ATOMÍSTICA
Modelos Atômicos
Dos Gregos a Rutherford
Prof. Italo Mammini Filho
Existe um material
básico do qual tudo
é feito?
“A água é a origem
de todas as coisas”.
Tales (624 – 548 a.C.)
Água é ar comprimido.
“O ar é a substância
básica que forma tudo”.
Se mais comprimido
ainda, é terra.
Anaxímenes (550 – 526 a.C.)
Fogo é ar rarefeito.
2
“Existem quatro elementos
básicos na natureza”.
Empédocles (492 – 432 a.C.)
seco + quente
úmido + quente
“Frio, quente, úmido, seco”.
Aristóteles (384 – 322 a.C.)
úmido + frio
seco + frio
Transmutação
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“Se dividirmos a matéria continuamente,
chegaremos a um ponto em que a divisão
não é mais possível”.
Leucipo (460 - ? a.C.)
Eternos!
Invisíveis!
ÁTOMOS
Imutáveis!
Demócrito (460 – 370 a.C.)
4
Muito tempo depois...
“O ar é formado por partículas
que podem ser comprimidas”.
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“Numa reação química em sistema
fechado, a massa total dos reagentes
é igual à massa total dos produtos”.
Antoine Laurent Lavoisier (1743 – 1794)
“As substâncias químicas têm
uma composição definida”.
Joseph Louis Proust (1754 – 1826)
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Criando um modelo...
“Toda a matéria é formada por átomos,
que não podem ser criados ou destruídos
durante uma transformação química”.
John Dalton
(1766 – 1844)
“Todos os átomos de um mesmo
elemento são iguais entre si”.
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“As transformações químicas
consistem em combinação,
separação ou rearranjo dos átomos”.
“Compostos químicos são formados por
dois ou mais elementos combinados em
proporção fixa”.
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Nitrogênio
Carbono
Oxigênio
Enxofre
Hidrogênio
Amônia
Água
Óxido Nitroso
Anotações
de Dalton
Ácido Sulfúrico
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Entra em cena
a eletricidade...
Em 1786...
E, em 1800...
... Luigi Galvani observa
a “eletricidade animal”.
... Alessandro Volta
desenvolve a pilha.
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“Há indícios de que os átomos
possam ser constituídos por
partículas ainda menores”.
Estudando tubos com
gases rarefeitos (baixa
pressão), submetidos a
altas tensões elétricas...
... William Crookes
acreditou ter encontrado
um quarto estado da
matéria, ao qual ele
chamou de “matéria
radiante”.
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Com pressões próximas à
atmosférica nada é observado
no interior do tubo, mas
quando gás é retirado ...
... e se a pressão é reduzida ainda
mais, a extremidade oposta do tubo
em relação ao cátodo emite uma
incandescência esverdeada.
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Tais resultados foram observados
qualquer que fosse o gás e o metal
que constituía os eletrodos.
“Alguma coisa deixa
o cátodo e viaja em
direção ao ânodo”.
Os “raios ” são um fluxo de
minúsculas partículas que,
emitidas do cátodo, viajam
em linha reta.
(J.J. Thomson, em 1887)
13
Essas partículas estão
presentes em toda a matéria
e possuem carga negativa.
Também são
dotadas de
momento, ou
seja, têm massa
e velocidade.
Tais partículas foram
chamadas de elétrons.
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Em 1908, Robert Millikan
determina a carga de um elétron.
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Os raios-X chocavam-se com os elétrons das
moléculas do ar que circulava as gotículas de
óleo, e essas poderiam capturá-los.
Ajustando a carga necessária
para interromper a queda de
uma única gotícula...
... seria possível descobrir
a carga dessa gotícula...
... que seria um múltiplo inteiro
da carga de um elétron!
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Assim, Millikan foi capaz de
calcular a carga de um elétron:
- 1,6 x 10-19 C
Como Thomson já
havia demonstrado
que a razão entre a
carga e a massa do
elétron é constante...
