Entenda tudo sobre Modelos Atômicos

Modelos Atômicos: Você sabe o que são e qual sua importância?

Talvez sim. Talvez não.

Mas a verdade é que muitos alunos não lembram este assunto porque não estudaram corretamente. Preocuparam-se mais em decorar o assunto, do que entender a lógica por trás dele.

Contudo, neste artigo vou te mostrar que é possível entender este assunto, facilitando muito a sua memorização de longo prazo.

Isso porque eu vou te ensinar a lógica por trás desse assunto e você vai entendê-lo ao invés de simplesmente decorá-lo.

Neste artigo eu vou te mostrar:

• o que são os modelos atômicos e sua importância;
• quais os modelos atômicos
• A evolução dos Modelos Atômicos

O QUE SÃO OS MODELOS ATÔMICOS?

Você já parou para pensar o porquê deste nome “modelo atômico”?

Entender este nome é a chave para sua compreensão completa, pois abrirá sua mente para o conteúdo.

O Nome “Modelo” indica uma representação. Algo que serve de referência, que permite o uso para testar algo, mas que não significa que é o padrão, o real para todos os casos.

Vou te dar um exemplo. Me responda a esse pergunta: A Gisele Bündchen é o retrato fiel de todas as mulheres? As roupas com que a Modelo sobe nas passarelas servem para todas as mulheres?

Não!! Gisele Bündchen é apenas uma representação, um “Modelo” usado para fazer um teste de tendências de design de roupas e outros quesitos.

Um modelo de Relatório, ou Modelo de Documento são obrigatórios? Não! São apenas formas de relatórios e documentos para servirem de base para se guiar.

Quer ver outro exemplo?

O Aeromodelismo…já ouviu falar? Aquela prática esportiva em que pilota-semodelos de aeronaves através de controle remotos? Pois é… são miniaturas de aeronaves usadas como referência para se fazer testes e experimentos.

Assim como nesses exemplos, na ciência também usam-se frequentemente Modelos numa tentativa de representar uma realidade. Na Engenharia isso é extremamente aplicado na tentativa de entender fenômenos naturais e testar protótipos.

Quando os resultados testados a partir de um modelo dão resultados satisfatórios, começa-se a pensar em replicar as conclusões para os demais casos concretos.

Assim como nesses casos acima, em Modelos Atômicos não foi diferente!

Na tentativa de entender a constituição da matéria ( sólida, líquida e gasosa) estabeleceram-se Modelos que conseguiam explicar fenômenos observados experimentalmente.

Desta forma, quando um modelo era aceito como verdadeiro era porque ele conseguia explicar as observações feitas experimentalmente em laboratório.

No momento em que aquele modelo não conseguia explicar as observações, o modelo era desacreditado ou seja, era invalidado, e surgia a necessidade de se elaborar um novo modelo atômico capaz de explicar a observação feita experimentalmente.

Como a ciência e o conhecimento evolui com o tempo, ao longo da história foram se descobrindo novas coisas que modelos anteriores não conseguiam explicar, passando por um processo sucessivo de trocas de Modelos Atômicos que hoje os livros didáticos chamam de Evolução dos Modelos Atômicos.

Na Evolução dos Modelos Atômicos aqueles que não conseguissem explicar os fenômenos entravam em descrédito e cedia lugar para um Modelo Atômico mais adequado para aquelas observações.

Desta forma existiram os seguintes modelos atômicos:

• Modelo Atômico de Dalton
• Modelo Atômico de Thomson
• Modelo Atômico de Rutheford
• Modelo Atômico de Rutheford-Bohr
• Modelo Quântico

Acompanhe este artigo para aprender cada um dos Modelos Atômicos e a Evolução dos Modelos Atômicos.

ÁTOMO E MODELOS ATÔMICOS

Para te explicar esse assunto de forma lúdica e descontraída. Vou te propor um experimento:

Pegue uma folha de papel e rasgue-a em duas partes, em seguida, pegue uma das partes e rasgue-a novamente em mais duas partes, em seguida, pegue uma das partes e faça novamente o processo, repita isso 20 vezes.

Te pergunto: Você conseguirá fracionar o papel em duas partes 20 vezes?

Provavelmente não! O papel vai ficar tão pequeno que você não conseguirá mais fracioná-lo com a mão. Podendo até ficar tão pequeno que você não vai conseguir vê-lo.

Mas atenção!! Você não conseguir vê-lo não quer dizer que ele não exista, e que ele não esteja ali. Na verdade ele está ali, mas de forma bastante reduzida.

A pergunta agora é: Se continuarmos sempre quebrando esse papel em duas partes, até onde conseguiremos fazer isso?

