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ESTRUTURA ATÔMICA

 

OS PRIMEIROS MODELOS ATÔMICOS

Alguns filosófo da Grécia Antiga já admitiam que toda e qualquer matéria seria formada por minúsculas partículas indivisíveis, que foram denominadas átomos (a palavra átomo, em grego, significa indivisível).

No entanto, foi somente em 1803 que o cientista inglês John Dalton, com base em inúmeras experiências, conseguiu provar cientificamente a idéia de átomo. Surgia então a teoria atômica clássica da matéria. Segundo essa teoria, quando olhamos, por exemplo, para um grãozinho de ferro, devemos imaginá-lo como sendo formado por um aglomerado de um número enorme de átomos. Os principais postulados da Teoria Atômica de Dalton são:

MODELO ATÔMICO DE THOMSON

modthomson.jpg (2812 bytes)

Em 1903, o cientista inglês Joseph J. Thomson, baseado em experiências realizadas com gases e que mostraram que a matéria era formada por cargas elétricas positivas e negativas, modificou o modelo atômico de Dalton. Segundo Thomson, o átomo seria uma esfera maciça e positiva com as cargas negativas distribuídas, ao acaso, na esfera. A quantidade de cargas positivas e negativas seriam iguais e dessa forma o átomo seria eletricamente neutro. O modelo proposto por Thomson ficou conhecido como "pudim com passas".

 

MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD

Em 1911, o cientista neozelandês Ernest Rutherford, utilizando os fenômenos radiativos no estudo da estrutura atômica, descobriu que o átomo não seria uma esfera maciça, mas sim formada por uma região central, chamada núcleo atômico, e uma região externa ao núcleo, chamada eletrosfera. No núcleo atômico estariam as partículas positivas, os prótons, e na eletrosfera as partículas negativas, os elétrons.

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Para chegar a essas conclusões Rutherford e seus colaboradores bombardearam lâminas de ouro com partículas a (2 prótons e 2 nêutrons) utilizando a aparelhagem esquematizada acima.

Rutherford observou que a grande maioria das partículas atravessava normalmente a lâmina de ouro que apresentava aproximadamente 10-5 cm de espessura. Outras partículas sofriam pequenos desvios e outras, em número muito pequeno, batiam na lâmina e voltavam. O caminho seguido pelas partículas a podia ser detectado devido ?s cintilações que elas provocavam no anteparo de sulfeto de zinco.

Comparando o número de partículas a lançadas com o número de partículas a que sofriam desvios, Rutherford calculou que o raio do átomo deveria ser 10.000 a 100.000 vezes maior do que o raio do núcleo, ou seja, o átomo seria formado por espaços vazios.modrutherford.jpg (2887 bytes) Por esses espaços vazios a grande maioria das partículas a atravessava a lâmina de ouro.

Os desvios sofridos pelas partículas a eram devidos às repulsões elétricas entre o núcleo (positivo) e as partículas a, também positivas, que a ele se dirigiam. O modelo de Rutherford (figura ao lado) ficou conhecido como "modelo planetário".

Partículas elementares

A experiência de Rutherford mostrou que no núcleo atômico além do próton deveria existir uma outra partícula. Esta foi descoberta em 1932 pelo cientista inglês James Chadwick e recebeu o nome de nêutron.

Prótons, elétrons e nêutrons são as principais partículas presentes num átomo. Elas são chamadas partículas elementares ou subatômicas e suas principais características são:

Partícula

Massa (grama)

Massa relativa

Carga elétrica (Coulomb)

Carga relativa

Próton (p+)

1,7.10-24

1

+1,6.10-19

+1

Nêutron (n0)

1,7.10-24

1

0

0

Elétron (e-)

9,1.10-28

1/1840

-1,6.10-19

-1

Observe que as partículas presentes no núcleo atômico apresentam a mesma massa e que essa é praticamente 2.000 vezes maior do que a massa do elétron. A massa de um átomo está praticamente concentrada numa região extremamente pequena do átomo: o núcleo atômico.

A quantidade atômica de prótons e elétrons presentes num átomo é a mesma, o que faz com que ele seja eletricamente neutro.

