Qui. Semana. Allan Rodrigues Xandão (Victor Pontes)

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1 Semana 3 Allan Rodrigues Xandão (Victor Pontes) Este conteúdo pertence ao Descomplica. Está vedada a cópia ou a reprodução não autorizada previamente e por escrito. Todos os direitos reservados.

2 CRONOGRAMA 07/02 Propriedades da matéria, substância, mistura e sistema Estados físicos da matéria e gráfcos de mudança de fase 08:00 11:00 Propriedades da matéria, substância, mistura e sistema Estados físicos da matéria e gráfcos de mudança de fase 18:00 21:00 22:00 14/02 Métodos de separação de mistura heterogêneas Métodos de separação de misturas homogêneas 08:00 11:00 Métodos de separação de misturas heterogêneas Métodos de separação de misturas homogêneas, tratamento de água e esgoto 18:00 21:00

3 21/02 Evolução dos modelos atômicos Atomística 08:00 11:00 Evolução dos modelos atômicos - De Demócrito a Sommerfield Atomística: Estrutura atômica 18:00 21:00

4 Evolução dos Modelos Atômicos 21 fev 01. Resumo 02. Exercício de Aula 03. Exercício de Casa 04. Questão Contexto

5 RESUMO Essa ideia de átomo não corresponde à que se tem hoje. No século V a.c., o filósofo grego Leucipo e seu discípulo Demócrito imaginaram que a matéria não poderia ser infinitamente divisível, dai a palavra átomo, a = negação e tomo = divisível. Se partida variadas vezes, chegaria a uma partícula muito pequena, indivisível e impenetrável, e assim concluíram que toda matéria era constituída por pequenas partículas indivisíveis, os átomos. Essa teoria se manteve por longos anos. Somente no século XIX, um novo modelo para explicar de que se constituía a matéria foi apresentado. O Modelo atômico de Dalton 1803 John Dalton ( ), cientista britânico retomou a ideia do átomo como constituinte básico da matéria. Dalton considerou os átomos como partículas pequenas, indivisíveis e indestrutíveis. Seu modelo ficou conhecido como Bola de Bilhar. Esse modelo foi considerado por cerca de 100 anos, até que um novo modelo surgiu. Experimento de Thomson com raios catódicos: Para medir a razão entre a carga e a massa do elétron, um feixe de raios catódicos (elétrons) passa através de um campo elétrico e de um campo magnético. De modo que o campo elétrico provoca desvio em um sentido, enquanto o campo magnético desvia o feixe no sentido oposto. Posteriormente, deduziu a existência de uma carga positiva. Seu modelo consistia em uma esfera maciça carregada positivamente, na qual se encontravam, incrustados, as cargas negativas. Se modelo foi conhecido como pudim de passas. 30 Representação do modelo atômico de Dalton: A bola de bilhar O Modelo atômico de Thomson 1903 O físico britânico Joseph John Thomson ( ) concluiu, após um estudo com raios catódicos(emitidos de uma fonte de cátions), que o átomo não era apenas uma esfera indivisível como tinha dito Dalton. Em seu estudo, percebeu a existência de partículas carregadas negativamente, determinando sua relação entre a carga dessas partículas (que foram denominados inicialmente como corpúsculos) e a massa.

