Estrutura Atômica. Química A EVOLUÇÃO ATÔMICA MODELOS ATÔMICOS MODELO ATÔMICO DE JOHN DALTON (1808) RUTHERFORD (1911) MODELO ATÔMICO DE THOMSON (1897)

Transcrição

1 MODELOS ATÔMICOS A Primeira Idéia A estrutura da matéria é um dos assuntos inacabados da ciência. Tudo começou na Grécia Antiga quando Demócrito e Leucipo, ambos filósofos, pensavam: se pegássemos algo e dividíssemos infinitamente, a que chegaríamos? Então eles chegaram à conclusão de que a matéria deveria ser formada por partículas indivisíveis chamadas átomos (do grego: não divisível), porém foi Dalton quem formulou as primeiras hipóteses sobre a existência dos átomos. A EVOLUÇÃO ATÔMICA MODELO ATÔMICO DE JOHN DALTON (1808) Muito tempo depois, John Dalton, um cientista inglês, propôs que a matéria era formada por bolinhas maciças, os átomos, e eles se combinavam para formar as substâncias. Átomos de símbolos diferentes possuem propriedades físicas e químicas diferentes. Os átomos são esféricos, maciços e indivisíveis; Os átomos de elementos diferentes são esféricos com massas e tamanhos diferentes. bilhar proposto por Dalton foi substituído. O modelo de Thomson foi feito a partir de experiências com raios catódicos em uma âmpola de Crokes na qual foram detectadas partículas pequeniníssimas de carga elétrica negativa, os elétrons. Isso contrariava Dalton porque ele dizia que o átomo era indivisível e, de acordo com Thomson, o átomo era uma geléia positiva esférica com elétrons cravados: o modelo do pudim com passas. Ele explicava a natureza elétrica da matéria e dizia que o número de elétrons era balanceado tal que as cargas se anulassem. O átomo é uma esfera maciça, formado por um fluido com carga positiva no qual estão dispersos os elétrons. Esfera maciça bola de bilhar MODELO ATÔMICO DE THOMSON (1897) Porém, o modelo de Dalton não satisfazia perguntas em relação à natureza elétrica da matéria. Por exemplo: por que quando se atritava um bastão de vidro em uma flanela ele ficava carregado? Em virtude disso, o modelo da bola de Pudim de passas MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD (1911) O modelo de Rutherford foi raciocinado da seguinte maneira: se fuzilássemos uma caixa de madeira, não sabendo o que havia dentro e nenhuma bala a atravessasse, queria dizer que dentro, dela havia um material muito duro. Se 1

2 Estrutura Atômica todas as balas atravessassem, não haveria nada ou o material contido seria muito mole. Entretanto, se parte dos tiros atravessasse e outra não, apenas uma parte da caixa estaria preenchida com um material duro o bastante para barrar as balas. Então Rutherford resolveu fuzilar átomos, sendo que as balas eram partículas radiativas, ele bombardeou uma finíssima lâmina de ouro com estas partículas e atrás, colocou um filme fotográfico. Depois da experiência, foi constatado, através da impressão, o que as partículas radiativas tinham feito no filme: a maior parte das partículas tinha atravessado a lâmina, a outra parte não atravessou ou atravessou mas teve sua rota alterada. O que isso quer dizer então? Quer dizer que o átomo não é maciço, boa parte dele é um espaço vazio. A partir disso, Rutherford concluiu que o átomo é formado por um núcleo com partículas positivas descobertas em um tubo de raios canais, os prótons; e elétrons que orbitavam ao redor do núcleo. As partículas que tiveram sua rota desviada tinham carga positiva, passaram muito perto do núcleo e foram repelidas, porém, se o núcleo fosse formado por prótons com carga positiva, por que eles não se repeliam e o átomo, conseqüentemente, explodia? A resposta foi descoberta mais tarde por Chadwick, durante uma experiêcia de partículas alfa irradiadas em berílio 9, os átomos da placa emitiam partículas estranhas sem carga que ficavam entre os prótons impedindo seu contato, os nêutrons. O átomo apresenta um núcleo, onde se localizam as cargas positivas (prótons), e uma eletrosfera, onde se localizam as cargas negativas (elétrons). MODELO ATÔMICO DE BÖHR (1913) Mas então veio a pergunta: se um corpo em movimento tende a perder energia até frear, e os opostos se atraem, então por que os elétrons não giravam perdendo energia até que se chocassem com o núcleo? A resposta veio com o modelo de Böhr (apesar de até hoje não explicar de maneira satisfatória). De acordo com Niels Böhr, os elétrons descreviam órbitas definidas ao redor do átomo, e cada órbita possuía um limite de energia; isso explica a luminescência: quando um elétron recebe energia do ambiente, ele fica excitado e pula para um orbital de maior energia, porém ele fica instável, então libera energia na forma de luz e volta para a órbita original. Apesar de este modelo ser um pouco arbitrário, para a época, era muito avançado. E recebida = E 2 - E 1 E perdida = E 2 - E 1 E recebida = E perdida Os elétrons giram em torno do núcleo em órbitas circulares (camadas) que possuem uma certa quantidade de energia. Os elétrons pulam para outra camada quando absorvem energia. Quando eles voltam para sua órbita de origem, o mesmo libera essa energia na forma de luz. Camadas: K, L, M, N, O, P, Q. 2

