Química - introdução

Estudo da constituição da matéria

Profª. Msc Bárbara Carine Pinheiro da Anunciação

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Hipótese atômica: uma questão filosófica

Afinal, de que matéria primordial, do que realmente é constituído tudo

aquilo que vemos, sentimos e somos?

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Teoria atômica: do átomo filosófico ao átomo modelado

Perspectivas continuístas e descontinuístas: controvérsias na Grécia antiga.

Concepções dos pré-socráticos:

-Thales de Mileto (624 a.C. – 544 a.C.) -Anaxímenes (585 a.C – 525 a.C.)

-Xenófanes de Colofônia (560 a.C. – 476 a.C.)

- Heráclito (540 a.C. – 480 a.C.)

-Empédocles (490 a.C. – 430 a.C.).

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Thales de Mileto (624 a.C. – 544 a.C.) propôs que a água seria a matéria primordial.

Já Anaxímenes (585 a.C – 525 a.C.), pensou de forma similar a Thales de Mileto, porém, adotando o ar como princípio fundamental (MAAR, 2008).


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Xenófanes de Colofônia (560 a.C. – 476 a.C.) propos que a terra seria o princípio originante

Heráclito (540 a.C. – 480 a.C.) afirmava que o fogo era o elemento originante.

Já Empédocles (490 a.C. – 430 a.C.) propusera que todos os quatro elementos eram os constituintes dos objetos e os seres.


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Concepções dos pré-socráticos:

-Leucipo (400 a.C.)

-Demócrito de Abdera (460 a.C -–370 a.C)

-Epicuro (341 a.C. – 270 a.C.)


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- Leucipo (400 a.C.) teve uma ideia que fugia do apelo sensível dos elementos de seus antecessores.

- Ele imaginou que a matéria seria feita de partículas muito pequena. Essas partículas ele denominou de “átomos”, uma palavra que significa, em grego, “não-partes”, “indivisível” (MAAR, 2008).


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-Demócrito de Abdera (460 a.C -–370 a.C), tem o mérito de sistematizar o pensamento de Leucipo, fazendo dele uma verdadeira Hipotese Atômica.

-Epicuro (341 a.C. – 270 a.C.), que adicionou

aos átomos o conceito de peso para justificar o fato de que os objetos caem em direção ao chão.


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-Nesse sentido, é pertinente observar o pensamento de Epicuro. Esse filósofo ficou conhecido como aquele que queria livrar os homens do medo da morte e da ira dos deuses. Ele propunha que não há vida após a morte, de modo que, após o falecimento, os átomos do corpo e da alma se desintegram, sendo entregues ao acaso e chocando-se em colisões aleatórias


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-O poeta-filósofo romano Lucrécio (95 a.C – 55 a.C) propaga o pensamento grego e expõe, em sua famosa obra, “De Rerum Natura”, as ideias atomistas de Demócrito e Epicuro.


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Sob a perspectiva atômica, o universo seria composto de partículas que transitam aleatoriamente e colidem-se no vazio.

Mas de onde teria surgido essa ideia

tão contra intuitiva?


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Um forte pensamento de oposição a concepção atomistica foi desenvolvido por Aristóteles.

Aristóteles (384 a.C – 322 a.C.) desacreditava naquilo que os atomistas tinham como princípio: o vazio, o acaso, e a indivisibilidade da matéria

Sistema cosmológico: mundos sublunar e mundo supralunar


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Com o fim da antiguidade, marcado pelas invasões bárbaras gerando a queda do império romano do ocidente e o início da idade média no final do século V, o pensamento grego ainda continuou a se difundir pela europa (VIANA, 2007).

A Idade Média é caracterizada, no ocidente, pela hegemonia do cristianismo e pelo grande poder sóciopolítico que a Igreja Católica deteve nesse período.


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A igreja optou por estruturar seus ensinamentos em um pensamento de base aristotélica e mostrou aversão quanto a noção de entidades indivisíveis ou de qualquer substância primordial da qual tudo seria formado.


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Como ocorreu com outros ramos da atividade científica, a especulação sobre a composição do universo foi proibida, dado que a “verdade” já

tinha sido descrita por Aristóteles e incorporada ao pensamento cristão

(MAAR, 2008).


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O fato da prevalência do pensamento aristotélico e o rigor da igreja não impediram que alguns filósofos insistissem na ideia de átomos:

- Ockham (1300-1350) e Nicholas de Autrecourt (1299-1369) teceram severas críticas ao pensamento de Aristóteles e postularam que a matéria deveria ser formada a partir de entidades elementares.


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Na linha de pensamento aristotélico o iatroquímico Paracelso (1493-1541) desenvolve a proposta do tria prima (mercúrio, enxofre e sal) e o aplica na medicina, de forma que as doenças seriam um desequilíbrio desses três princípios (MOREIRA, 1997).


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Por volta do século XVI, a Igreja Católica começa a perder espaço e poder no cenário europeu (Renascimento Cultural).