Essa foi a pergunta que Leucipo e Demócrito fizeram no século V a.C. E eles elaboraram uma teoria! Disseram que se chegaria em uma parte muito pequena que não se dividiria mais. Eles deram o nome para essa menor parte da matéria e indivisível de ÁTOMO.

A partir daí, considerou-se que toda a matéria era constituída de uma parte minúscula e indivisível chamada átomo.

A representação física, ou seja, a imagem representativa do átomo só veio surgir no ano de 1808 quando Dalton instituiu seu modelo atômico, importante na época por  ser capaz de explicar experimentos que aconteciam na época sobretudo de Lavoisiser e Proust.

Com o passar dos anos, o modelo de Dalton entrou em descrédito e surgiram alguns outros modelos, tais como o Modelo de Thomson, Rutheford, Rutheford-Bohr e Modelo Quântico. Todos eles apresentados em ordem cronológica e que serão discutidos logo abaixo.

Veja esse quadro resumo da evolução dos modelos atômicos.

MODELOS ATÔMICOS DE DALTON

Em 1808, Dalton falou que os átomos eram parecidos com uma “Bola de Bilhar”, ou “Bola de Sinuca”. Os átomos eram:

• esféricos
• maciços
• Indivisíveis

Para Dalton o que diferenciava entre os átomos de elementos químicos era seu tamanho e sua massa.

Assim, uns átomos eram menores do que outros e pesavam diferentes também. As diferentes substâncias presentes na natureza, nada mais eram que resultantes das diferentes combinações de “Bolas de Bilhar” possíveis.

Deixa eu te dar um exemplo:

No Modelo Atômico de Dalton, a molécula da água que hoje sabemos ser H₂0, seria formada por duas bolas de bilhar pequenas ( referentes ao hidrogênio) e uma bola de bilhar grande ( referente ao oxigênio).

O Modelo Atômico de Dalton foi importante na época porque davam subsídios aos experimentos de lavoisier e Proust.

A lei de Lavoisier ou Lei de Conservação das Massas afirmava:

“Ao término de uma reação química, a massa total inicial dos reagentes é igual a massa total final dos produtos. Ou em outras palavras, a massa é conservada quaisquer que sejam as modificações químicas e/ou físicas que a matéria sofra: na natureza, nada se cria e nada se perde. Tudo se transforma.”

Dalton explicou a lei de Lavoisier afirmando que as substâncias químicas eram a combinação de vários átomos. E que na hora da reação química os átomos apenas se rearranjavam, mas por estarem em ambiente fechado, os átomos continuavam no local da reação. Desta forma, a massa dos átomos não se perdia e era conservada. Ou seja havia apenas uma transformação, mas sem perder massa.

O Modelo Atômico de Dalton durou até 1897 e entrou em descréditoporque não conseguia explicar alguns fenômenos que passaram a ser observados, sobretudo quanto à  natureza elétrica da matéria. Nesta época foram descobertas as cargas negativas e positivas.

O Modelo de Dalton não era mais adequado e foi desenvolvido um novo modelo: O Modelo Atômico de Thomson.

MODELOS ATÔMICOS DE THOMSON

O Modelo Atômico de Thomson foi adotado em 1897. Foi o primeiro modelo de átomo que considerava a natureza elétrica da matéria.

Para Thomson o átomo era parecido a um “Pudim de Passas”, em que as cargas elétricas negativas, facilmente removíveis estariam fixas a uma porção maior de carga positiva, assim como é no Pudim de Passas, em que as ameixas ficam aderidas a massa branca do pudim.

Fazendo uma analogia, as passas seriam as cargas negativas facilmente removíveis, enquanto a massa do pudim seria a carga positiva.

Esse modelo foi aceito no lugar do Modelo de Dalton, pois além de ser adequado aos experimentos de Lavoisier e Proust, explicava também os fenômenos elétricos que começavam a ser observados em laboratório e na natureza.

Com esse modelo conseguiram explicar a observação em que ovelhas após passarem pela cerca tinham seus pelos agarrados na mesma. Com o Modelo Atômico de Thomson passou-se a considerar que com o atrito os pelos perdiam cargas negativas enquanto a cerca ganhava cargas negativas. Haveria aí uma atração entre cargas elétricas opostas. Começou-se a estudar os processos de eletrização vistos em física.

O Modelo de Thomson perdurou até 1911, quando Rutheford através de um experimento que recebeu o seu nome comprovou que os átomos não eram maciços como os modelos de Dalton e Thomson afirmavam, e sim, que ele era formado em sua maior parte por espaços vazios onde estariam as cargas elétricas negativas.

Siga este artigo e aprenda como era o Modelo de Rutheford.

