Aula 02 - Evolução dos Modelos Atômicos.pdf
- 1. OBJETIVOS Ao final da aula o aluno deverá ser capaz de: Diferenciar os modelos atômicos de Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr. Perceber que nenhum modelo é definitivo; Reconhecer a natureza elétrica da matéria; Perceber que a partir do modelo atômico de Thomson o átomo não era mais considerado indivisível; Descrever a experiência de Rutherford.
- 2. CONTEXTO HISTÓRICO UM POUCO DA HISTÓRIA DA QUÍMICA O estudo sobre a constituição da matéria nasceu por volta do século V a.C, na Grécia, com as especulações filosóficas de pensadores. Um desses filósofos, de nome Empédocles, imaginou que toda matéria era formada por quatro elementos: água, terra, fogo e ar. Na época, acreditava-se que a união desses símbolos representaria a obra de uma (mente superior), ou seja, toda a natureza seria formada pela combinação desses quatro elementos em diferentes proporções. Por volta de 400 a.C, os Filósofos Leucipo e Demócrito elaboraram conceitos, segundo a qual toda matéria era constituída por pequenas partículas indivisíveis, denominadas ÁTOMOS. Os átomos eram partículas tão pequenas que não podiam ser vistas, idênticas em sua composição, mas diferentes no tamanho e na forma, e diferentes propriedades dos corpos seriam explicadas pelas diferenças de tamanho, forma e movimentos dos átomos.
- 3. MODELO ATÔMICO DE DALTON Dalton (1766 - 1844) Esquema do átomo de Dalton As principais características do modelo atômico de Dalton podem ser resumidas da seguinte forma: I – Os átomos são esféricos, maciços e indivisíveis (bola de bilhar); II – Os átomos de elementos diferentes são esferas com massas e tamanhos diferentes. Átomos de diferentes tamanhos, modelo proposto por Dalton, sendo o menor deles o átomo de hidrogênio. Hidrogênio / Oxigênio / Bromo
- 4. MODELO ATÔMICO DE DALTON Utilizando seu modelo, Dalton estabeleceu os postulados a seguir: Todas as substâncias são constituídas de minúsculas partículas, denominadas átomos. Os átomos não podem ser criados nem destruídos e em uma reação são apenas rearranjados. Cada substância é constituída de um único tipo de átomo. Um conjunto de átomos com as mesmas massas e tamanhos apresentam as mesmas propriedades e constitui um elemento químico. A combinação de átomos de elementos diferentes, numa proporção de números inteiros, origina substâncias diferentes. Todos os átomos de uma mesma substância são idênticos na forma, no tamanho, na massa e nas demais propriedades; átomos de substâncias diferentes possuem forma, tamanho, massa e propriedades diferentes. A massa de um “átomo composto” é igual à soma das massas de todos os “átomos simples” componentes.
- 5. Para Dalton, cada átomo seria uma partícula extremamente pequena, maciça, indivisível e eletricamente neutra. MODELO ATÔMICO DE DALTON
- 6. A DESCOBERTA DO ELÉTRON (e-) Gases muito rarefeitos (isto é, em pressões baixíssimas) em ampolas de vidro, ao serem submetidos a voltagens elevadíssimas, apareceram emissões que foram denominadas RAIOS CATÓDICOS. Quando submetidos a um campo elétrico uniforme e externo, gerado por duas placas paralelas e carregadas, esses raios sempre se desviam na direção e no sentido da placa com carga que positiva, o que prova que os raios catódicos são negativos. Independente do gás o desvio e o mesmo. Concluíram que os raios catódicos (partículas negativas) existem em toda e qualquer matéria. Essas partículas foram denominadas ELÉTRONS.
- 8. MODELO ATÔMICO DE J. J. THOMSON Joseph John Thomson (1856 – 1940). Thomson, trabalhando com raios catódicos, concluiu que eles eram parte integrante de toda espécie de matéria e os denominou elétrons (partículas com cargas negativas), pois estas eram atraídas pelo polo positivo. Modelo atômico de Thomson O modelo atômico de Thomson se assemelha a um “pudim de passas”, pois o modelo propunha que o átomo fosse maciço, esférico, formado por um fluido com carga positiva no qual estavam dispersos os elétrons.
- 9. MODELO ATÔMICO DE J. J. THOMSON Mas havia outros pontos a considerar: As cargas positivas conhecidas, isto é, os raios canais e as partículas alfa, tinham uma massa muito grande em relação à massa dos elétrons. Essa observação experimental levava à conclusão de que a maior parte da massa do átomo era devida às partículas positivas. A matéria é eletricamente neutra e os elétrons possuem carga negativa; logo, o átomo deve possuir o equivalente de elétrons em carga positiva para que a carga total seja nula. A matéria eventualmente adquire carga elétrica. Isso significa que os elétrons não ficam totalmente fixados no átomo, sendo este podendo ser transferido de uma substância para outra. Os átomos NÃO são maciços e indivisíveis, conforme mostra o fenômeno da RADIOATIVIDADE.
