O DESENVOLVIMENTO DA TEORIA ATÔMICA

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1 Disciplina: Química Prof.: Guilherme Turma: IU 06/ 04/2017 Tema da aula: Leis Ponderais e Modelos Atômicos O DESENVOLVIMENTO DA TEORIA ATÔMICA Primeiras ideias sobre constituição da matéria - As primeiras ideias sobre constituição da matéria datam de antes de Cristo, quando filósofos gregos passaram a se interessar em estudar a constituição microscópica da matéria. Vários filósofos, como Tales de Mileto, Leucipo, Demócrito e Aristóteles, formularam suas próprias teorias sobre a constituição da matéria com base em observações empíricas e filosóficas. - Leucipo, por exemplo, em 450 a.c., chegou a formular que a matéria pode ser dividida em partículas cada vez menores, até chegar a uma partícula indivisível (o átomo). - O conceito proposto pelos gregos perdurou durante um grande intervalo de tempo. A discussão sobre um novo modelo atômico se iniciou quando surgiram duas leis muito importantes na história da química, as chamadas leis ponderais. As Leis Ponderais - Lei de Lavoisier (1774): A lei de Lavoisier se refere à conservação das massas. De acordo com essa lei ponderal, numa reação em sistema fechado, a massa se conserva. Trazendo a lei para o dia a dia, tem-se que Na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma. Lei de Lavoisier: numa reação em sistema fechado, as massas são conservadas. - Assim, por exemplo, quando 2 gramas de hidrogênio reagem com 16 gramas de oxigênio verifica-se a formação de 18 gramas de água, ou seja a massa total dos reagentes é igual à massa total dos produtos da reação química. Exemplo: 2g de H g O 2 18g de H 2 O - Lei de Proust (1797): A lei de Proust está relacionada com a proporção entre componentes de uma determinada substância, por isso é chamada também de Lei das Proporções Constantes. Ela pode ser enunciada como: Lei de Proust: Quando duas ou mais substâncias se combinam para formar um composto, elas devem guardar entre si proporções certas e definidas. -Para entender a Lei de Proust, podemos pensar na preparação de um bolo. Se na preparação de 100g de um bolo precisamos de uma quantidade X do ingrediente A e Y do ingrediente B, quando passamos a preparar 500g, a massa de cada ingrediente também é multiplicada por 5, mas a proporção permanece constante, ou seja:

2 - Resumindo, independente da quantidade total da substância a ser produzida, a proporção entre seus componentes é constante. - Para explicar essas leis, era necessário um novo modelo com uma maior base científica. Sendo assim em 1805, Dalton propôs seu próprio modelo atômico. Modelo Atômico de Dalton - O modelo atômico de Dalton consistia nos seguintes postulados: I) A matéria é formada por partículas indivisíveis, chamadas átomos. II) Átomos são esferas maciças, indestrutíveis e indivisíveis. III) Átomos de uma mesma espécie química têm mesma massa e mesmas propriedades. Átomos de espécies diferentes possuem massas e propriedades diferentes. Surge o conceito de elemento químico. IV) Os átomos se combinam para formar outras espécies, permanecendo inalteráveis, ocorrendo apenas rearranjo. Surge o conceito dos chamados átomos compostos, que mais tarde originou o conceito de moléculas. - O modelo proposto por Dalton foi chamado então de Modelo de Bola de Bilhar, ou seja, uma esfera dura, maciça e indivisível, como ilustrado abaixo: O átomo segundo Dalton - Após Dalton ter apresentado sua teoria atômica, em 1808, na qual sugeria que os átomos eram indivisíveis, maciços (rígidos) e esféricos, vários cientistas realizaram diversos experimentos que demonstraram que os átomos são constituídos por partículas ainda menores. O primeiro desses modelos foi o de Thomson. Modelo Atômico de Thomson - Em 1897, Joseph John Thomson 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 polo positivo de um campo elétrico.

3 Aparato experimental usado por Thomson - Com base nesse experimento, Thomson concluiu que: a) os raios eram partículas menores que os átomos; b) os raios apresentavam carga elétrica negativa. Essas partículas foram denominadas elétrons (e). - Thomson propôs então um novo modelo, denominado pudim de passas: O átomo é maciço e constituído por uma massa com carga elétrica positiva, no qual estão espalhados os elétrons, de carga negativa. - Como um todo, o átomo seria eletricamente neutro. elétrons (carga negativa) carga positiva Modelo de Rutherford Modelo atômico de Thomson - Em 1886, Eugen Goldstein, 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, Ernest Rutherford, 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). - Para verificar se os átomos eram maciços, Rutherford bombardeou uma finíssima lâmina de ouro (de aproximadamente 0,0001 cm) com pequenas partículas de carga elétrica positiva, denominadas partículas alfa (α), emitidas por um material radioativo.