MODELOS ATÔMICOS DE RUTHEFORD

Rutheford, em 1911, colocou em descrédito o Modelo Atômico de Thomson quando através de um experimento entitulado Experiência de Ruthefordcomprovou que o átomo não era maciço como diziam Dalton e Thomson.

Rutheford em seu experimento comprovou que grande parte do átomo na verdade era um imenso vazio e que a  parte maciça se encontrava numa pequena parte central, de carga positiva e onde concentrava toda a massa do átomo. Denominou essa pequena parte central de núcleo.

Quando foi questionado sobre as cargas elétricas negativas, afirmou que elas se encontravam no vazio ao redor do núcleo, movendo-se em um movimento circular ao redor deste. Afirmou que necessariamente os elétrons estariam em movimento para que a força centrífuga anulasse a tendência do elétron (negativo) ser atraído pelo núcleo (positivo) e tornar uma unidade maciça.

Denominou essa região de movimentação de elétrons de eletrosfera.

EXPERIÊNCIA DE RUTHEFORD

Rutheford, em sua experiência, bombardeou uma fina lâmina de ouro com partículas radioativas positivas. Ao redor desta lâmina de ouro colocou um material fosforescente ( material que quando sofre estímulo de alguma radiação emite luz). Após iniciar o bombardeamento do ouro, Rutheford percebeu que havia uma grande luminosidade atrás da chapa de ouro, alguma lumisosidade na chapa lateral e pouquíssima luminosidade na chapa na frente do ouro.

A partir desta observação ele concluiu:

• A maior parte da lâmina de ouro é um vazio, tanto é que muita partícula bombarseada atravessou a lâmina. Se a mesma fosse maciça como afirmava Dalton e Thomson, essas partículas não atravessariam a lâmina. Rutheford chamou esse vazio de eletrosfera.
• As luminosidades laterais são devidas ao desvio sofrido pela partícula positiva bombardeada quando se aproximou da parte central, minúscula, mas também positiva, o que causou sua repulsão elétrica ( cargas de mesmo sinal se repelem), desviando as partículas e chocando com o material fosforescente lateral, causando a luminosidade.
• A pouquíssima luminosidade que apareceu na frente da lâmina, explicou como sendo aquelas pouquíssimas partículas positivas que frontalmente se chocaram com o núcleo positivo e minúsculo do átomo.

MODELO ATÔMICO DE RUTHEFORD-BOHR

Em 1913, Niels Bohr utilizando de conhecimentos do eletromagnetismo de Maxwell em que afirmava que qualquer carga em movimento emitia energia, questionou o Modelo Atômico de Rutheford.

Para ele, se os elétrons se encontravam em movimento eles emitiram energia, perderiam energia cinética (velocidade) e progressivamente iriam se aproximando do núcleo até colapsar formando algo maciço com os elétrons e o núcleo em uma única unidade.

Numa tentativa de explicação do por que isso não acontecia, Bohr ajustou a Teoria de Rutheford, e elaborou o Modelo Atômico de Rutheford-Bohr,afirmando que esses elétrons estariam em movimentos em trajetórias circulares e estacionárias, formando órbitas estacionárias, e que nessas órbitas o elétron não ganharia, nem perderia energia; ele teria uma energia constante. Caso o elétron recebesse alguma energia por influência do ambiente, esse elétron mudaria de órbita, se afastando do núcleo para uma órbita com maior quantidade de energia. Caso o elétron perdesse energia, ele se aproximaria do núcleo, liberando o excesso de energia em forma de ondas eletromagnéticas.

O Modelo de Rutheford, por falar de Órbitas Estacionárias ao redor do núcleo, foi chamado também de Modelo Planetário, pois era muito semelhante ao modelo de sistema solar, em que os planetas movimentavam-se em órbitas ao redor do sol.

O Modelo de Rutheford foi bastante aceito pois explicou fenômenos observados como a coloração diferenciadas de chamas de diferentes elementos químicos, bem como a cor dos fogos de artifício.

A partir daí os estudiosos passaram a estudar as ondas eletromagnéticas emitidas pelo átomo de Bohr quando este passava de uma órbita mais externa para uma órbita mais interna. O aprofundamento desses estudos chegou ao mais recente modelo atômico: O Modelo Quântico.

MODELO QUÂNTICO

Antes de começar a estudar esse modelo atômico, vou te explicar o significado de quântico.

Você sabe o que significa quântico?

Quântico significa “quantidade de energia”.

Isso mesmo: Energia!

Assim, o Modelo Quântico é o Modelo Atômico que associa o elétron à quantidade de energia.

Neste modelo não se fala mais em posição do elétron, como se falava no modelo atômico de Rutheford-Bohr. Isso porque um cientista chamado Heinsenberg desenvolveu um Princípio chamado “Princípio da Incerteza”em que ele afirmava que era impossível determinar com precisão a posição do elétron.

