Na antiguidade, filósofos, gregos e romanos faziam reflexões acerca da estrutura da matéria. As primeiras hipóteses registradas foram:

Transcrição

1 Aula 04 07/abr Marcelo Modelos atômicos Estrutura da matéria: Na antiguidade, filósofos, gregos e romanos faziam reflexões acerca da estrutura da matéria. As primeiras hipóteses registradas foram: Empédocles e Aristóteles: a.c. Teoria dos quatro elementos: toda matéria seria constituída pelos elementos Fogo, Água, Ar e Terra. Leucipo e Demócrito: 400 a.c. Teoria atômica: toda matéria seria formada por átomos pequenos e sólidos. Átomo vem do grego e significa indivisível.

2 Note, porém, que a ideia filosófica do átomo não tinha base em um trabalho experimental (prático). Suas deduções eram filosóficas, isto é, eram fruto de um raciocínio abstrato. A partir de trabalhos baseados em evidências experimentais, John Dalton, retoma a ideia do filósofo grego Demócrito e propõe em 1808 a primeira teoria atômica científica. Alguns pontos importantes da Teoria de Dalton, em linguagem atual, são: 1. A matéria é constituída de pequenas partículas esféricas maciças e indivisíveis denominadas átomos; 2. Um conjunto de átomos com a mesma massa e tamanho apresenta as mesmas propriedades e constitui um elemento químico; 3. Elementos químicos diferentes apresentam átomos com massas, tamanhos e propriedades diferentes; 4. A combinação de átomos de elementos químicos diferentes, numa proporção fixa de números inteiros, origina substâncias diferentes; 5. Numa reação química, os átomos não são criados nem destruídos. Eles são simplesmente rearranjados, originando novas substâncias. bilhar. O modelo atômico de Dalton ficou conhecido como modelo atômico da bola de [CURIOSIDADE: O que Dalton tem a ver com o daltonismo? TUDO. John Dalton tinha um distúrbio ocular sendo incapaz de diferenciar algumas cores (ex: distinguir o verde do vermelho). Esta perturbação tem normalmente origem genética, mas pode também resultar de lesão nos órgãos responsáveis pela visão, ou de lesão de origem neurológica. Este distúrbio, que era conhecido desde o século XVIII, recebeu o nome de daltonismo em homenagem ao químico John Dalton, que foi o primeiro cientista a estudar a anomalia de que ele mesmo era portador]. Alguns fenômenos que foram observados após a formulação da Teoria de Dalton não puderam ser explicados através dela. Por esse motivo, foram surgindo novos modelos (teorias) capazes de explicar os novos fenômenos [lembrem-se disto, uma teoria atômica só é válida até que alguém prove experimentalmente o contrário ou alguma falha, sendo então, necessária a criação de uma nova teoria atômica].

3 A natureza elétrica da matéria: a partir do final do século XIX, vários cientistas realizaram diversos experimentos que demonstraram que os átomos poderiam ser constituídos por partículas ainda menores, ou seja, subatômicas. Por exemplo, ao atritarmos um bastão de vidro em um tecido de lã, o vidro passa a ser portador de carga elétrica positiva e a lã portadora de carga elétrica negativa. Então, como os materiais participam de fenômenos elétricos, deduz-se que eles devem possuir natureza elétrica. Em 1897, Thomson, verificou experimentalmente a existência de partículas negativas (elétrons) no átomo realizando a experiência abaixo. Esquerda: gás sob baixa pressão ligado entre dois polos. Quando o circuito é ligado, aparecia um fluxo de raios provenientes do cátodo (eletrodo negativo), que se dirigia para o ânodo (eletrodo positivo). Esses raios eram desviados na direção do polo positivo de um campo elétrico (indicando que as partículas emitidas tinham carga negativa [elétrons]). Direita: quando diminuímos ainda mais a pressão interna do sistema o gás não emite mais luz. Ao invés disto, o gás apenas iluminava a superfície do ânodo. Então, o átomo deveria ser formado por uma esfera de carga elétrica positiva com elétrons incrustados que neutralizariam essa carga. O próprio Thomson associou o seu modelo a um pudim de passas em um trabalho apresentado em Esse modelo conseguiu explicar os fenômenos registrados no estudo das descargas elétricas em gases sob baixa pressão, conhecido como tubos de raios catódicos. Goldstein adaptou o experimento de Thomson e descobriu o próton, o qual possuía massa 1836 vezes maior que a do elétron.