4 Aparato experimental usando por Rutherford - As observações feitas durante o experimento levaram Rutherford a tirar uma série de conclusões: - A partir dessas conclusões, Rutherford propôs um novo modelo atômico, semelhante ao sistema solar, pelo qual existiria uma região central extremamente pequena e de carga positiva (núcleo), na qual, quando as partículas α se chocavam, sofriam desvios ou retornavam e outra região ao redor, de carga negativa (eletrosfera), na qual as partículas passariam sem sofrer desvios. Átomo de Rutherford, com o núcleo positivo e a eletrosfera negativa - No modelo atômico de Rutherford surgiu, porém, uma dúvida muito importante: se o núcleo atômico é formado por partículas positivas, por que essas partículas não se repelem e o núcleo não se desfaz? A resposta veio em 1932, quando o cientista James Chadwick verificou que o núcleo do elemento berílio radioativo emite partículas sem carga elétrica e de massa praticamente igual à dos prótons. - Essa partícula foi denominada nêutron. De certa maneira, os nêutrons isolam os prótons, evitando suas repulsões e o consequente desmoronamento do núcleo.

5 Representação do núcleo de um átomo - O modelo atômico mais utilizado até hoje é o de Rutherford, com a inclusão dos nêutrons no núcleo, como representado na figura abaixo: Modelo atômico mais usado atualmente núcleo formado por prótons e nêutrons e elétrons girando na eletrosfera - Novos estudos foram feitos visando estabelecer as relações entre as massas e as intensidades das cargas elétricas dos prótons, nêutrons e elétrons. Concluiu-se então que, adotando-se como padrão, para o próton, massa = 1 e carga elétrica = +1, resultam os seguintes valores aproximados:

6 Disciplina: Química Prof.: Guilherme Turma: IU 06/ 04/2017 Tema da lista de exercícios: Leis Ponderais e Modelos Atômicos 1) (Fatec-SP) A queima de uma amostra de palha de aço produz um composto pulverulento de massa: a) menor que a massa original de palha de aço. b) igual à massa original da palha de aço. c) maior que a massa original da palha de aço. d) igual à massa de oxigênio do ar que participa da reação. e) menor que a massa de oxigênio do ar que participa da reação. 2) (UEL-PR) Provoca-se reação da mistura formada por 10,0 g de hidrogênio e 500 g de cloro. Após a reação, constata-se a presença de 145 g de cloro remanescente, junto com o produto obtido. A massa, em gramas, da substância formada é: a) 155 b) 290 c) 365 d) 490 e) 510 3) Acerca de uma reação química, considere as seguintes afirmações: I. A massa se conserva. II. As moléculas se conservam. III. Os átomos se conservam. IV. Ocorre rearranjo dos átomos. Está correto o que se afirma em: a) I e II, apenas. b) III e IV, apenas. c) I, III e IV, apenas. d) II, III e IV, apenas. e) I, II, III e IV. 4) (MACK-SP) A tabela a seguir, com dados relativos à equação citada, refere-se a duas experiências realizadas. Então, podemos afirmar que: a) X é menor que a soma dos valores das massas dos reagentes da 1ª experiência. b) X = Y c) Y é igual ao dobro do valor da massa de carbono que reage na 2ª experiência. d) 32/Y = X/132 e) Y = 168 5) Aquecendo-se 36 gramas de ferro com 6 gramas de enxofre, obtém-se 40 gramas de um produto e sobram ainda 2 gramas de enxofre sem reagir. Ao se aquecer 60 gramas de ferro com 10 gramas de enxofre, a massa de produto formada é 64 gramas, além de sobrarem 6 gramas de enxofre. Mostre que esses dados concordam com as Leis de Lavoisier e Proust. 6) (UNIFOR-CE) Os átomos: I. diferem de elemento para elemento; II. são as unidades envolvidas nas transformações químicas; III. são indivisíveis; IV. consistem de unidades com um núcleo e uma eletrosfera onde se localizam os elétrons. Dessas afirmações, estão incluídas na teoria atômica de Dalton (1808), somente: a) I b) I e II c) III e IV d) II, III e IV e) I, II e III 7) Considerando o autor e a ideia, associe a 1ª coluna à 2ª: 8) (FUVEST-SP) Thomson determinou, pela primeira vez, a relação entre a massa e a carga do elétron, o que pode ser considerado como a descoberta do elétron. É reconhecida como uma contribuição de Thomson ao modelo atômico: a) o átomo ser indivisível. b) a existência de partículas subatômicas. c) os elétrons ocuparem níveis discretos de energia. d) os elétrons girarem em órbitas circulares ao redor do núcleo. e) o átomo possuir um núcleo com carga positiva e uma eletrosfera. 9) (UFSM) Considere as afirmativas: I. O átomo é maciço e indivisível. II. O átomo é um grande vazio com um núcleo muito pequeno, denso e positivo no centro. I e II pertencem aos modelos atômicos propostos, respectivamente, por: a) Dalton e Thomson. b) Rutherford e Bohr. c) Dalton e Rutherford. d) Bohr e Thomson. e) Thomson e Rutherford.