Os estudos de Heisenberg colocaram em descrédito o Modelo Atômico de Rutheford-Bohr, uma vez que a incerteza da posição do elétron impossibilitava afirmar que ele se encontrava em uma determinada órbita estacionária.

Oras…Como pode-se afirmar que o elétron está em órbita se eu não sei precisamente sua posição?

Passou-se a falar, então, em uma região de probabilidade de se encontrar o elétron e denominou essa região de ORBITAL. ( diferente de órbita! Cuidado!)

Não se falava mais da posição do elétron, mas sim da região onde ele poderia se encontrar.

Desta forma, estudos se intensificaram afim de estabelecer um novo modelo atômico que fosse adequado às observações e conclusões de Heisenberg. Neste contexto, destacam-se 2 cientistas: De Broglie e Schrodinger.

De Broglie estabeleceu o Princípio da Dualidade Onda-Partícula. Ele observou que elétrons hora se comportavam como partícula, hora se comportavam como ondas.

E Schrodinger foi um matemático que estudou as ondas eletromagnéticas dos fótons (luz) emitidas pelos átomos do modelo atômico de Bohr.

Ele elaborou uma equação matemática que descrevia o comportamento das ondas eletromagnéticas e com isso passou a conseguir estudar o comportamento ondulatório dos elétrons.

A todo elétron em movimento está associado uma onda característica.

Como qualquer equação matemática, a equação de onda estabelecida por Schrodinger também tinha soluções.

As soluções da equação que descrevia o comportamento ondulatório dos elétrons foram chamados de NÚMEROS QUÂNTICOS.

Cada número quântico, ou cada solução da equação, dava uma informação da energia do elétron ( comportamento ondulatório).

Desta forma, os cientistas passaram estudar o elétron a partir de seu comportamento ondulatório e conteúdo de energia.

A equação de schrodinger fornecia 4 soluções, ou seja, 4 números quânticos representados pelas seguintes letras ou incógnitas: n, l, ml, ms.

Os Números Quânticos foram chamados de:

n – Número Quântico Principal

l – Número Quântico Secundário

ml – Número Quântico Terciário

ms – Número Quântico – Spin

Segundo este modelo quântico os elétrons são partículas-ondas que se deslocam ou vibram no espaço, mas que, próximo ao núcleo, há uma região de maior probabilidade dele se encontrar. Essa região é chamada de ORBITAL. Os orbitais devido ao movimento do elétrons, assemleham-se a uma nuvem eletrônica.

Como te falei antes, os números quânticos davam informações de quantidade de energia de um átomo. O número quântico principal (n) informava o nível de energia, associada a distância do núcleo, elétrons com mesmo número quântico principal estariam igualmente distantes do núcleo (ideia de camada); o número quântico secundário dava informação de subníveis de energia, o número quântico terciário dava informação do ORBITAL em que o elétron se encontrava.

Para este modelo atômico os elétrons estavam distribuídos ao redor do núcleo, na eletrosfera, segundo uma ordem crescente de energia. Em que os elétrons preenchiam níveis e subníveis de energia mais baixos, em seguida preenchiam níveis de energias mais elevados.

Desta forma foi elaborado o Diagrama de Pauling em que distribuia os elétrons na eletrosfera em ordem crescente de energias.

RECAPITULANDO MODELOS ATÔMICOS

Chegamos ao final deste artigo e nele você aprendeu que:

• Modelo atômico é uma representação do átomo tida como referência. Essa representação é váilida enquanto for capaz de explicar os fenômenos observados. Caso não seja capaz, o modelo é impróprio e surge a necessidade de se propor novo modelo adequado.
• Ao longo da história, à medida que a ciência evoluiu os modelos atômicos precisaram ser renovados, pois já não conseguiam explicar os fenômenos observados. Essa mudança sucessiva de modelos atômicos recebeu o nome de “Evolução dos Modelos Atômicos”.
• A evolução dos modelos atômicos seguiu a seguinte sequência: Dalton, Thomson, Rutheford, Ruthefrd-Bohr e Modelo Quântico.
• Dalton = “Bola de Bilhar”
• Thomson = “Pudim de Passas”
• Rutheford = Átomo era formado pelo núcleo central, positivo e um enorme vazio onde estariam os elétrons em movimento.
• Rutheford-Bohr = “Sistema Planetário”- Órbitas Estacionárias.
• Modelo Quântico = Elétrons eram ondas-partículas caracterizados pelo seu teor de energia identificado por 4 números quânticos (n, l, ml e ms).
• Distribuição dos elétrons na eletrosfera segundo ordem crescente de energia.