6 O Modelo atômico de Rutherford 1911 e era envolto por elétrons girando em elipses (a eletrosfera, isto é, a maior parte de volume atômico). Após a descoberta da Radioatividade, em 1911, o físico da Nova Zelândia Ernest Rutherford ( ) e seus colaboradores realizaram, dentre outras, uma experiência cujo objetivo era determinar as propriedades das partículas alfa e sua interação com a matéria. O experimento consistiu em bombardear uma finíssima lâmina de ouro com partículas alfa, emitidas por polônio radioativo em uma chapa fotográfica. Com o experimento, ele percebeu que algumas partículas atravessavam a lâmina sem sofrer desvio, enquanto outras eram desviadas e uma parte delas era ricocheteada. Experimento de Rutherford Partículas alfa (emitidas por Polônio radioativo) bombardeando uma fina lâmina de ouro para uma chapa fotográfica (detector de partículas). O físico chegou à conclusão de que a maioria das partículas atravessou a lâmina sem desviar, pois o átomo é constituído em grande parte por espaço vazio. As outras partículas que sofreram desvio provavelmente foram repelidas pelo núcleo, devido à positividade de suas cargas. E, por fim, as que ricochetearam foram também repelidas pelo núcleo. Modelo planetário de Rutherford O átomo com um núcleo, onde está concentrada a maior parte de sua massa, envolto por elétrons girando na eletrosfera. A principal falha no modelo de Rutherford foi não considerar que os elétrons, como partículas carregadas girando ao redor do núcleo, gradativamente perderiam energia e atingiriam o núcleo. O próximo modelo estava baseado nesta hipótese e em estudos da teoria quântica. O Modelo atômico de Bohr 1913 O físico dinamarquês, Neils Bohr ( ) propôs um modelo que seria formado por um núcleo positivo com uma parte periférica, onde giravam os elétrons. Ainda semelhante ao modelo de Rutherford, a diferença entre estes era que para Bohr, os elétrons giravam, sem emitir ou absorver energia, em órbitas circulares, as quais ele denominou níveis de energia ou camadas. 31 Conclusões de Rutherford a respeito do desvia de algumas partículas. Baseado nesta experiência, Rutherford elaborou um modelo que ficou conhecido como Modelo planetário, em que o átomo possuía um núcleo, onde estaria concentrada a maior parte da massa do átomo, Modelo atômico de Bohr: um núcleo positivo com uma parte periférica, onde os elétrons, sem emissão ou absorção de energia giravam em órbitas circulares (camadas ou níveis de energia).

7 O Modelo atômico de Sommerfeld 1915 O físico alemão Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld, em 1915, estudando os espectros de emissão de átomos mais complexos que o hidrogênio, admitiu que em cada camada eletrônica (n) havia 1 órbita circular e (n-1) órbitas elípticas com diferentes características. Essas órbitas elípticas foram então chamadas de subníveis ou subcamadas e caracterizadas por l,onde l=0, l=1, l=2 e l=3 são respectivamente os subníveis s, p, d e f. Por exemplo, na 4ª camada há uma órbita circular e três elípticas. possível calcular a posição e a velocidade de um elétron, num mesmo instante. Orbital região do espaço ao redor do núcleo onde é máxima a probabilidade de encontrar um elétron. Ele propôs este modelo através na teoria da relatividade de Einstein e da teoria quântica, assim podendo explicar detalhes dos espectros. Como ele complementou o que Bohr não conseguia explicar satisfatoriamente para átomos além dos hidrogenóides, o modelo ficou conhecido como Bohr-Sommerfeld. A energia do elétron seria determinada pela distância em que se encontrava do núcleo e pelo tipo de órbita que descreve. Modelo dos orbitais atômicos Princípio da dualidade partícula-onda (De Broglie) Princípio da incerteza de Heisenberg não é 32 EXERCÍCIO DE AULA 1. No fim do século XIX, o físico neozelandês Ernest Rutherford ( ) foi convencido por J. J. Thomson a trabalhar com o fenômeno então recentemente descoberto: a radioatividade. Seu trabalho permitiu a elaboração de um modelo atômico que possibilitou o entendimento da radiação emitida pelos átomos de urânio, polônio e rádio. Aos 26 anos de idade, Rutherford fez sua maior descoberta. Estudando a emissão de radiação de urânio e do tório, observou que existem dois tipos distintos de radiação: uma que é rapidamente absorvida, que denominamos radiação alfa ( ), α e uma com maior poder de penetração, que denominamos radiação beta ( ). β Sobre a descoberta de Rutherford podemos afirmar ainda: I. A radiação alfa é atraída pelo polo negativo de um campo elétrico. II. O baixo poder de penetração das radiações alfa decorre de sua elevada massa. III. A radiação beta é constituída por partículas positivas, pois se desviam para o polo negativo do campo elétrico. IV. As partículas alfa são iguais a átomos de hélio que perderam os elétrons. Está(ão) correta(s) a(s) afirmação(ões): a) I, apenas b) I e II c) III, apenas d) I, II e IV e) II e IV