Pensamento dos atomistas: Galileu Galilei (1564-1642), Giordano Bruno (1548-1600) e Pierre Gassendi (1592-1655).


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Esses dois séculos foram marcados por muitas transformações no

pensamento europeu. As bases para a nova concepção

corpuscular da matéria foram então traçadas por Robert Boyle (1627-1691) e por Isaac Newton (1643-1727), que se revelaram atomistas cristãos (OKI, 2009).


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Boyle refuta a ideia dos 4 elementos aristotélicos e do tria prima peracelsiano afirmando que nenhum destes se mantem quando a substância é submetida a análises experimentais (VIANA, 2007).

Modelo corpuscular baseado na prima naturalia.


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Newton, contudo, adotou uma filosofia natural mecânica, que

surpreendentemente, não atribuía a gravidade como força de atração entre as partículas, de forma que considerava que

haveriam forças sim, mas de diferente natureza e que, a nível microscópico, a gravidade não teria efeito (OKI, 2009)


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Para explicar a questão atmosférica Dalton postulou que a matéria é formada por partículas últimas chamadas átomos e que estas partículas são indivisíveis e não podem ser criadas e nem destruidas.

Com isto ele explica a composição da atmosfera gasosa


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Dalton busca dar um caráter quantitativo ao átomo por meio de sua tabela de pesos atômicos

E é nesse contexto, que em 21 de outubro de 1803, Dalton apresenta sua teoria atômica em uma palestra para sete pessoas, a qual seria posteriormente publicada, em seu primeiro livro em 1808 (VIANA, 2007)


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Postulados da teoria atômica de Dalton:

1. Uma substância elementar pode ser subdividida até se conseguir partículas indivisíveis chamadas átomos

2. Os átomos de um mesmo elemento são todos idênticos

3. Os átomos de elementos diferentes têm massas diferentes

4. É impossível criar ou destruir átomo de um elemento

5. A menor porção de um composto é uma molécula


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As ideias de Dalton se difundiram pela Europa de modo a atrair a simpatia de alguns e a oposição de outros a exemplo dos químicos equivalentistas e dos energicistas (OKI, 2009).

Controvérsias do século XIX: o congresso de Karlsruhe

O desenvolvimento da Química Orgânica auxiliou no fortalecimento da teoria atômica


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Modelos atômicos: o átomo tem “tomos”

Com a descoberta da eletricidade e após a tentativa de elaboração de modelos

explicativos para este fenômeno, por volta do século XIX, o físico inglês Joseph John Thomson (1856-1940) também propôs um modelo para o átomo (MOREIRA, 1997).

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O interesse por descargas elétricas em tubos com ar a baixa pressão remonta aos experimentos de Faraday, em 1833.

Já em 1875 W. Crooks idealizou um tubo com vácuo em melhores condições, permitindo estudar com maior facilidade a passagem da corrente elétrica através do vácuo. Essas descargas foram chamadas de raios catódicos (MOREIRA, 1997)


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Raios catódicos (elétrons)



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Havia divergências se os raios catódicos eram uma forma de luz, formados por ondas, ou se seriam partículas que se moviam muito rapidamente.

Em 1897, J. J. Thomson, trabalhando com tubos de alto vácuo, demonstrou a deflexão dos raios catódicos em um campo elétrico, aceitando-se a idéia de que esses raios eram correntes de partículas que transportavam uma carga elétrica negativa.


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Desde as Leis de Faraday pensava-se que a eletricidade podia ser transportada por partículas que Stoney, em 1891, havia sugerido que fossem chamadas de elétrons.

Thomson propõe que o átomo era uma esfera positiva com elétrons uniformimente distribuidos pela sua superfície.

A partir do modelo proposto por Thomson o átomo passa a ter “tomos”


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Pela separação da radiação, concluiu-se que o átomo consistia de entidades neutras, carregadas negativa e positivamente

J. J. Thomson supôs que todas essas espécies carregadas estavam organizadas como uma esfera


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Com o continuo estudo acerca das radiações, ao final do século XIX foram

descobertos os raios X, por Rontgen, e a radioatividade, sendo nomeada por

Becquerel, sendo desenvolvidos estudos por Marie Curie, Pierre Curie, Rutherford e

Sody (MAAR, 2011).


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A radioatividade é um fenômeno que pode ser natural ou artificial, e resulta da emissão de radiação por átomos de alguns elementos químicos na sua forma elementar ou combinada

Este fenômeno não era explicado pelos modelos atômicos existentes naquela época.


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As bases para o desenvolvimento da física nuclear foram lançadas por

Ernest Rutherford (1871 - 1937) ao desenvolver sua teoria sobre a

estrutura atômica.


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O cientista estudou por três anos o comportamento dos feixes de partículas ou raios X, além da emissão de radioatividade pelo elemento Urânio (MAAR, 2011).

Uma das inúmeras experiências realizadas, foi a que demonstrava o espalhamento das partículas alfa.


