Modelos Atômicos [Química]

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Em física e química, o modelo atômico é qualquer modelo científico que explique átomos e seu comportamento. Embora os modelos atômicos atualmente aceitos sejam bastante complexos, o modelo de Rutherford é freqüentemente usado para explicar alguns fenômenos naturais de uma maneira visualmente simples e prática. Atualmente, o modelo de mecânica quântica ou mecânica de ondas ou o modelo orbital ou a nuvem eletrônica é aceito para definir a estrutura atômica.

No século V a.C., os filósofos gregos Demócrito e Leucipo defenderam o atomismo, em que se acreditava que dividindo a matéria em pedaços cada vez menores, chegar-se-ia em partículas que seriam invisíveis ao olho humano e, segundo esses pensadores, indivisíveis. Graças a essa propriedade de ser indivisíveis, receberam o nome de átomos, termo que significa justamente indivisíveis, em grego. O atomismo foi a teoria cujas princípios básicos mais se aproximaram das modernas concepções científicas sobre o modelo atômico. 

Demócrito sugeriu que a realidade como um todo não é apenas átomos ou partículas indivisíveis da mesma natureza que Parmênides sugeriu. Demócrito acreditava que o vácuo era um não-ser. Esta tese tornou-se uma clara contradição com a ontologia parmenídica.

De acordo com Demokrit, a matéria era descontínua e portanto, ao invés dos corpos macroscópicos, os corpos microscópicos (átomos) não interpenetram-se nem dividem-se, sendo suas mudanças observadas em certos fenômenos físicos e químicos como associações de átomos e suas dissociações e que qualquer matéria é resultado da combinação de átomos dos quatro elementos: ar; fogo; água e terra. Aristóteles, ao contrário de Demócrito, postulou a continuidade da matéria, ou, não constituída por partículas indivisíveis.

Em 60 a.C., Lucrécio compôs o poema De Rerum Natura, que discorria sobre o atomismo de Demócrito. Os filósofos porém, adotaram o modelo atômico de Aristóteles, da matéria contínua, que foi seguido pelos pensadores e cientistas até o século XVI d.C.

John Dalton

John Dalton, professor do New England English College em Manchester, foi o criador da primeira teoria atômica moderna do século XVIII ao século XIX.Em 1803 Dalton publicou a publicação Absorção de gases pela água e outros líquidos, na qual ele delineou os princípios de seu modelo atômico.

De acordo com Dalton:

Átomos de diferentes elementos têm diferentes propriedades um do outro; átomos do mesmo elemento têm propriedades de peso iguais e imutáveis; átomo é a menor parte da matéria e são balas enormes e indivisíveis; em reações químicas, os átomos permanecem inalterados; na formação dos compostos, os átomos caem em números fixos 1: 1, 1: 2, 1: 3, 2: 3, 2: 5, etc .; O peso total de um composto é igual à soma dos pesos dos átomos constituintes.

Em 1808, John Dalton propôs a teoria do modelo atômico, em que o átomo é uma pequena esfera que é maciça, impenetrável, indestrutível, indivisível e sem carga elétrica. Todos os átomos do mesmo elemento químico são idênticos. Seu modelo atômico foi chamado de modelo atômico da bola de bilhar.

Em 1810, o Novo Sistema de Filosofia Química foi publicado. Neste trabalho, foram realizados testes que confirmaram suas observações, como a lei da pressão parcial, denominada Lei de Dalton, sobre, entre outras coisas, a constituição da matéria.

Joseph John Thomson

Quando Joseph John Thomson descobriu uma partícula menor do que qualquer átomo em 1897, o elétron, formulou a teoria de que toda matéria, independentemente de suas propriedades, contém partículas com uma massa muito menor que o átomo de hidrogênio. A princípio ele os chamou de corpúsculos, que mais tarde ficaram conhecidos como elétrons, e acreditavam que era impossível separar as partes sem que uma fissão nuclear fosse serrada no átomo.

A demonstração foi baseada na prova da existência destes corpúsculos nos raios catódicos que foram disparados no tubo a partir de curvas (um tubo contendo vácuo) após a passagem de uma corrente elétrica sob alta voltagem. Através de seus experimentos, Thomson concluiu que a matéria era formada por um modelo atômico que é diferente do modelo atômico de Dalton: o átomo seria uma esfera de carga positiva contendo elétrons de carga negativa uniformemente distribuídos. Tal modelo era conhecido como pudim de passas

Ernest Rutherford

As bases para o desenvolvimento da física nuclear foram colocadas por Ernest Rutherford no desenvolvimento de sua teoria da estrutura atômica. O cientista estudou o comportamento de partículas ou raios-X e a emissão de radioatividade pelo elemento urânio por três anos. Um dos muitos experimentos realizados mostrou o espalhamento de partículas alfa.

Essa foi a base experimental do modelo atômico do chamado átomo nuclear, no qual os elétrons giram em torno de um núcleo. Durante sua pesquisa, Rutherford descobriu que para cada 10.000 partículas alfa aceleradas em uma lâmina de ouro, apenas uma se desvia ou reflete de sua trajetória. A conclusão foi que o raio de um átomo poderia ser cerca de 10.000 vezes maior que o raio de seu núcleo. Rutherford e Frederick Soddy também descobriram a existência de raios gama e estabeleceram as leis das transições radioativas das séries de tório, actínio e rádio. O modelo atômico de Rutherford ficou conhecido como um modelo planetário por causa de sua similaridade com a formação do sistema solar. Ernest Rutherford propôs em 1911 o modelo do átomo com movimentos planetários. Este modelo foi estudado e aperfeiçoado por Niels Bohr, que acabou por demonstrar a natureza das partículas alfa como núcleos de hélio.

Niels Bohr

A teoria orbital de Rutherford encontrou uma dificuldade teórica resolvida por Niels Bohr.

No momento, temos uma carga elétrica negativa composta de elétrons girando em torno de um núcleo de carga positiva. Este movimento gera uma perda de energia devido à emissão de radiação constante. Em algum momento, os elétrons se aproximam do núcleo em um movimento espiral e caem em si mesmos.

Em 1911, Niels Bohr publicou um artigo demonstrando o comportamento eletrônico dos metais. Ao mesmo tempo, ele foi para Ernest Rutherford para Manchester, na Inglaterra. Lá ele obteve os dados exatos do modelo atômico, o que o ajudaria mais tarde.

Em 1913, Bohr intensificou sua pesquisa para encontrar uma solução teórica, levando em conta as dificuldades do modelo de Rutherford.

Em 1916, Niels Bohr retornou a Copenhague como professor de física. Continuando sua pesquisa sobre o modelo atômico de Rutherford.

Em 1920 ele foi nomeado diretor do Instituto de Física Teórica e desenvolveu um modelo de átomo que combinava a teoria atômica de Rutherford e a teoria da mecânica quântica de Max Planck.

Sua teoria era que quando os elétrons giram em torno de um núcleo central, eles deveriam girar em certas órbitas em níveis excitados. Ele realizou estudos sobre elementos químicos com mais de dois elétrons e concluiu que é uma organização bem definida em orbitais. Ele também descobriu que as propriedades químicas dos elementos eram determinadas pelo orbital mais externo. Louis Victor Pierre Raymondi (sétimo duque de Broglie), no qual cada corpo atômico pode se comportar de duas maneiras, como uma onda e uma partícula.

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