8 2. 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. 3. Considere as seguintes afirmações, referentes à evolução dos modelos atômicos: I. No modelo de Dalton, o átomo é dividido em prótons e elétrons. II. No modelo de Rutherford, os átomos são constituídos por um núcleo muito pequeno e denso e carregado positivamente. Ao redor do núcleo estão distribuídos os elétrons, como planetas em torno do Sol. III. O físico inglês Thomson afirma, em seu modelo atômico, que um elétron, ao passar de uma órbita para outra, absorve ou emite um quantum (fóton) de energia. 33 Das afirmações feitas, está(ão) correta(s): a) apenas III. b) apenas I e II. c) apenas II e III. d) apenas II. e) todas. 4. Assinale a afirmativa que descreve ADEQUADAMENTE a teoria atômica de Dalton. Toda matéria é constituída de átomos: a) os quais são formados por partículas positivas e negativas. b) e todos os átomos de um mesmo elemento são idênticos. c) os quais são formados por um núcleo positivo e por elétrons que gravitam em diferentes camadas eletrônicas. d) os quais são formados por um núcleo positivo e por elétrons que gravitam livremente em torno desse núcleo.

9 5. Os fundamentos da estrutura da matéria e da atomística baseados em resultados experimentais tiveram sua origem com John Dalton, no início do século XIX. Desde então, no transcorrer de aproximadamente 100 anos, outros cientistas, tais como J. J. Thomson, E. Rutherford e N. Bohr, deram contribuições marcantes de como possivelmente o átomo estaria estruturado. Com base nas ideias propostas por esses cientistas, marque (V) para verdadeira e (F) para falsa. ( ) Rutherford foi o primeiro cientista a propor a ideia de que os átomos eram, na verdade, grandes espaços vazios constituídos por um centro pequeno, positivo e denso com elétrons girando ao seu redor. ( ) Thomson utilizou uma analogia inusitada ao comparar um átomo com um pudim de passas, em que estas seriam prótons incrustados em uma massa uniforme de elétrons dando origem à atual eletrosfera. ( ) Dalton comparou os átomos a esferas maciças, perfeitas e indivisíveis, tais como bolas de bilhar. A partir deste estudo surgiu o termo átomo que significa sem partes ou indivisível. ( ) O modelo atômico de Bohr foi o primeiro a envolver conceitos de mecânica quântica, em que a eletrosfera possuía apenas algumas regiões acessíveis denominadas níveis de energia, sendo ao elétron proibido a movimentação entre estas regiões. ( ) Rutherford utilizou em seu famoso experimento uma fonte radioativa que emitia descargas elétricas em uma fina folha de ouro, além de um anteparo para detectar a direção tomada pelos elétrons. Assinale a alternativa correta, de cima para baixo. a) F - V - V - V - F b) V - V - F - V - F c) V - F - F - F - F d) F - V - V - F - V e) V - F - F - F - V 34 EXERCÍCIOS PARA CASA 1. Relacione os nomes dos cientistas e filósofos apresentados na coluna à esquerda com suas descobertas na coluna à direita: a) Demócrito b) Thomson c) Rutherford d) Dalton e) Chadwick ( ) Descobridor do nêutron. ( ) Seu modelo atômico era semelhante a uma bola de bilhar. ( ) Seu modelo atômico era semelhante a um pudim de passas. ( ) Foi o primeiro a utilizar a palavra átomo. ( ) Criou um modelo para o átomo semelhante