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O átomo nuclear (Rutherford)

• Fonte de partículas α, colocada na boca de um detector circular, lançando essas partículas através de uma lâmina de ouro

• Maioria das partículas α passavam diretamente através da chapa, sem desvio, mas algumas partículas α eram desviadas em grandes ângulos


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O átomo nuclear• Se a maioria das partículas α passava através de

um pedaço de chapa sem sofrer desvio, a maior parte do átomo devia consistir de carga negativa difusa de massa baixa (o elétron)

• Para que um pequeno número de desvios grandes das partículas α ocorresse, o centro ou núcleo do átomo deveria consistir de uma carga positiva densa


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Rutherford propôs que os elétrons envolviam o núcleo da mesma forma que os planetas giram em torno do Sol

Se uma partícula carregada movendo em uma trajetória circular deve perder energia, significa que o átomo deve

ser instável (modelo de Rutherford)


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A teoria atômica de Rutherford encontrou uma dificuldade teórica resolvida por Niels Bohr em1913.

O problema do colapso atômico!!!


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Baseado na noção de quantização proposta por Planck em 1900, Bohr propõe um modelo atômico com base em postulados que situa os elétrons em órbitas quantizadas (MAAR, 2011).


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1. Somente órbitas de certos raios, correspondendo, a certas energias definidas, são permitidas para os elétrons em um átomo

1. Um elétron em certa órbita permitida tem certa energia específica e está em um estado de energia permitido. Esse elétron não irradiará energia, portanto, não se moverá em forma de espiral em direção ao núcleo

1. A energia só é emitida ou absorvida por um elétron quando ele muda de um estado de energia permitido para outro, na forma de fóton: E = hν


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Modelos atômicos: a perspectiva quântica

Em 1925, De Broglie estendeu a noção de comportamento dual da matéria para os elétrons. O que foi provado posteriormente com experimentos que verificaram a difração do elétron.

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Em 1920. Heisenberg verificou a impossibilidade de determinar com exatidão a posição e a velocidade do elétron, de modo a não ser possível estabelecer a sua trajetória.


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Com o princípio da incerteza de Heisenberg e com a noção dual do átomo o modelo de Bohr não consegue mais dar conta de explicar condição do elétron no átomo (MAAR, 2011).


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Em 1926, Schrodinger propõe uma equação para o cálculo da energia do sistema quântico que incorpora o comportamento ondulatório do elétron.

A partir dessa equação é possível calcular os estados energéticos dos elétrons em função dos seus números quânticos.


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Estas funções de onda (psi) que descrevem o comportamento do elétron são chamadas orbitais.

Por psi não possuir significado fisico, os químicos costumam usar psi quadrado que é interpretado como a região de máxima probabilidade de encontrar o elétron. (interpretação de Max Born, década de 20)


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Assim, podemos inferir que o átomo dos químicos é uma partícula que possui um núcleo com elétrons que se movem nas proximidades deste com uma trajetória não definida, mas com regiões de máxima probabilidade.


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Frequentemente na ciência Química, busca-se criar explicações afim de justificar fenômenos que ocorrem no plano fenomenológico.

Na tentativa de tecer explicações criam-se os modelos

Modelos atômicos: discussões relevantes para o Ensino de Química

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Em ciência devemos considerar modelos não só como representações de objetos, mas também de eventos, processos ou idéias

(Gilbert and Boulter, 1995)


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Os modelos surgem primeiro em nossa mente, podendo ser expressos, podendo ainda tornarem-se consenso e serem ensinados.

Desta forma temos os modelos: mentais, expressos, consensuais, científicos e de ensino.


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Como os modelos são representações trazidas pela mente humana , cada indivíduo pode criar (sozinho ou em grupo) uma representação de uma dada realidade, essa representação é chamada de modelo mental.

Na tentativa de expressar os modelos mentais são criados os modelos expressos (Gilbert and Boulter,1995).


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Os modelos expressos que são aceitos socialmente são chamados modelos consensuais (Gilbert and Boulter,1995).

Os modelos expressos que são aceitos socialmente após testes pelos cientistas são chamados modelos científicos (Gilbert and Boulter,1995)


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Na tentativa de facilitar o aprendizado de ciências são desenvolvidos modelos de ensino (Gilbert and Boulter,1995)

De acordo com Monteiro & Justi (2000) as analogias são modelos de ensino largamente utilizados por professores e autores de livros texto de Química


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Referências

MAAR, J. História da Química - Parte 1 - dos Primórdios a Lavoisier, Florianópolis: Conceito Editorial, 2008.

MAAR, J. História da Química - Segunda Parte: De Lavoisier ao Sistema Atômico, Florianópolis: Papa-Livro, 2011.

MOREIRA, I. “Conferência Nobel de Thomson sobre a descoberta do elétron,” Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 19, n. 3, pp. 299-307, 1997.

OKI, M. “Controvérsias sobre o atomismo no século XIX,” Química Nova, vol. 32, n. 4, pp. 1072-1082, 2009.

VIANA, H. A Construção da teoria atômica de Dalton como estudo de caso - e algumas reflexões para o ensino de química, São Paulo: Dissertação de Mestrado - USP, 2007.

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