3 Órbitas de Böhr para o átomo de hidrogênio: Órbita Distância do núcleo 1 0,529 Å 2 2,116 Å 3 4,761 Å 4 8,464 Å 5 13,225 Å A linha vermelha no espectro atômico é causada por elétrons saltando da terceira órbita para a segunda órbita. A linha violeta mais brilhante no espectro atômico é causada por elétrons saltando da sexta órbita para a segunda órbita. As órbitas determinadas por Böhr, e a forma pela qual os elétrons saltam entre estas, destruíram a antiga imagem dos elétrons girando em espiral em direção do núcleo. Também anulara a existência de radiação atômica ser um espectro luminoso contínuo, e responsável pelo espectro linear. Era tudo muito estranho. As idéias arrojadas e imaginativas de Böhr engendraram algo que funcionava muito bem. Mas nem Böhr nem ninguém poderia compreender exatamente como funcionava. MODELO ATÔMICO DE SOMMERFELD (1916) A análise do espectro de elementos mais complexos que o hidrogênio levou Sommerfeld a propor que as órbitas não eram somente circulares mas também elípticas. A linha verde-azulada no espectro atômico é causada por elétrons saltando da quarta órbita para a segunda órbita. A energia que o elétron desprendia em forma de luz era devido ao fato de que as camadas eletrônicas possuíam algumas subdivisões, que ele chamou de subníveis de energia, aos quais estavam associadas várias órbitas diferentes, sendo uma dessas órbitas circular e as demais elípticas. A linha azul no espectro atômico é causada por elétrons saltando da quinta órbita para a segunda órbita. 3

4 MODELOS Um dos principais alicerces do conhecimento científico é a idéia de que a matéria é formada por átomos. O conhecimento da estrutura dos átomos é a chave para o entendimento de muitos fenômenos que nos cercam. No entanto, hoje, ao estudar os átomos, encontramos uma séria limitação: os átomos são invisíveis. Em vista disso, os cientistas, baseados em dados experimentais, imaginam como um átomo deve ser. Um modelo atômico nada mais é do que a imagem mental elaborada para representar um átomo. 01 Escreva sobre os modelos atômicos de Dalton, Böhr e Thomson Estrutura Atômica Um modelo deve: próton: carga positiva (núcleo) nêutron: carga neutra (núcleo) elétron: carga negativa (eletrosfera) explicar observações experimen-tais; predizer novas observações; ser passível de modificações quando novos fatos experimentais são descobertos. No entanto, quando os novos fatos contradizem frontalmente um modelo, este deve ser abandonado e substituído por outro. Dalton: átomo é esfera maciça e indivisível. Böhr: átomo tem núcleo e eletrosfera. Thomson: átomo é esfera (+) recheada com cargas (-). 03 Aquecendo bastante uma substância, ela começa a ejetar elétrons. De onde vem a energia que faz os elétrons saltarem? Pode ser energia elétrica, calor,, luz etc. 02 Escreva, de modo sucinto, sobre as partículas que constituem o átomo, onde se localizam, e os seus tipos de cargas elétricas Dadas as afirmativas que se referem aos modelos atômicos de Dalton, de Thomson e de Rutherford, identifique-as e indique sua resposta no quadro, logo após as afirmativas. a) Introduziu a natureza elétrica da matéria. b) É o mais recente dos três. c) Propôs que o átomo seria uma bolinha muito pequena, maciça e indivisível. d) É conhecido como modelo do pudim de passas. e) É conhecido como modelo planetário. f) O seu experimento consistiu no bombardeamento de uma lâmina finíssima de ouro, com partículas alfa. Dalton Thomson Rutherford 02 a b c d e f Complete: O experimento de Rutherford consistiu no bombardeamento de uma lâmina finíssima de com partículas chamadas partículas. Rutherford concluiu principalmente que um átomo é constituído de uma região central, chamada, onde estão cargas positivas, chamadas, e partículas sem carga, os. Ao redor da região central, estão os, de carga, na região chamada.

