Durante experências realizadas com material
radioativo, em 1932, o físico inglês Chadwick
(1891-1974) descobriu essas partículas e as
denominou nêutrons.
- Os Postulados de Niels Bohr (1885-1962)
De acordo com o
modelo atômico proposto por Rutherford, os elétrons ao girarem ao redor
do núcleo, com o tempo perderiam energia, e se chocariam com o
mesmo.
Como o átomo é uma estrutura estável, o dinamarquês Niels Bohr
formulou uma teoria (1913) sobre o movimento dos elétrons,
fundamentado na Teoria Quântica da Radiação (1900) de Max Planck.
A teoria de Bohr fundamenta-se nos seguintes postulados:
1º postulado: Os elétrons descrevem órbitas circulares estacionárias
ao redor do núcleo, sem emitirem nem absorverem energia.
2º postulado (de Niels Bohr) : Fornecendo energia (elétrica, térmica, ....) a um
átomo, um ou mais elétrons a absorvem e saltam para níveis mais afastados do
núcleo. Ao voltarem as suas órbitas originais, devolvem a energia recebida em
forma de luz (fenômeno observado, tomando como exemplo, uma barra de ferro
aquecida ao rubro).
Teoria Quântica
De acordo com Max Planck (1900), quando uma partícula
passa de uma situação de maior energia para outra de menor
energia ou vice-versa, a energia é perdida ou recebida em
"pacotes" que recebe o nome de quanta(quantum é o singular
de quanta).
O quantum é o pacote fundamental de energia e é indivisível.
Cada
tipo
de
energia
tem
o
seu
quantum.
A Teoria Quântica permitiu a identificação dos elétrons de um
determinado átomo, surgindo assim os "números quânticos".
Princípio da incerteza de Heisenberg: é impossível determinar com
precisão a posição e a velocidade de um elétron num mesmo instante.
Orbital é a região onde é mais provável encontrar um életron
Órbitas:
1circular e as demais elípticas
- Modelo Atômico de Sommerfeld (1916)
Ao pesquisar o átomo, Sommerfeld concluiu que os
elétrons de um mesmo nível, ocupam órbitas de trajetórias
diferentes (circulares e elípticas) a que denominou de
subníveis, que podem ser de quatro tipos: s , p , d , f .
Princípio da dualidade da matéria de Louis de Brodlie:
o elétron apresenta característica DUAL, ou seja,
comporta-se como matéria e energia sendo uma
partícula-onda.
Em 1923, Louis Broglie mostrou, através de uma equação
matemática, que "qualquer corpo em movimento estaria
associado a um fenômeno ondulatório". Desta maneira o
elétron apresenta a natureza de uma partícula-onda,
obedecendo assim, às leis dos fenômenos ondulatórios,
como acontece com a luz e o som.
Teoria da Mecânica Ondulatória
Em 1926, Erwin Schrödinger formulou uma teoria chamada
de "Teoria da Mecânica Ondulatória" que determinou o conceito
de "orbital" .
Orbital é a região do espaço ao redor do núcleo onde
existe a máxima probalidade de se encontrar o elétron.
O orbital s possui forma esférica ...
.............
e os orbitais p possuem forma de halteres......
Modelo atômico de Schrödinger - A partir das equações de
Schrödinger não é possível determinar a trajetória do elétron
em torno do núcleo, mas, a uma dada energia do sistema,
obtém-se a região mais provável de encontrá-lo.