Modelos Atômicos

Dos Gregos a Rutherford

Prof. Italo Mammini Filho

ATOMÍSTICA

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Existe um material básico do qual tudo é feito?

“A água é a origem de todas as coisas”. Tales (624 – 548 a.C.)

“O ar é a substância básica que forma tudo”. Anaxímenes (550 – 526 a.C.)

Água é ar comprimido.

Se mais comprimido ainda, é terra.

Fogo é ar rarefeito.

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“Existem quatro elementos básicos na natureza”. Empédocles (492 – 432 a.C.)

“Frio, quente, úmido, seco”. Aristóteles (384 – 322 a.C.)

seco + frio

seco + quente

úmido + frio

úmido + quente

Transmutação

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“Se dividirmos a matéria continuamente, chegaremos a um ponto em que a divisão não é mais possível”.

ÁTOMOS

Eternos!Invisíveis!

Imutáveis! Demócrito (460 – 370 a.C.)

Leucipo (460 - ? a.C.)

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Muito tempo depois...

“O ar é formado por partículas que podem ser comprimidas”.

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“Numa reação química em sistema fechado, a massa total dos reagentes é igual à massa total dos produtos”.

Antoine Laurent Lavoisier (1743 – 1794)

“As substâncias químicas têm uma composição definida”.

Joseph Louis Proust (1754 – 1826)

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Criando um modelo...

John Dalton (1766 – 1844)

“Toda a matéria é formada por átomos, que não podem ser criados ou destruídos durante uma transformação química”.

“Todos os átomos de um mesmo elemento são iguais entre si”.

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“As transformações químicas consistem em combinação, separação ou rearranjo dos átomos”.

“Compostos químicos são formados por dois ou mais elementos combinados em proporção fixa”.

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Hidrogênio

Nitrogênio Carbono OxigênioEnxofre

Água

Amônia

Óxido Nitroso

Ácido Sulfúrico

Anotações de Dalton

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Entra em cena a eletricidade...

Em 1786...

... Luigi Galvani observa a “eletricidade animal”.

E, em 1800...

... Alessandro Volta desenvolve a pilha.

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“Há indícios de que os átomos possam ser constituídos por partículas ainda menores”.

Estudando tubos com gases rarefeitos (baixa pressão), submetidos a altas tensões elétricas...

... William Crookes acreditou ter encontrado um quarto estado da matéria, ao qual ele chamou de “matéria radiante”.

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Com pressões próximas à atmosférica nada é observado no interior do tubo, mas quando gás é retirado ...

... e se a pressão é reduzida ainda mais, a extremidade oposta do tubo em relação ao cátodo emite uma incandescência esverdeada.

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Tais resultados foram observados qualquer que fosse o gás e o metal que constituía os eletrodos.

“Alguma coisa deixa o cátodo e viaja em direção ao ânodo”.

Os “raios ” são um fluxo de minúsculas partículas que, emitidas do cátodo, viajam em linha reta.

(J.J. Thomson, em 1887)

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Essas partículas estão presentes em toda a matéria e possuem carga negativa.

Também são dotadas de momento, ou seja, têm massa e velocidade.

Tais partículas foram chamadas de elétrons.

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Em 1908, Robert Millikan determina a carga de um elétron.

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Os raios-X chocavam-se com os elétrons das moléculas do ar que circulava as gotículas de óleo, e essas poderiam capturá-los.

Ajustando a carga necessária para interromper a queda de uma única gotícula...

... seria possível descobrir a carga dessa gotícula...

... que seria um múltiplo inteiro da carga de um elétron!

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Assim, Millikan foi capaz de calcular a carga de um elétron: - 1,6 x 10-19 C

Como Thomson já havia demonstrado que a razão entre a carga e a massa do elétron é constante...

... Millikan também calculou a massa de um elétron:

9,1 x 10-28 g

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Então, se os elétrons são negativos e a matéria é eletricamente neutra...

Em 1886, usando um tubo de Crookes modificado, no qual o cátodo possuía uma fenda e estava localizado próximo ao meio do tubo...

...Goldstein observou um fluxo incandescente, que parecia começar na fenda e mover-se em direção ao ânodo.

E constatou que os “raios canais” consistiam de partículas carregadas positivamente, apesar de não serem iguais entre si (como os raios catódicos).

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O átomo de J. J. Thomson

Em 1898, Thomson sugeriu que um átomo poderia ser uma esfera carregada positivamente, na qual alguns elétrons estariam “incrustados”.

Esse modelo, já proposto por Willian Thomson (Lord Kelvin), ficou conhecido como “modelo do pudim de passas”.

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Em 1890, descobriu-se que certos elementos emitem radiação de alta energia: partículas alfa (), beta () e raios gama ()

As partículas alfa () são carregadas positivamente e possuem massa muito maior que a de um elétron. (aproximadamente 7.300 vezes)

O que deve acontecer se um feixe de partículas alfa incidir sobre uma fina folha de um metal (ou mesmo de papel)?

Ernest Rutherford (1871 – 1937)

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Usando um anteparo revestido por sulfeto de zinco (forma-se um clarão quando ele é atingido por partículas alfa), foi feito o experimento...

O que era esperado...

... e o que foi obtido.

Uma interpretação:

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Esquematicamente:

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Por que algumas partículas alfa desviaram e por que alguns dos ângulos medidos foram tão grandes?

Se o modelo de Thomson fosse correto, deveria ser observado:

Mas o que foi realmente observado...

Poucas partículas poderiam sofrer pequenos desvios.

Um número maior do que o esperado sofreu grande desvio de trajetória (algumas com ângulos acima de 90°).

“Deve haver uma pequena região que concentra a carga positiva e a maior parte da massa do átomo”.

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Nesse ponto, Rutherford retomou uma idéia proposta em 1904 pelo físico japonês H. Nagaoka:

“O átomo deve ser composto por um pequeno núcleo carregado positivamente (e que concentra quase toda a sua massa), com os elétrons distribuídos em um grande volume ao redor desse núcleo”.MODELO PLANETÁRIO

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O modelo atual de átomo, apesar de bem diferente, está baseado no de Rutherford:

Partículas Constituintes do Átomo:

Fundamentais, pois há dezenas delas.

Massa Relativa Carga Relativa

PRÓTON 1 + 1

NÊUTRON 1

0

ELÉTRON 1 / 1836 - 1

Rutherford (1914)Chadwick (1932)

Thomson (1897)

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Apenas por curiosidade...

Próton = 2 quarks “up” e 1 “down” Dimensões

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NÚMERO ATÔMICO (Z): é o número de prótons que um átomo possui.

NÚMERO DE MASSA (A): representa a massa aproximada de um átomo.

A = Z + N

Em que “N” é o número de nêutrons.

(ou Número de Moseley)

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Para um átomo neutro, os números de prótons (+) e elétrons (-) são iguais.

ÁTOMO NEUTRO

perde elétron(s):

ganha elétron(s):

íon positivo (CÁTION)

íon negativo (ÂNION)

Michael Faraday (1791 – 1867)

Pb82

208 4 +

A

Z

carga do íon

símbolo do elemento

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ISÓTOPOS: (“mesmo lugar”)

1H

1H

1

2H

1

3

prótio deutério trítioISÓBAROS:

Ca40

K40

19 20ISÓTONOS:

H1

3

He2

4

ISOELETRÔNICOS:

F9

1 -Ne10 Na

11

1 +(3 – 1) = (4 –2)

(9 + 1) = 10 = (11 – 1)