MODELOS ATÔMICOS
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.
Modelo Atômico de Thomson (1898)
Com a descoberta dos prótons e elétrons, Thomson propôs um
modelo de átomo no qual os elétrons e os prótons, estariam
uniformemente distribuídos, garantindo o equilíbrio elétrico entre as
cargas positiva dos prótons e negativa dos elétrons.
Modelo Atômico 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 (1911)
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.
Modelo Atômico de Rutherford (1911)
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.
- 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, 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).
Órbitas de Bohr para o
átomo de hidrogênio
Segundo postulado de Bohr.
Um átomo irradia energia quando um elétron salta de
uma órbita de maior energia para uma de menor energia.
O comprimento de onda guarda relação com a energia. Os menores
comprimentos de onda de luz significam vibrações mais rápidas e
maior energia.
A linha vermelha no espectro atômico é
causada por elétrons saltando
da terceira órbita para a segunda órbita
A linha
verde-azulada
no
espectro
atômico é causada por elétrons saltando
da quarta para a segunda órbita.
A linha azul no espectro atômico é
causada
por
elétrons
saltando
da quinta para a segunda órbita
A linha violeta mais brilhante no espectro
atômico é causada por elétrons saltando
da sexta para a segunda órbita.
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.
FÍSICA
NUCLEAR
Teoria da Mecânica Ondulatória
Em 1926, Erwin Shröringer 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.
A descoberta do núcleo atômico
Modelo de Thomson (1910)
Modelo de Thomson: previa deflexão
pequena das partículas a
A descoberta do núcleo atômico
Rutherford propôs um modelo no qual toda a carga positiva dos
átomos, que comportaria praticamente toda a sua massa, estaria
concentrada numa pequena região do seu centro, chamada de núcleo.
Algumas propriedades dos núcleos:
Número Atômico (Z) – número de prótons do núcleo.
Número de Nêutrons (N) – número de nêutrons do núcleo.
Número de Massa (A) – soma do número de prótons e nêutrons:
A=Z+N
Símbolo:
A
Z
X
14
6
C
Nomenclatura:
Isótopos – Os isótopos de um elemento têm o mesmo valor Z, mas
diferentes números de N e A.
Exemplos:
11
6
C,
1
1
H,
12
6
C,
2
1
H,
deutério
13
6
C,
14
6
C
3
1
H
trítio
radioativos
estáveis
Carta de Nuclídeos
Carta de Nuclídeos
Átomos neutros de todos os
isótopos do mesmo
elemento apresentam as
mesmas propriedades
químicas, porém
propriedades nucleares
bastante diferentes. Assim,
é conveniente definirmos
os nuclídeos.
Vista ampliada da
carta de nuclídeos:
A = N+Z = const.
Isóbaros
Reta Isobárica
Raio do núcleo
A unidade apropriada é o fermi :
1 fermi = 1fm = 10-15 m
O raio do núcleo pode ser estimado por:
r  r0 A
13
Onde A é o número de massa e r0  1,2 fm
Compare:
1 Å = 10-10 m ou 1 nm = 10-9 m
usado em matéria condensada
As escalas dos átomos e núcleos
Carga e massa dos núcleos
• A unidade de massa atômica, u, é definida de modo que a massa
atômica do isótopo 12C seja exatamente 12u. Assim, temos:
1u = 1,661 x 10-27 kg
• Utilizando a relação E = mc2 verificamos que 1u em
repouso corresponde a uma energia de ~ 931,5 MeV.
A massa de prótons,
nêutrons e elétrons
isolados também
podem ser
expressas em
termos de u :
Estabilidade nuclear
• Os núcleos são estáveis devido a existência da força nuclear. Trata-se
de uma força atrativa intensa (muito superior à força Coulombiana) de
curto alcance (da ordem de 2 fm), que age sobre todas as partículas
nucleares.
• Atualmente acredita-se que a força nuclear seja uma manifestação
da interação forte, que mantém os quarks unidos para formarem os
prótons e os nêutrons.
Matéria Nuclear
Nuclídeos são formados por prótons e nêutrons.
Qual a densidade da matéria nuclear?
Am

3
4 3 r
Substituindo r pelo raio
nuclear r0 ...
1,67  1027 kg
17
3

 2  10 kg m
15
4 31,2  10 m 
O resultado vale para qualquer núcleo.
Isto é 2×1014 maior que a densidade da água!!!