- 11. A DESCOBERTA DO PRÓTON (p+) Em 1886, o físico alemão Eugen Goldstein (1850-1930) descobriu um tipo de raio utilizando uma ampola de Crookes modificada. Sub ação de um campo elétrico externo, os raios canais desviam-se em direção à placa negativa. Logo concluíram que essas partículas possuíam carga positiva. Em 1904 Rutherford realizou o mesmo experimento com o gás hidrogênio e detectou a presente de uma partícula ainda menor e positiva recebendo o nome PRÓTON e com uma massa aproximadamente 1836 vezes maior que a massa do elétron. Parte iluminada com acúmulo de partículas com carga positiva.
- 12. Ernest Rutherford (1871 - 1937) Rutherford ficou muito conhecido pelos seus estudos sobre Radioatividade e pela condução de um experimento para verificar se os átomos eram realmente maciços, para isso, bombardeou uma fina folha de ouro com partículas alfa (α) emitidas pelo elemento químico polônio (radioativo), que apresentam carga positiva, como projéteis. Para entender o interior dos átomos Rutherford teve a seguinte imaginação! O MODELO ATÔMICO DE ERNEST RUTHERFORD “Ao atirarmos em um caixote de madeira fechado, cujo o conteúdo desconhecemos, e as balas ricochetearem, não atravessando o caixote, concluiremos que dentro do caixote, terá um material muito maciço, mas se as balas atravessarem, chegaremos a conclusão de que ele deve está vazio, ou contém materiais leves. Porém se parte das balas passar e parte ricochetear, concluiremos que há os dois tipos de materiais dentro do caixote. Quanto mais balas passarem, menos material pesado deve existir em seu interior”.
- 13. O EXPERIMENTO DE RUTHERFORD COM A FOLHA DE OURO Placa circular recoberta internamente com material fluorescente (sulfeto de zinco) Folha de ouro, finíssima com espessura de dez mil átomos, cerca de 0,0001 cm.
- 14. CONCLUSÕES DO EXPERIEMENTO DE RUTHERFORD Após o experimento foi concluído que: A maioria das partículas (α) atravessava a lâmina de ouro sem sofrer desvios e sem provocar alterações na lâmina; Uma pequena quantidade de partículas não atravessava a lâmina era repelida e outras sofriam desvios significativos. Como a maioria das partículas (α) atravessava a lâmina de ouro sem sofrer desvio, a maior parte do átomo deveria ser um vazio. Neste espaço vazio, denominado eletrosfera estariam localizados os elétrons. O ricocheteamento de poucas partículas indica que no átomo deve existir uma pequena região maciça, denominada núcleo, onde estaria concentrada a massa do átomo.
- 15. Como uma minoria sofria desvios significativos em sua trajetória o núcleo do átomo deve ser pequeno e positivo, e como as partículas alfa possuem carga também positiva era repelido pelo núcleo do átomo. Comparando o número de partículas (α) que atravessam a lâmina com o número de partículas que ricocheteiam, o diâmetro do núcleo deve ser de 10000 ou 100000 vezes menor que o diâmetro do átomo. CONCLUSÕES DO EXPERIEMNTO DE RUTHERFORD
- 16. O ÁTOMO DE ERNEST RUTHERFORD MODELO PLANETÁRIO
- 17. A DESCOBERTA DO NÊUTRON (n) Se o núcleo atômico é formado por partículas positivas, por que essas partículas não se repelem e o núcleo não desmorona? A resposta veio em 1932, quando o cientista James Chadwick verificou que o núcleo do elemento berílio radioativo emite partículas sem carga elétrica e de massa praticamente igual a massa dos prótons. Essa partícula foi denominada NÊUTRON. De certa maneira, os nêutrons “isolam” os prótons, evitando suas repulsões e desmoronamento” do núcleo. Representação de um átomo contendo suas partículas básicas. ELÉTRONS CINZA PRÓTONS VERMELHO NÊUTRONS AZUL OBS: Cores fantasias
- 18. Novos estudos foram feitos visando estabelecer as relações entre as massas e as intensidades das cargas elétricas dos prótons, nêutrons e elétrons. AS PARTÍCULAS ELEMENTARES Partícula Massa (relativa) Carga Elétrica (Relativa) Próton 1 + 1 Nêutron 1 0 Elétron (1836 vezes menor que 1)* - 1 *Observe que a massa de um elétron é cerca de 1.836 vezes menor que a de um próton ou de um nêutron. A massa em grama de um único elétron é aproximadamente: 9,1 x 10-28g ou seja, 0,00000000000000000000000000091 g Massa do Próton ≈ 1,67 x 10-24g Massa do Nêutron ≈ 1,67 x 10-24g
- 19. O MODELO ATÔMICO DE ERNEST RUTHERFORD-BOHR O modelo atômico de Rutherford mesmo explicando vários fenômenos da matéria tinha algumas deficiências. De fato, Rutherford foi obrigado a admitir que os elétrons giravam ao redor do núcleo, pois, sem movimento, os elétrons (que são negativos) seriam atraídos pelo núcleo (que é positivo); consequentemente, iriam de encontro ao núcleo, e o átomo se “desmontaria” — mas essa ocorrência nunca foi observada. O elétron partícula negativa perderia energia durante o movimento circular até se chocar com o núcleo positivo.