4 A experiência de Rutherford (1911): para verificar se os átomos eram maciços, Rutherford, bombardeou uma finíssima lâmina de ouro (aproximadamente 1 micrômetro) com pequenas partículas de carga elétrica positiva, denominadas partículas alfa, emitidas por um material radioativo.

5 As observações feitas durante o experimento levaram Rutherford a obter uma série de conclusões. Observação realizada 1) A maior parte das partículas alfa atravessava a lâmina sem sofrer desvios. 2) Poucas partículas alfa (1 em cada ) não atravessavam a lâmina e voltavam. 3) Algumas partículas alfa sofriam desvios de trajetória ao atravessar a lâmina. Conclusão obtida A maior parte do átomo deve ser vazia. Neste espaço vazio (eletrosfera) devem estar localizados os elétrons Deve existir no átomo uma pequena região onde está concentrada sua massa (núcleo). O núcleo do átomo deve ser positivo, o que provoca uma repulsão nas partículas alfa (que eram positivas). Pela relação entre o número de partículas alfa que atravessaram a lâmina de ouro e o de partículas que voltavam ou sofriam grandes desvios, Rutherford conseguiu estabelecer uma relação entre o raio atômico e o raio nuclear, mostrando que o raio do átomo (que seria formado por imensos espaços vazios) deveria ser de 10 a 100 mil vezes maior que o raio do núcleo. A partir dessas conclusões Rutherford propôs um novo modelo atômico semelhante ao sistema solar (ou modelo planetário).

6 O modelo de Rutherford, proposto em 1911, apesar de esclarecer satisfatoriamente os resultados da experiência sobre a dispersão de partículas alfa, possuía duas principais deficiências: (1) não conseguia explicar a órbita dos elétrons e (2) os espectros atômicos. (1) Na teoria de Rutherford, os elétrons podiam orbitar o núcleo a qualquer distância e direção. A teoria do eletromagnetismo, explica que, tais elétrons que mudam constantemente sua direção, seu sentido, sua velocidade ou ambos, deveriam perder energia gradualmente percorrendo uma espiral em direção ao núcleo, e à medida que isso acontecesse, emitiriam energia na forma de luz. Isto significa que os átomos seriam instáveis, completamente o contrário da realidade. (2) Há muito tempo os químicos já sabiam experimentalmente que diferentes elementos, submetidos a uma chama, produziam cores diferentes. Outro experimento que pode ser realizado é emitir a luz de uma lâmpada incandescente através de um prisma. Com isso, a luz sofrerá decomposição, produzindo o espectro de luz visível (as cores do arco-íris), como representado na figura abaixo.

7 Contudo, se repetirmos essa experiência utilizando a luz de uma lâmpada de gás, não obteremos o espectro completo, mas sim apenas algumas linhas serão observadas. Estas linhas formam o espectro de linhas ou espectro atômico. Um espectro atômico é a impressão digital dos átomos, sendo que cada átomo possui o seu espectro definido e único. [cada linha observada no espectro atômico corresponde a uma transição eletrônica] O modelo atômico de Bohr (Rutherford-Bohr) Com base nestes fatos e sabendo que cada cor está associada a uma certa quantidade de energia (comprimento de onda), em 1913, Niels Bohr, propôs um novo modelo atômico, relacionando a distribuição dos elétrons na eletrosfera com sua quantidade

8 de energia. Este modelo era mais completo e capaz de explicar o espectro atômico. Então, em seu modelo, Bohr incluiu uma série de postulados: Os elétrons, nos átomos, movimentam-se ao redor do núcleo em trajetórias circulares chamadas de camadas ou níveis. (A camada mais próxima do núcleo é designada pela letra K, a segunda pela letra L, e assim sucessivamente, até a letra Q ou sétima camada); Cada um desses níveis tem um valor determinado de energia; Não é permitido a um elétron permanecer entre dois desses níveis; Um elétron pode passar de um nível para outro de maior energia, desde que absorva uma quantidade definida de energia (antum de energia) externa (ultravioleta, luz visível, etc.). Quando isso acontece, dizemos que o elétron foi excitado e que ocorreu uma transição eletrônica; A transição de retorno do elétron ao estado inicial se faz acompanhar da liberação de energia (fóton) na forma de ondas eletromagnéticas, por exemplo, como luz visível ou ultra-violeta. Aplicações do modelo de Bohr: o o Teste da chama: quando átomos são submetidos a uma chama, o calor excita os elétrons, isto é, faz com que passem para níveis de maior energia. Ao voltarem aos níveis iniciais, liberam energia na forma de luz, cuja cor é características dos átomos de cada elemento. Fogos de artifício: mistura de pólvora e compostos de certos elementos químicos apropriados. A cor que um elemento dá aos fogos de artifício é a mesma que ele possui no teste da chama.

