Modelo de Rutherford [Química]

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O conceito de átomo remonta a 400 aC, quando o filósofo grego Demócrito concebeu a ideia. No entanto, não foi até 1803 que John Dalton propôs novamente a ideia do átomo. Mas, naquele momento, os átomos eram considerados indivisíveis. Essa ideia de um átomo como partículas indivisíveis continuou até o ano de 1897, quando o físico britânico JJ Thomson descobriu partículas carregadas negativamente, que mais tarde foram denominadas elétrons.

Ele propôs um modelo com base no que ele explicou que os elétrons eram incorporados uniformemente em uma matriz carregada positivamente. O modelo foi denominado modelo de pudim de ameixa. No entanto, o modelo de pudim de ameixa de JJ Thomson tinha algumas limitações. Não conseguiu explicar certos resultados experimentais relacionados à estrutura atômica dos elementos.

Um físico britânico, Ernest Rutherford, propôs um modelo da estrutura atômica conhecido como Modelo de átomos de Rutherford. Ele conduziu um experimento onde ele bombardeou partículas-α em uma fina folha de ouro. Neste experimento, ele estudou a trajetória das partículas α após a interação com a fina camada de ouro.

modelo de Rutherford foi concebido por Ernest Rutherford para descrever um átomo. Rutherford dirigiu o famoso experimento Geiger-Marsden em 1909 que sugeriu, na análise de Rutherford 1911, que o modelo “pudim de passas do átomo” de JJ Thomson estava incorreto. O novo modelo de Rutherford para o átomo, baseado nos resultados experimentais, continha novas características de uma carga central relativamente alta concentrada em um volume muito pequeno em comparação com o resto do átomo e com este volume central também contendo a maior parte do átomo. Esta região seria conhecida como o “núcleo” do átomo.

Rutherford derrubou o modelo de Thomson em 1911 com o seu bem conhecido experimento em folha de ouro, no qual ele demonstrou que o átomo tem um núcleo minúsculo e pesado. Rutherford projetou um experimento para usar as partículas alfa emitidas por um elemento radioativo como sondas para o mundo invisível da estrutura atômica. Se Thomson estivesse certo, o raio passaria direto pela folha de ouro. A maioria das vigas passou pelo papel alumínio, mas algumas foram desviadas.

Rutherford apresentou seu próprio modelo físico para a estrutura subatômica, como uma interpretação para os resultados experimentais inesperados. Nele, o átomo é composto de uma carga central (este é o núcleo atômico moderno, embora Rutherford não tenha usado o termo “núcleo” em seu papel) cercado por uma nuvem de elétrons (presumivelmente) em órbita . Neste artigo de maio de 1911, Rutherford só se comprometeu com uma pequena região central de alta carga positiva ou negativa no átomo.

De considerações puramente energéticas de quão longe partículas de velocidade conhecida seriam capazes de penetrar em direção a uma carga central de 100 e, Rutherford foi capaz de calcular que o raio de sua carga central de ouro precisaria ser menor (quanto menos não poderia ser dito ) de 3,4 × 10 −14 metros. Isto estava em um átomo de ouro conhecido por ser 10-10 metros ou mais de raio – uma descoberta muito surpreendente, pois implicava uma carga central forte inferior a 1/3000 do diâmetro do átomo.

O modelo de Rutherford serviu para concentrar grande parte da carga e massa do átomo em um núcleo muito pequeno, mas não atribuiu nenhuma estrutura aos elétrons remanescentes e à massa atômica remanescente. Mencionou o modelo atômico de Hantaro Nagaoka, no qual os elétrons estão dispostos em um ou mais anéis, com a estrutura metafórica específica dos anéis estáveis ​​de Saturno. O modelo de pudim de ameixa de JJ Thomson também tinha anéis de elétrons em órbita. Jean Baptiste Perrin afirmou em sua palestra no Nobel que ele foi o primeiro a sugerir o modelo em seu artigo datado de 1901.

O artigo de Rutherford sugeriu que a carga central de um átomo pode ser “proporcional” à sua massa atômica em unidades de massa de hidrogênio u (aproximadamente 1/2, no modelo de Rutherford). Para o ouro, esse número de massa é 197 (não conhecido então com grande precisão) e, portanto, foi modelado por Rutherford para possivelmente 196 u. No entanto, Rutherford não tentou estabelecer a conexão direta da carga central com o número atômico, uma vez que o “número atômico” do ouro ( naquela época apenas o seu número de lugar na tabela periódica).foi de 79, e Rutherford modelou a carga em cerca de +100 unidades (ele havia sugerido 98 unidades de carga positiva, para fazer metade de 196). Assim, Rutherford não sugeriu formalmente que os dois números (lugar da tabela periódica, 79 e carga nuclear, 98 ou 100) poderiam ser exatamente os mesmos.

Um mês depois da publicação do artigo de Rutherford, a proposta sobre a identidade exata do número atômico e da carga nuclear foi feita por Antonius van den Broek , e mais tarde confirmada experimentalmente dentro de dois anos, por Henry Moseley.

Estes são os indicadores-chave

  • A nuvem de elétrons do átomo não influencia a dispersão de partículas alfa.
  • Grande parte da carga positiva de um átomo está concentrada em um volume relativamente pequeno no centro do átomo, conhecido hoje como o núcleo. A magnitude dessa carga é proporcional (até um número de carga que pode ser aproximadamente metade da) massa atômica do átomo – a massa restante é agora conhecida por ser principalmente atribuída a nêutrons. Esta massa central concentrada e carga é responsável por desviar as partículas alfa e beta.
  • A massa de átomos pesados, como o ouro, concentra-se principalmente na região de carga central, pois os cálculos mostram que ela não é defletida ou movida pelas partículas alfa de alta velocidade, que têm um momento muito alto em comparação aos elétrons, mas não em relação a uma carga pesada. átomo como um todo.
  • O próprio átomo é cerca de 100.000 (10 5 ) vezes o diâmetro do núcleo. Isso pode estar relacionado a colocar um grão de areia no meio de um campo de futebol.

Após a descoberta de Rutherford, os cientistas começaram a perceber que o átomo não é uma única partícula, mas é composto de partículas subatômicas muito menores. Pesquisas posteriores determinaram a estrutura atômica exata que levou ao experimento da folha de ouro de Rutherford . Os cientistas descobriram finalmente que os átomos têm um núcleo positivamente carregado (com um número atómico exacta de cargas), no centro, com um raio de cerca de 1,2 x 10 -15 metros x [número de massa atómica] 1 / 3 . Os elétrons foram encontrados para ser ainda menor.

Mais tarde, os cientistas encontraram o número esperado de elétrons (o mesmo que o número atômico) em um átomo usando raios-X. Quando um raio-X passa por um átomo, parte dele é espalhada, enquanto o restante passa pelo átomo. Como o raio X perde sua intensidade principalmente devido à dispersão nos elétrons, observando a taxa de diminuição na intensidade dos raios X, o número de elétrons contidos em um átomo pode ser estimado com precisão.

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