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O que são modelos atômicos?
Os átomos e seus comportamentos são alguns dos conceitos mais fundamentais do estudo da Química. A ideia de uma partícula indivisível que compõe a matéria existente foi apresentada em 500 a.C. por Demócrito e Leucipo, mas só foi desenvolvida e estudada a partir de John Dalton, em 1808.
Daí em diante, houve a proposta de vários modelos científicos para compreender como os átomos eram estruturados e seu comportamento – os modelos atômicos.
Modelo atômico de Dalton
O modelo proposto por Dalton era baseado em três postulados:
- A matéria é formada por partículas indivisíveis e indestrutíveis denominadas átomos;
- Átomos de um mesmo elemento químico apresentam mesma massa, tamanho e forma; e
- A combinação de átomos iguais forma substâncias simples, e a combinação de átomos diferentes forma substâncias compostas.
John Dalton entendia o átomo como uma unidade indivisível, esférica e maciça. Por isso, seu modelo atômico ficou conhecido como “bola de bilhar”.
Modelo atômico de Thomson
Com os experimentos envolvendo eletricidade no século XIX, o pesquisador Joseph John Thomson elaborou um novo modelo atômico, dessa vez levando em conta as novas descobertas no campo energético.
Em especial, foi uma pesquisa conduzida por William Crookes, em 1856, que chamou sua atenção para o fenômeno. O cientista elaborou um equipamento denominado ampola de Crookes ou tubo de raios catódicos que emitia descargas elétricas em ampolas de vidro contendo gases à baixa pressão, 0,01 atm.
Ao ligar o equipamento a uma elevada voltagem, cerca de 10000 V, observa-se um raio luminoso saindo do pólo negativo – chamado cátodo – em direção ao pólo positivo, denominado ânodo. Por isso, esse feixe luminoso foi denominado raios catódicos.
O feixe luminoso apresenta uma cor distinta para cada gás. A partir desse experimento, Crookes elaborou outros, obtendo as seguintes conclusões para cada um:
Esses raios catódicos saem de uma placa metálica e entram em outra. Portanto, sem conseguir enxergar alguma partícula, afirma-se: o átomo é divisível em partículas que possuem carga negativa.
Em 1897, ao perceber que a propriedades dos raios catódicos se aplicava para todos os gases testados, Thomson nomeou os raios catódicos de elétrons e elaborou um modelo atômico denominado pudim com ameixas – chamado também de pudim com passas ou pudim de passas.
Nesse modelo, os elétrons estão mergulhados em um fluido de carga positiva. Com ele, é possível explicar os fenômenos elétricos como: eletricidade, eletrização por fricção, formação de íons, entre outros.
Modelo atômico de Rutherford
A radiação emitida pelos átomos é classificada em três tipos:
- Radiação alfa: partícula de massa elevada e carga positiva,
- Radiação beta: partícula de pequena massa e carga negativa;
- Radiação gama: onda eletromagnética (energia) e não possui carga e nem massa.
Uma forma de testar essa afirmação é pelo experimento da figura abaixo. Ele prova que o átomo é divisível em partículas positivas e negativas.
Foi com base nessa premissa, demonstrada pela figura, que Ernest Rutherford desenvolveu seu famoso experimento de bombardeamento da lâmina de ouro e elaborou nosso terceiro modelo atômico.
Após observar os resultados, Rutherford chegou às seguintes conclusões:
| Região da Imagem | Observação | Conclusão |
|---|---|---|
| A | A maior parte das partículas alfa atravessa, sem desvio, a lâmina de ouro. | A maior parte do átomo é vazio. |
| B | Uma pequena quantidade de partículas alfa atravessa, com desvio, a lâmina de ouro. | Existe uma pequena região positiva |
| C | Uma pequeníssima quantidade de partículas alfa não atravessa a lâmina de ouro, uma a cada oito mil. | Existe uma pequena região densa. |
Na época, Rutherford ficou impressionado com o resultado e descreveu: “Foi o acontecimento mais incrível de minha vida. Era quase tão incrível quanto atirar uma granada de quinze polegadas contra uma folha de papel de seda e a granada voltar e nos atingir”.
Assim, em 1911, ele elaborou um modelo em que o átomo é dividido em duas partes: núcleo e eletrosfera. O núcleo, segundo essa ideia, é cerca de 10 mil a 100 mil vezes menor que o átomo e concentra praticamente toda a massa.
Esse modelo ficou conhecido como sistema planetário, em que o núcleo é formado pelos prótons e a eletrosfera por elétrons:
Para facilitar a compreensão, pense no modelo atômico anterior – o modelo de Thompson – e compare quais seriam os resultados esperados do experimento com a lâmina de ouro.
O modelo do sistema planetário é capaz de explicar tudo que os modelos anteriores (Dalton e Thomson) já apresentaram mais os baseamentos e as aplicações da radioatividade.
Porém, Rutherford já previa a existência de dois problemas ao elaborar seu modelo:
- 1º problema: repulsão dos prótons no núcleo do átomo. Como as partículas positivas se repelem, logo os prótons iriam se repelir e desintegrar o núcleo atômico.
- 2º problema: movimento espiralado dos elétrons. Segundo a física clássica, toda partícula elétrica em movimento circular gera um campo magnético, ou seja, uma partícula elétrica converte energia cinética em onda eletromagnética. Portanto, o movimento cinético do elétron sofreria decréscimo até a colisão com o núcleo.
Modelo atômico de Rutherford-Bohr
O modelo seguinte aprimora as ideias de Rutherford e foi desenvolvido por Niels Bohr. Ele levou em conta duas premissas descobertas alguns anos antes. A primeira delas, o cientista Max Planck descobriu em 1900 e diz que a energia é descontínua, determinada por pacotes de energia denominados quantum.
Cada quantum equivale a uma quantidade de energia, que é proporcional à frequência.
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A segunda foi elaborada por James Chadwick, em 1932, quando o físico observou as partículas que eram emitidas por átomos e não eram desviadas por campos elétricos, sendo denominadas de nêutrons.
Diante disso, Bohr propôs algumas alterações no modelo de Rutherford e seus postulados são os seguintes:
- O átomo é dividido em órbitas circulares;
- Cada órbita circular apresenta um valor de energia constante caracterizando uma camada eletrônica ou nível de energia;
- O elétron assume o valor de energia da camada eletrônica que ocupa, portanto assume o estado estacionário;
- Um elétron ao absorver energia, necessariamente, muda para uma camada mais externa, que apresenta maior energia. Essa transição é chamada de salto quântico e define o estado excitado; e
- Quando um elétron retorna para uma camada mais interna (de menor energia), é liberado uma onda eletromagnética referente a diferença de energia entre as camadas.
Esse modelo ficou conhecido como Modelo Atômico de Rutherford-Bohr. Observe na imagem abaixo:
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