- 20. MODELO ATÔMICO DE ERNEST RUTHERFORD-BOHR Cada um dessas camadas (níveis), tem um valor determinado de energia; Movendo-se em uma órbita estacionária, o elétron não emite nem absorve energia; Ao receber energia um elétron salta de uma órbita estacionária para outra, nesse sentido dizemos que o elétron foi excitado (seguida de uma transição eletrônica) e quando o elétron volta para a sua camada inicial, ele emite (fóton), ou um quantum de energia. Niels Bohr (1885 – 1962) O cientista dinamarquês Niels Bohr aprimorou, em 1913, o modelo atômico de Rutherford, utilizando a teoria de Max Planck. Em 1900, Planck já havia admitido a hipótese de que a energia não seria emitida de modo contínuo, mas em “pacotes”. A cada “pacote de energia” foi dado o nome de quantum. Surgiram, assim, os chamados postulados de Bohr: Os elétrons se movem ao redor do núcleo em um número limitado de órbitas bem definidas, que são denominadas órbitas estacionárias, camadas ou níveis; (K, L, M...).
- 21. MODELO ATÔMICO DE ERNEST RUTHERFORD-BOHR
- 22. Acompanhando a figura anterior, verifique que: quando o elétron volta da órbita número 4 para a de número 1, ele emite luz de cor azul; da 3 para a 1, produz luz verde; e, da 2 para a 1, produz luz vermelha. O modelo de Bohr explica o fenômeno da luz, cada orbita suporta uma quantidade fixa de elétrons. Assim, ao modelo atômico de Rutherford, corrigido pelas ponderações de Bohr, foi dado o nome de modelo atômico de Rutherford-Bohr (1913). MODELO ATÔMICO DE ERNEST RUTHERFORD-BOHR
- 23. ELEMENTOS E SUAS RESPECTIVAS CORES Fio de Platina Teste da chama
- 24. TESTE DA CHAMA Teste da chama com sódio... com potássio... com estrôncio... com bário... OS FOGOS DE ARTIFÍCIO: Para se ter fogos de artifício coloridos, os fabricantes misturam à pólvora com os elementos químicos apropriados. A cor que um elemento dá aos fogos de artifício é a mesma que ele tem no teste da chama, no momento da explosão, a energia excita os elétrons, quando retornam para a camada inicial, emitem sua luz característica. Para obter a cor laranja, por exemplo, adicionam sódio. Para conseguir o vermelho-carmim, colocam estrôncio. Quando querem o azul-esverdeado, usam o cobre. Desejando o verde, empregam bário.
- 26. Questões comentadas 01. Thomson determinou, pela primeira vez, a relação entre a massa e a carga do elétron, o que pode ser considerado como a descoberta do elétron. É reconhecida como uma contribuição de Thomson ao modelo atômico, a. o átomo ser indivisível. b. a existência de partículas subatômicas. c. os elétrons ocuparem níveis discretos de energia. d. os elétrons girarem em órbitas circulares ao redor do núcleo. e. o átomo possuir um núcleo com carga positiva e uma eletrosfera.
- 27. Questões comentadas 02. Rutherford, ao fazer incidir partículas radioativas em lâmina metálica de ouro, observou que a maioria das partículas atravessava a lâmina, algumas desviavam e poucas refletiam. Identifique, dentre as afirmações a seguir, aquela que não reflete as conclusões de Rutherford sobre o átomo. a. No átomo há grandes espaços vazios. b. No centro do átomo existe um núcleo pequeno e denso. c. O núcleo do átomo tem carga positiva. d. Os átomos são esferas maciças e indestrutíveis. e. Os elétrons giram ao redor do núcleo para equilibrar a carga positiva.
- 28. 03. O átomo, na visão de Thomson, é constituído de: a. níveis e subníveis de energia. b. cargas positivas e negativas. c. núcleo e eletrosfera. d. grandes espaços vazios. e. orbitais. Questões comentadas 04. Com relação à experiência de Rutherford, é errado afirmar: a. que algumas partículas alfa retrocediam ao se chocar contra a película de metal. b. que o núcleo do átomo deveria ser muito pesado. c. que há grandes espaços vazios no átomo. d. que ocorriam desvios de partículas alfa ao atravessarem películas metálicas. e. que os elétrons ocupam orbitas circulares cada qual com determinado nível de energia.
- 29. Questões comentadas 05. O modelo atômico que suscitou a ideia de átomo com estrutura elétrica foi o: a. de Dalton. b. do átomo planetário de Rutherford. c. de Bohr. d. da mecânica ondulatória. e. de Thomson.