9 o o Luminosos e lâmpadas: excitação por corrente elétrica. Luz laser, bioluminescência (vaga-lumes) e luminescência (fluorescência, a emissão de luz ocorre imediatamente após a incidência de radiação; e fosforescência, a emissão demorar alguns segundos ou até mesmo algumas horas). Em 1932, James Chadwick descobriu outra partícula subatômica de massa muito próxima à do próton, porém sem carga elétrica. Esta partícula foi chamada de nêutron e localiza-se no núcleo do átomo, juntamente com o próton. Partícula Massa relativa Carga relativa Nêutron 1 0 Próton 1 +1 Elétron 1/ Exercícios propostos: 1) De acordo com a teoria atômica de Rutherford, assinale a alternativa incorreta : (a) o átomo não é maciço (b) o núcleo apresenta a maior parte da massa do átomo e é negativo (c) a região ao redor do núcleo abriga os elétrons e é chamada de eletrosfera (d) o átomo possui grandes espaços vazios 2) (ITA) Em 1803, John Dalton propôs um modelo de teoria atômica. Considere que sobre a base conceitual desse modelo sejam feitas as seguintes afirmações: I - O átomo apresenta a configuração de uma esfera rígida. II - Os átomos caracterizam os elementos químicos e somente os átomos de um mesmo elemento são idênticos em todos os aspectos. III - As transformações químicas consistem de combinação, separação e/ou rearranjo de átomos. IV - Compostos químicos são formados de átomos de dois ou mais elementos unidos em uma razão fixa. Qual das opções a seguir se refere a todas afirmações CORRETAS? a) I e IV.

10 b) II e III. c) II e IV d) II, III e IV. e) I, II, III e IV. 3) A teoria atômica de Thomson (modelo do pudim de passas) foi formulada em Qual foi a principal contribuição do seu modelo frente ao primeiro modelo atômico criado por Dalton em 1808? (a) o átomo é indestrutível (b) cerca de 99% da massa do átomo encontra-se no núcleo (c) a natureza elétrica da matéria (d) os elétrons movimentam-se ao redor do núcleo em diferentes camadas 4) (PUC-MG) Numere a segunda coluna de acordo com a primeira, relacionando os nomes dos cientistas com os modelos atômicos. 1. Dalton 2. Rutheford 3. Niels Bohr 4. J. J. Thomson ( ) Descoberta do átomo e seu tamanho relativo. ( ) Átomos esféricos, maciços, indivisíveis. ( ) Modelo semelhante a um "pudim de passas" com cargas positivas e negativas em igual número. ( ) Os átomos giram em torno do núcleo em determinadas órbitas. Assinale a sequência CORRETA encontrada: a) b) c) d) e)

11 5) (PUC-RS) Um experimento conduzido pela equipe de Rutherford consistiu no bombardeamento de finas lâminas de ouro, para estudo de desvios de partículas alfa. Rutherford pôde observar que a maioria das partículas alfa atravessava a fina lâmina de ouro, uma pequena parcela era desviada de sua trajetória e uma outra pequena parcela era refletida. Rutherford então idealizou um outro modelo atômico, que explicava os resultados obtidos no experimento. Em relação ao modelo de Rutherford, afirma-se que: I. o átomo é constituído por duas regiões distintas: o núcleo e a eletrosfera. II. o núcleo atômico é extremamente pequeno em relação ao tamanho do átomo. III. os elétrons estão situados na superfície de uma esfera de carga positiva. IV. os elétrons movimentam-se ao redor do núcleo em trajetórias circulares, denominados níveis, com valores determinados de energia. As afirmativas corretas são, apenas, a) I e II b) I e III c) II e IV d) III e IV e) I, II e III 6) A teoria atômica de Dalton foi o primeiro modelo atômico proposto. Neste modelo, o átomo era considerado como sendo uma esfera maciça, homogênea, indestrutível, indivisível e de carga elétrica neutra. Contudo este modelo atômico não é mais aceito pela comunidade científica atual, e outros modelos como o de Thomson e de Rutherford foram propostos de acordo com novos experimentos e evidências. Cite pelo menos uma descoberta feita por Thomson e por Rutherford a respeito do modelo atômico.