7 10) (UFG) Leia o texto a seguir: A ciência dividiu o que era então considerado indivisível. Ao anunciar, em 1897, a descoberta de uma nova partícula que habita o interior do átomo, o elétron, o físico inglês Joseph John Thomson mudou dois mil anos de uma história que começou quando filósofos gregos propuseram que a matéria seria formada por diminutas porções indivisíveis, uniformes, duras, sólidas e eternas. Cada um desses corpúsculos foi denominado átomo, o que, em grego, quer dizer não-divisível. A descoberta do elétron inaugurou a era das partículas elementares e foi o primeiro passo do que seria no século seguinte uma viagem fantástica ao microuniverso da matéria. Fonte: Ciência Hoje, vol. 22, n. 131, 1997, p. 24 A respeito das ideias contidas nesse texto, é correto afirmar que: a) a partir da descoberta dos elétrons, foi possível determinar as massas dos átomos; b) os elétrons são diminutas porções indivisíveis, uniformes, duros, sólidos eternos e são considerados as partículas fundamentais da matéria; c) os átomos, apesar de serem indivisíveis, são constituídos por elétrons, prótons e nêutrons; d) com a descoberta do elétron, com carga elétrica negativa, pode-se concluir que deveria existir outras partículas, os nêutrons, para justificar a neutralidade elétrica do átomo; e) se descobriu que os átomos são os menores constituintes da matéria; 11) (UFSC) Com relação à estrutura da matéria, assinale as alternativas corretas: a) A matéria é constituída por átomos. b) Prótons são partículas dos átomos. c) Os elétrons possuem carga negativa. d) Nêutrons são partículas dos átomos. e) A massa do próton é menor que a massa do elétron. 12) (FUVEST) Supondo que 1 nêutron pese 1 Kg, qual seria a massa de um átomo com 11 prótons, 12 nêutrons e 11 elétrons? 13) (UFU) O átomo é a menor partícula que identifica um elemento químico. Ele possui duas partes, a saber: uma delas é o núcleo, constituído por prótons e nêutrons, e a outra é uma região externa, a eletrosfera, por onde circulam os elétrons. Alguns experimentos permitiram a descoberta das características das partículas constituintes do átomo. Em relação a essas características, indique a alternativa correta. a) prótons e elétrons possuem massas iguais e cargas elétricas de sinais opostos. b) entre as partículas atômicas, os elétrons têm maior massa e ocupam maior volume no átomo. c) entre as partículas atômicas, os prótons e os nêutrons têm maior massa e ocupam maior volume no átomo. d) entre as partículas atômicas, os prótons e os nêutrons têm mais massa, mas ocupam um volume muito pequeno em relação ao volume total do átomo. e) Entre as partículas atômicas, os elétrons são as de maiores massa. 14) (UNESP) A Lei da Conservação da Massa, enunciada por Lavoisier em 1774, é uma das leis mais importantes das transformações químicas. Ela estabelece que, durante uma transformação química, a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos. Esta teoria pôde ser explicada, alguns anos mais tarde, pelo modelo atômico de Dalton. Entre as ideias de Dalton, a que oferece a explicação mais apropriada para a Lei da Conservação da Massa de Lavoisier é a de que: a) Os átomos não são criados, destruídos ou convertidos em outros átomos durante uma transformação química. b) Os átomos são constituídos por 3 partículas fundamentais: prótons, nêutrons e elétrons. c) Todos os átomos de um mesmo elemento são idênticos em todos os aspectos de caracterização. d) Um elétron em um átomo pode ter somente certas quantidades específicas de energia. e) Toda a matéria é composta por átomos. 15) (UDESC) A eletricidade (do grego elétron, que significa âmbar ) é um fenômeno físico originado por cargas elétricas. Há dois tipos de cargas elétricas: positivas e negativas. As cargas de nomes iguais (mesmo sinal) se repelem e as de nomes distintos (sinais diferentes) se atraem. De acordo com a informação, assinale a alternativa correta. a) O fenômeno descrito acima não pode ser explicado utilizando-se o modelo atômico de Dalton. b) O fenômeno descrito acima não pode ser explicado utilizando-se o modelo atômico de Thomson. c) Os prótons possuem carga elétrica negativa. d) O fenômeno descrito acima não pode ser explicado utilizando-se o modelo atômico de Rutherford. e) Os elétrons possuem carga elétrica positiva. 16) Relacione os esquemas abaixo com os modelos atômicos estudados em aula. Para cada modelo, indique os fatos mais relevantes.