5 03 Os exercícios de I a IX devem ser respondidos pelas alternativas: a) Demócrito, Leucipo b) Dalton c) Thomson d) Rutherford e) Böhr I) O primeiro a provar que o átomo não era indivisível. II) Autor do modelo segundo o qual os elétrons giram em torno do núcleo em determinados níveis de energia (órbitas). III) Autor da primeira idéia do átomo, sem base em resultados experimentais (sem base científica). IV) O primeiro a provar que o átomo não era maciço, mas era constituído por um núcleo muito pequeno, com carga positiva, ao redor do qual ficavam os elétrons. V) Autor do primeiro modelo atômico com base em resultados experimentais (com base científica). VI) O estudo dos espectros de emissão dos elementos foi o suporte experimental do seu modelo atômico. VII) O modelo atômico proposto por ele é chamado de modelo da bola de bilhar. 01 (UFMG) Todas as alternativas se referem a processos que evidenciam a natureza elétrica da matéria, EXCETO: a) aquecimento da água pela ação de um ebulidor elétrico; b) atração de pequenos pedaços de papel por um pente friccionado contra o couro cabeludo; c) decomposição da água pela passagem da corrente elétrica; d) desvio da trajetória de raios catódicos pela ação de um ímã; e) repulsão entre dois bastões de vidro atritados com um pedaço de lã. 02 (UFMG) Com relação ao modelo atômico de Böhr, a afirmativa FALSA é: a) cada órbita eletrônica corresponde a um estado estacionário de energia; b) o elétron emite energia ao passar de uma órbita mais interna para uma mais externa; c) o elétron gira em órbitas circulares em torno do núcleo; d) o elétron, no átomo, apresenta apenas determinados valores de energia; e) o número quântico principal está associado à energia do elétron. 03 (UECE) Dissolva NaCl em água. Em seguida, mergulhe um pedaço de madeira na solução, retire-o e deixe secar. Ao queimá-lo, aparece uma chama amarela. Este fenômeno ocorre porque: VIII) IX) O modelo atômico proposto por ele é chamado de modelo do pudim com passas. Completou o modelo de Rutherford, segundo o qual o átomo pode ser comparado ao sistema planetário, onde o Sol representa o núcleo e os planetas representam os elétrons. Explique como um átomo passa do estado normal ao excitado. Explique o que acontece quando um átomo volta ao estado normal. No fim do século XIX começaram a aparecer evidências de que o átomo não era a menor partícula constituinte da matéria. Em 1897 tornou-se pública a demonstração da existência de partículas negativas, por um inglês de nome: a) Dalton; b) Rutherford; c) Böhr; d) Thomson; e) Proust. a) o calor transfere energia aos elétrons desta substância, fazendo com que eles se desloquem para níveis energéticos mais altos, emitindo luz; b) o calor transfere energia aos elétrons desta substância, fazendo com que eles se desloquem para níveis energéticos mais baixos, emitindo luz; c) o calor transfere energia aos elétrons desta substância fazendo com que eles se desloquem para níveis energéticos mais altos. Quando estes elétrons excitados voltam a níveis energéticos inferiores, eles devolvem a energia absorvida sob forma de luz; d) os elétrons para não se deslocarem do seu nível energético, ao receberem calor, emitem luz. 04 (UFMG) Ao resumir as características de cada um dos sucessivos modelos do átomo de hidrogênio, um estudante elaborou o seguinte resumo: MODELO ATÔMICO: Dalton CARACTERÍSTICAS: átomos maciços e indivisíveis. MODELO ATÔMICO: Thomson CARACTERÍSTICAS: elétron, de carga negativa, incrustado em uma esfera de carga positiva. A carga positiva está distribuída, homogeneamente, por toda a esfera. MODELO ATÔMICO: Rutherford CARACTERÍSTICAS: elétron, de carga negativa, em órbita em torno de um núcleo central, de carga positiva. 5

