Modelos Atómicos

Os vários Modelos Atómicos que foram aparecendo, sofreram evolução ao longo da história da Físico-química.

1.    Modelo atómico de Dalton

Inicio séc. XIX.

Responsável: John Dalton, Professor da Universidade inglesa New College de Manchester

Teoria:

Segundo Dalton:

A matéria é formada por partículas muito pequenas designadas átomos.

Átomos de um mesmo elemento possuem propriedades iguais.

Átomos de elementos diferentes possuem propriedades diferentes.

Os átomos são indivisíveis e indestrutíveis.

Os átomos de diferentes elementos combinam-se entre si formando compostos.

Em 1808, Dalton propôs a teoria do modelo atómico, onde o átomo é uma minúscula esfera maciça, impenetrável, indestrutível e indivisível. Todos os átomos de um mesmo elemento químico são idênticos.

2.    Modelo atómico de Thomson

Finais séc. XIX.

Responsável: Joseph John Thomson, Professor britânico de física, Nobel da Física em 1906 pela descoberta dos eletrões.

Teoria:

O modelo atómico de Thomson foi baseado em experiências com tubos de raios catódicos, na qual foram estudadas descargas elétricas através de um tubo que continha gás rarefeito (em baixa pressão) e na qual se observava no interior uma fluorescência esverdeada, que era independente da natureza do gás e do metal que formava os elétrodos. Essa fluorescência resultava de partículas com carga elétrica negativa, que vinham do cátodo (elétrodo positivo), que chocavam no vidro do tubo e que se designaram por eletrões.

 

Neste modelo, o átomo é composto de eletrões (negativos) embebidos numa sopa de carga positiva. Acreditava-se que os eletrões distribuíam-se uniformemente no átomo. O número de eletrões é tal que torna o átomo eletricamente neutro. O modelo é conhecido como "o do bolo de passas".

3.    Modelo atómico de Rutherford

Inicio séc. XX.

Responsável: Ernest Rutherford, Neozelandês, Professor da Universidade inglesa Manchester

Teoria:

As bases para o desenvolvimento da física nuclear foram lançadas por Ernest Rutherford ao desenvolver a sua teoria sobre a estrutura atómica. O cientista ao estudar as radiações do urânio, descobriu que elas eram de pelo menos duas naturezas diferentes, pois o feixe dividia-se ao passar por um campo magnético e cada parte seguia então, o sentido oposto ao da outra. Propôs que elas fossem designadas como radiação alfa e radiação beta, denominações que se mantêm ainda hoje. O fato de serem sensíveis à acção magnética sugeria que essas radiações fossem constituídas por feixes de partículas carregadas eletricamente, uma pista fundamental para estudos posteriores.

Em 1908, Rutherford realizou uma famosa experiência, na qual bombardeou com partículas alfa (positivas) uma folha de ouro delgadíssima. Verificou que a grande maioria das partículas atravessava a folha sem se desviar, mas algumas eram desviadas, chegando mesmo a voltar para trás. Concluiu, com base nessas observações e em cálculos, que os átomos de ouro e por extensão, quaisquer átomos, eram estruturas praticamente vazias e não esferas maciças. Numa minúscula região de seu interior estaria concentrada toda a carga positiva, responsável pelo desvio de um pequeno número de partículas alfa. Distantes dessa região (núcleo) circulariam os eletrões.

Esta foi a base experimental do modelo atómico chamado modelo nuclear onde electrões orbitavam em torno de um núcleo.

O modelo atómico de Rutherford ficou conhecido como modelo planetário, pela sua semelhança com a formação do Sistema Solar, com uma zona central- o núcleo- com carga positiva e uma zona á sua volta, com carga negativa- a nuvem electrónica.

4.    Modelo atómico de Bohr

Inicio séc. XX.

Responsável: Niels Henrik David Bohr,  trabalhou no Laboratório do Professor Rutherford, em Manchester.

Teoria:

A teoria orbital de Rutherford encontrou uma dificuldade teórica resolvida por Niels Bohr: Uma carga negativa, colocada em movimento ao redor de uma carga positiva estacionária, adquire movimento espiralado em direção à carga positiva acabando por colidir com ela e uma carga negativa em movimento irradia (perde) energia constantemente, emitindo radiação. Porém sabe-se que o átomo no seu estado normal não emite radiação.

Em 1913, Bohr  estudando o átomo de hidrogénio, conseguiu formular um novo modelo atómico. Concluiu que o eletrão do átomo não emitia radiações enquanto permanecesse na mesma órbita, emitindo-as apenas quando se desloca de um nível de maior energia (órbita mais distante do núcleo) para outro de menor energia (órbita menos distante). A transição de uma órbita para a outra seria feita por saltos pois, ao absorver energia, o eletrão saltaria para uma órbita mais externa e ao emiti-la, passaria para outra mais interna. Os eletrões tendem a ter a menor energia possível - estado fundamental do átomo.

5.    Modelo da Nuvem Electrónica

Inicio séc. XX.

Responsáveis: Erwin Schrödinger, Louis Victor de Broglie e Werner Heisenberg.

Teoria:

Reunindo os conhecimentos dos outros modelos, acabaram por desenvolver uma nova teoria do modelo atómico, além de postular uma nova visão, chamada de mecânica ondulatória.

Louis Broglie sugeriu que “todo corpúsculo atómico pode comportar-se como onda e como partícula”. Podemos determinar o comprimento de onda e energia de um eletrão, mas não se consegue dizer exatamente onde este se encontra.

Por isso, Werner Heisenberg enunciou o Principio da Incerteza, em que “não é possível determinar a posição e a velocidade de um eletrão, simultaneamente, num mesmo instante”.

Erwin Schrödinger, devido à impossibilidade de calcular a posição exata de um elétrão na eletrosfera, desenvolveu uma equação de ondas (muito complexa), que permitia determinar a probabilidade de encontrarmos o elétrão numa dada região do espaço.  Assim, temos que a região do espaço onde é máxima a probabilidade de encontrarmos o elétrão é chamada de orbital.

Atualmente, o átomo é concebido como um núcleo rodeado de eletrões movendo-se a grande velocidade em regiões circundantes, correspondentes a determinado valor energético, a que chamamos orbitais. A definição de orbital limita-a à região do espaço em que o eletrão ou par de eletrões pode ser encontrado 90 a 95% do tempo, modelando a forma da orbital. A distribuição dos eletrões nas orbitais faz-se segundo regras próprias. Por norma conforme aumenta o número atómico, e o número de eletrões a distribuir, a estrutura tende a complicar-se.

A nuvem atómica é uma estrutura tridimensional que resulta da fusão das formas próprias das orbitais ocupadas e das suas interações. Corresponde a uma porção do espaço, à volta do núcleo, onde os eletrões se movem.

No núcleo há partículas com carga positiva, que são os protões e partículas sem carga elétrica, designadas por neutrões, sendo a massa dos dois, equivalentes entre si, estando assim a massa do átomo concentrada no seu núcleo.  A carga do núcleo é positiva e com valor igual ao numero de protões que o constituem. A nuvem eletrónica tem carga negativa que tem o valor igual ao numero de eletrões que a constituem, sendo responsável pelo tamanho do átomo. 

                                                                           

 A estrutura eletrónica do átomo é determinante no estudo químico por assumir importância na explicação do comportamento químico, desde a ligação molecular até ao mecanismo de processos químicos.