10 2. Fogos de artifício utilizam sais de diferentes íons metálicos misturados com um material explosivo. Quando incendiados, emitem diferentes colorações. Por exemplo: sais de sódio emitem cor amarela, de bário, cor verde, e de cobre, cor azul. Essas cores são produzidas quando os elétrons excitados dos íons metálicos retornam para níveis de menor energia. O modelo atômico mais adequado para explicar esse fenômeno é o modelo de: a) Rutherford b) Rutherford-Bohr c) Thomson d) Dalton 3. O conhecimento sobre estrutura atômica evoluiu à medida que determinados fatos experimentais eram observados, gerando a necessidade de proposição de modelos atômicos com características que os explicassem. Fatos Observados Características do Modelo Atômico I. Investigações sobre a natureza elétrica da matéria e descargas elétricas em tubos de gases rarefeitos. II. Determinação das Leis Ponderais das Combinações Químicas III. Análise dos espectros atômicos (emissão de luz com cores características para cada elemento) IV. Estudos sobre radioatividades e dispersão de partículas alfa 1. Átomos maciços, indivisíveis e indestrutíveis 2. Atómos com núcleo denso e positivo, rodeado pelos elétrons negativos. 3. Átomos como uma esfera positiva onde estão distribuídas, uniformemente, as partículas negativas. 4. Átomos com elétrons movimentando-se ao redor do núcleo em trajetórias circulares - denominadas níveis - com valor determinado de energia 35 A associação correta entre o fato observado e o modelo atômico proposto, a partir deste subsídio, é: a) I 3; II 1; III 2; IV 4 b) I 1; II 2; III 4; IV 3 c) I 3; II 1; III 4; IV 2 d) I 4; II 2; III 1; IV 3 e) I 1; II 3; III 4; IV 2 4. Uma importante contribuição do modelo de Rutherford foi considerar o átomo constituído de: a) elétrons mergulhados numa massa homogênea de carga positiva. b) uma estrutura altamente compactada de prótons e elétrons. c) um núcleo de massa desprezível comparada com a massa do elétron. d) uma região central com carga negativa chamada núcleo. e) um núcleo muito pequeno de carga positiva, cercada por elétrons.

11 5. 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 Modelo Atômico: Rutherford Características: elétron, de carga negativa, em órbita em torno de um núcleo central, de carga positiva. Não há restrição quanto aos valores dos raios das órbitas e das energias do elétron. Modelo Atômico: Bohr 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: a) 0 b) 1 c) 2 d) Assinale a alternativa que completa melhor os espaços apresentados na frase abaixo: O modelo de Rutherford propõe que o átomo seria composto por um núcleo muito pequeno e de carga elétrica..., que seria equilibrado por, de carga elétrica, que ficavam girando ao redor do núcleo, numa região periférica denominada... a) neutra, prótons, positiva e núcleo. b) positiva, elétrons, positiva, eletrosfera. c) negativa, prótons, negativa, eletrosfera. d) positiva, elétrons, negativa, eletrosfera. e) negativa, prótons, negativa, núcleo.

12 7. Em relação ao modelo atômico de Rutherford, julgue os itens a seguir como verdadeiros ou falsos: a) Esse modelo baseia-se em experimentos com eletrólise de soluções de sais de ouro. b) Ele apresenta a matéria constituída por elétrons em contato direto com os prótons. c) O modelo foi elaborado a partir de experimentos em que uma fina lâmina de ouro era bombardeada com partículas α. d) Segundo esse modelo, só é permitido ao elétron ocupar níveis energéticos nos quais ele se apresenta com valores de energia múltiplos inteiros de um fóton. e) Esse modelo é semelhante a um sistema planetário, em que os elétrons distribuem-se ao redor do núcleo, assim como os planetas em torno do Sol. QUESTÃO CONTEXTO 37 O Homem de Ferro 2 retrata a como Tony Stark luta para substituir o metal paládio, que faz parte do reator de seu peito, por um metal atóxico. Depois de interpretar informações deixadas por seu pai, nosso Iron man projeta um holograma do elemento que poderia vir a substituir o paládio, cuja imagem se assemelha à figura abaixo. Qual dos modelos atômicos a imagem acima representa?

13 GABARITO 01. Exercícios para aula 1. d 2. a 3. d 4. b 5. c 02. Exercícios para casa 1. e; d; b; a; c; 2. b 3. c 4. e 5. a 6. d 7. a) Falso. O modelo atômico de Rutherford baseia-se em experimentos de bombardeio de finas lâminas de um metal por partículas. b) Falso. Segundo o modelo atômico de Rutherford, os elétrons estão na região periférica do átomo (eletrosfera). c) Verdadeiro. d) Falso. Essa proposição foi feita por Bohr, e não por Rutherford. e) Verdadeiro. 03. Questão contexto Rutherford imaginou que o átomo seria composto por um núcleo positivo e muito pequeno. Ele também acreditava que os elétrons giravam ao redor do núcleo e neutralizavam a carga positiva do núcleo. Este modelo foi difundido no meio científico em Rutherford sugeriu que o átomo pareceria com o nosso sistema solar no qual o Sol seria o núcleo e os planetas seriam os elétrons. 38

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