6 a) 0 b) 1 c 2 d) Não há restrição quanto aos valores dos raios das órbitas e das energias do elétron. MODELO ATÔMICO: Böhr CARACTERÍSTICAS: elétron, de carga negativa, em órbita em torno de um núcleo central, de carga positiva. Apenas certos valores dos raios das órbitas e das energias do elétron são possíveis. O número de ERROS cometidos pelo estudante é: (FUVEST) Considere as seguintes afirmações sobre átomos e moléculas. I. No modelo proposto por Rutherford, o átomo tem praticamente toda a sua massa concentrada num núcleo pequeno e os elétrons estão a uma grande distância do núcleo. II. No modelo proposto por Böhr para o átomo de hidrogênio, os elétrons se movem em órbitas circulares, cujas energias podem assumir quaisquer valores. III. É reconhecida como uma contribuição de Thomson ao modelo atômico a existência de partículas subatômicas. Está(ão) correta(s): a) apenas I. b) apenas II. c) apenas III. d) apenas I e II. e) apenas I e III. (FUVEST) Na experiência de espalhamento de partículas alfa, conhecida como experiência de Rutherford, um feixe de partículas alfa foi dirigido contra uma lâmina finíssima de ouro, e os experimentadores (Geiger e Marsden) observaram que um grande número dessas partículas atravessava a lâmina sem sofrer desvios, mas que um pequeno número sofria desvios muito acentuados. Estrutura Atômica Esse resultado levou Rutherford a modificar o modelo atômico de Thomson, propondo a existência de um núcleo de carga positiva, de tamanho reduzido e com, praticamente, toda a massa do átomo. Assinale a alternativa que apresenta o resultado que era previsto para o experimento de acordo com o modelo de Thomson. a) A maioria das partículas atravessaria a lâmina de ouro sem sofrer desvios e um pequeno número sofreria desvios muito pequenos. b) A maioria das partículas sofreria grandes desvios ao atravessar a lâmina. c) A totalidade das partículas atravessaria a lâmina de ouro sem sofrer nenhum desvio. d) A totalidade das partículas ricochetearia ao se chocar contra a lâmina de ouro, sem conseguir atravessá-la. 07 (UFRS) Em fogos de artifício, as diferentes colorações são obtidas quando se adicionam sais de diferentes metais às misturas explosivas. Assim, para que se obtenha a cor azul é utilizado o cobre, enquanto que para a cor vermelha utiliza-se o estrôncio. A emissão de luz com cor característica para cada elemento deve-se: a) aos elétrons destes íons metálicos, que absorvem energia e saltam para níveis mais externos e, ao retornarem para os níveis internos, emitem radiações com coloração característica. b) às propriedades radioativas destes átomos metálicos. c) aos átomos desses metais, que são capazes de decompor a luz natural em um espectro contínuo de luz visível. d) à baixa eletronegatividade dos átomos metálicos. e) aos elevados valores de energia de ionização dos átomos metálicos. 6

7 Em 1909, Geiger e Marsden realizaram, no laboratório do professor Ernest Rutherford, uma série de experiências que envolveu a interação de partículas alfa com a matéria. Esse trabalho, às vezes, é referido como Experiência de Rutherford. O desenho a seguir esquematiza as experiências realizadas por Geiger e Marsden. Uma amostra de polônio radioativo emite partículas alfa que incidem sobre uma lâmina muito fina de ouro. Um anteparo de sulfeto de zinco indica a trajetória das partículas alfa após terem atingido a lâmina de ouro, uma vez que, quando elas incidem na superfície de ZnS, ocorre uma cintilação. 1- EXPLIQUE o que são partículas alfa. 2- DESCREVA os resultados que deveriam ser observados nessa experiência se houvesse uma distribuição homogênea das cargas positivas e negativas no átomo. 3- DESCREVA os resultados efetivamente observados por Geiger e Marsden. 4- DESCREVA a interpretação dada por Rutherford para os resultados dessa experiência. 7