MODELO ATÔMICO DE BOHR

Em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr, ao estudar espectros de emissão de certas substâncias, modificou o modelo de Rutherford. No inicio do século XX era fato conhecido que a luz branca (luz solar, por exemplo) podia ser decomposta em diversas cores. Isso é conseguido fazendo com que a luz passe por um prisma. No caso da decomposição da luz solar obtém-se um espectro chamado espectro continuo. Este é formado por ondas eletromagnéticas visíveis e invisíveis (radiação ultravioleta e infravermelho). Na parte visível desse espectro não ocorre distinção entre as diferentes cores, mas uma gradual passagem de uma para outra. O arco-íris é um exemplo de espectro contínuo onde a luz solar é decomposta pelas gotas de água presentes na atmosfera. Como a cada onda eletromagnética está associada certa quantidade de energia, a decomposição da luz branca produz ondas eletromagnéticas com toda e qualquer quantidade de energia.

arcoiris.jpg (10709 bytes)

No entanto, se a luz que atravessar o prisma for de uma substância como hidrogênio, sódio, neônio etc. será obtido um espectro descontínuo. Este é caracterizado por apresentar linhas coloridas separadas. Em outras palavras, somente alguns tipos de radiações luminosas são emitidas, isto é, somente radiações com valores determinados de energia são emitidas.

Baseado nessas observações experimentais, Bohr elaborou um novo modelo atômico cujos postulados são:

eletrosfera1.jpg (3287 bytes)

eletrosfera2.jpg (11471 bytes)

eletrosfera3.jpg (10678 bytes)

Esses postulados permitem explicar a existência dos espectros de emissão descontínuos: como o elétron só pode ocupar determinadas órbitas, as transições eletrônicas (ida e volta do elétron) ocorrem em número restrito, o que produz somente alguns tipos de radiação eletromagnética e não todas como no espectro contínuo.

Modelo atômico de Bohr foi elaborado para o átomo de hidrogênio, mas aplica-se com boa aproximação a todos os outros átomos.

CONCEITOS

Próton: partícula nuclear com carga positiva igual, em grandeza, à do elétron. Junto com o nêutron, está presente em todos os núcleos atômicos (exceto o do hidrogênio, que não tem nêutron). A massa de um próton é de 1,6726 x 10-27 kg, ou seja, 1.836 vezes a do elétron. O número atômico de um elemento indica o número de prótons em seu núcleo e determina de que elemento se trata.O antipróton é sua antipartícula. É estável no vácuo e não se desintegra espontaneamente.

Nêutron: uma das partículas fundamentais que compõem a matéria. Sua massa é de 1,675 x 10-27 kg, aproximadamente 0,125% maior que a do próton. Não tem carga elétrica. É uma partícula constituinte de todos os núcleos, exceto o do hidrogênio comum. Os nêutrons livres, que formam parte de um núcleo, são produzidos em reações nucleares. Quando é expulso do núcleo, o nêutron é instável, e se desintegra para dar lugar a um próton, um elétron e um neutrino. O uso de feixes de nêutrons é uma ferramenta importante em campos tão diversos quando a paleontologia, a arqueologia e a história da arte.

Elétron: tipo de partícula elementar que, junto com os prótons e os nêutrons, forma os átomos e as moléculas. Intervém em uma grande variedade de fenômenos. Os elétrons têm uma massa em repouso de 9,109 x 10-31 kg e uma carga elétrica negativa de 1,602 x 10-19 coulombs. Sua partícula de antimatéria correspondente é o pósitron.

TEXTO 1 - Prêmio Nobel de Química 1999 - Outubro 99

No dia 12 de outubro de 1999, a Real Academia Sueca de Ciências anunciou a concessão do Prêmio Nobel de Química ao pesquisador, de dupla nacionalidade (egípcia e norte-americana), Ahmed H. Zewail, "por ter demonstrado que é possível observar, graças a uma técnica a laser ultra-rápida, o movimento dos átomos de uma molécula durante as reações químicas". Zewail é o inventor de uma técnica que pode ser descrita como uma câmara fotográfica capaz de captar com precisão a forma como se comportam os átomos durante o exato momento de uma reação química.

Ahmed H.Zewail nasceu em 1946, no Egito. Fez seus primeiros estudos de Química na Universidade de Alexandria. Depois foi para os Estados Unidos, onde se doutorou em 1974, na Universidade da Pensilvânia. Trabalhou na Universidade de Berkeley e, em 1976, tornou-se pesquisador do Instituto de Tecnologia da Califórnia, onde desde 1990 ocupa a cátedra Linus Pauling de Química.

Link:

Centenário da Radiotividade: Site comemorativo dos 100 anos da descoberta da radiotividade. Disponível em inglês, espanhol e francês.