... Millikan também
calculou a massa de
um elétron:
9,1 x 10-28 g
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Então, se os elétrons são negativos e
a matéria é eletricamente neutra...
Em 1886, usando um tubo de Crookes modificado,
no qual o cátodo possuía uma fenda e estava
localizado próximo ao meio do tubo...
...Goldstein observou um fluxo
incandescente, que parecia
começar na fenda e mover-se
em direção ao ânodo.
E constatou que os “raios canais” consistiam de
partículas carregadas positivamente, apesar de não
serem iguais entre si (como os raios catódicos).
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O átomo de J. J. Thomson
Em 1898, Thomson sugeriu que
um átomo poderia ser uma
esfera carregada positivamente,
na qual alguns elétrons estariam
“incrustados”.
Esse modelo, já proposto por
Willian Thomson (Lord Kelvin),
ficou conhecido como “modelo
do pudim de passas”.
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Em 1890, descobriu-se que certos elementos
emitem radiação de alta energia: partículas
alfa (a), beta (b) e raios gama (g)
As partículas alfa (a) são carregadas
positivamente e possuem massa muito
maior que a de um elétron.
(aproximadamente 7.300 vezes)
O que deve acontecer se um
feixe de partículas alfa incidir
sobre uma fina folha de um
metal (ou mesmo de papel)?
Ernest Rutherford
(1871 – 1937)
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Usando um anteparo revestido por sulfeto de zinco
(forma-se um clarão quando ele é atingido por
partículas alfa), foi feito o experimento...
O que era esperado...
Uma interpretação:
... e o que
foi obtido.
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Esquematicamente:
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Por que algumas partículas alfa
desviaram e por que alguns dos
ângulos medidos foram tão grandes?
Se o modelo de Thomson
fosse correto, deveria ser
observado:
Mas o que foi
realmente observado...
Poucas partículas
poderiam sofrer
pequenos desvios.
Um número maior do
que o esperado sofreu
grande desvio de
trajetória (algumas com
ângulos acima de 90°).
“Deve haver uma pequena região
que concentra a carga positiva e a
maior parte da massa do átomo”.
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Nesse ponto, Rutherford retomou
uma idéia proposta em 1904 pelo
físico japonês H. Nagaoka:
MODELO PLANETÁRIO
“O átomo deve ser composto
por um pequeno núcleo
carregado positivamente (e que
concentra quase toda a sua
massa), com os elétrons
distribuídos em um grande
volume ao redor desse núcleo”.
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O modelo atual de átomo, apesar de bem
diferente, está baseado no de Rutherford:
Partículas Constituintes
do Átomo:
Fundamentais, pois
há dezenas delas.
Massa Relativa
PRÓTON
Carga Relativa
1
+1
NÊUTRON
@1
ELÉTRON
1 / 1836
0
-1
Rutherford (1914)
Chadwick (1932)
Thomson (1897)
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Apenas por curiosidade...
Próton = 2 quarks “up” e 1 “down”
Dimensões
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NÚMERO ATÔMICO (Z): é o número de prótons
que um átomo possui.
(ou Número de Moseley)
A=Z+N
Em que “N”
é o número
de nêutrons.
NÚMERO DE MASSA (A): representa a massa
aproximada de um átomo.
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Para um átomo neutro, os
números de prótons (+) e
elétrons (-) são iguais.
íon negativo
(ÂNION)
ganha elétron(s):
ÁTOMO NEUTRO
perde elétron(s):
íon positivo
(CÁTION)
A
208
4+
Pb
82
Z
Michael Faraday
(1791 – 1867)
carga do íon
símbolo do elemento
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ISÓTOPOS:
(“mesmo lugar”)
1
1
40
19
K
H
1
prótio
ISÓBAROS:
40
H
2
3
ISOELETRÔNICOS:
F
10
Ne
trítio
ISÓTONOS:
1
9
H
1
deutério
Ca
20
1-
3
Na
11
(9 + 1) = 10 = (11 – 1)
4
H
He
2
(3 – 1) = (4 –2)
1+
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