Aula 3:Concepções Científicas Acerca

do Átomo II

MODELOS ATÔMICOS:DOS GREGOS AOS QUÂNTICOS

Trabalho de Conclusão de MestradoJurandi Leão Santos

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Nessa aula concluiremos o estudo dos principais modelos atômicos antes do advento da mecânica quântica.

Aula 3: Concepções científicas acerca do átomo II

Nagaoka (1766 – 1844) Rutherford (1871 – 1937)

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TEORIA ATÔMICA MOLECULAR DE NAGAOKANo ano em que Thomson discorria em Yale sobre a sua visão do átomo, mais precisamente a 5 de Dezembro de 1903, Hantaro Nagaoka apresentava em Tóquio o “átomo saturniano”.

Tratava-se de um modelo concebido com o propósito de procurar explicar os espectros de linhas e de bandas que, após os trabalhos de Balmer de 1885, eram obtidos cada vez com mais rigor e analisados com maior detalhe.

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TEORIA ATÔMICA MOLECULAR DE NAGAOKA

Nagaoka pensou que a estrutura de um átomo era algo como o planeta Saturno. Em seu modelo, a massa do átomo está toda praticamente concentrada no centro e é carregada positivamente. Os elétrons, de carga negativa, estão dispostos em torno dele, como um anel em Saturno.

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TEORIA ATÔMICA MOLECULAR DE NAGAOKA

Veja o que o próprio Nagaoka diz a respeito:

“A objeção a um tal sistema de elétrons é que ele acabará por atingir o repouso em consequência da perda de energia por radiação, se essa perda não puder ser compensada”. [in Philosophical Magazine 7 (1904) 445]

Este ponto fraco, que também seria encontrado no modelo de Rutherford, só viria a ser resolvido pela Mecânica Quântica.

Qual a limitação básica desse modelo?

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TEORIA ATÔMICA MOLECULAR DE RUTHERFORDCom a ideia de prever a estrutura interna do átomo, Rutherford realizou um experimento para provar que o modelo de seu professor Thomson estava correto.

O experimento consistia, basicamente, em lançar contra uma fina folha de ouro (0,6 mm) um feixe de partículas alfa (que possui uma carga positiva e uma grande quantidade de energia), emitidas por rádio. Observou-se que a grande maioria dos raios alfa atravessavam a lâmina de ouro sem sofrer desvio. Porém, uma quantidade pequena de raios alfa eram desviados segundo um ângulo q, tal que:

0° < q ≤ 180°

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TEORIA ATÔMICA MOLECULAR DE RUTHERFORD

“... esta foi a coisa mais incrível que me aconteceu na vida. Tão incrível como se um projétil, atirado contra um pedaço de papel de seda, voltasse e atingisse quem o atirou...”

(Rutherford)

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TEORIA ATÔMICA MOLECULAR DE RUTHERFORDExplicação para o fenômeno:

1. Praticamente toda a massa do átomo localiza-se numa pequena região central compacta e muito densa, de carga positiva, chamada núcleo.

2. O campo elétrico gerado pelo núcleo é muito intenso e provoca o desvio o dos raios alfa, mediante forças de origem elétrica.

3. O átomo é formado por grandes espaços vazios. Os elétrons, partículas negativas e de massa desprezível, ocupam grande espaço quando giram ao redor do núcleo.

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TEORIA ATÔMICA MOLECULAR DE RUTHERFORDA contagem do número de partículas que atravessavam e que ricocheteavam permitiu fazer uma estimativa de que o raio de um átomo de ouro (núcleo e eletrosfera) é cerca de dez mil vezes maior que o raio do núcleo.

A maioria das partículas alfa atravessa sem desvio

Algumas partículas alfa sofrem desvios

Algumas partículas alfa são ricocheteadas

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TEORIA ATÔMICA MOLECULAR DE RUTHERFORDOs partidários do modelo de Thomson foram supreendidos!!! Analisando o modelo de Thomson, a probabilidade de uma partícula alfa ser desviada era tão baixa que exclui completamente a possibilidade de sua ocorrência.

No modelo de Thomson, as partículas alfa não são desviadas.

No modelo de Rutherford, algumas partículas alfa são desviadas e outras são ricocheteadas.

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TEORIA ATÔMICA MOLECULAR DE RUTHERFORD

Os átomos são feitos de um núcleo (+) e elétrons (-)!

Mas o que impede os elétrons, partículas negativamente carregadas, de serem atraídos para os

núcleos carregados positivamente?

Sem algo para contrariar esta força elétrica, os elétrons seriam atraídos para o centro e o átomo entraria em colapso.

Sim, e agora?!

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TEORIA ATÔMICA MOLECULAR DE RUTHERFORDA saída foi assumir que a força de Coulomb faz o papel da força centrípeta !

2

2

re

2rm

Rutherford finalmente tinha um modelo para o átomo!

Modelo Planetário de Rutherford!

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TEORIA ATÔMICA MOLECULAR DE RUTHERFORD - PROBLEMASO modelo de Rutherford não foi capaz de explicar um fenômeno confirmado pelo Eletromagnetismo de Maxwell: toda carga elétrica acelerada emite radiação. O movimento circular envolve aceleração!No caso no modelo de Rutherford o elétron deveria emitir radiação. Com isso sua energia e, consequentemente, sua velocidade deveriam ser cada vez menor.

O átomo de Rutherford deveria se colapsar!!!

O mesmo motivo pelo qual o modelo de Nagaoka não foi adotado!!!

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O tamanho do átomo de Rutherford deveria encolher devido a emissão da luz pelo elétron. O espectro nesse caso, deveria ser uma faixa de várias frequências.

Problema 1: O tamanho do átomo não pode ser constante

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O modelo de Rutherford prediz um átomo que imite radiação de todas as frequências. Porém, isso não é verdade, pois cada átomo emite e absorve radiação de frequência bem definidas.

Problema 2: O espectro emitido pelo átomo é inexplicável

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A solução para os problemas do modelo de Rutherford foi dada por Niels Bohr, argumentando que a Física Clássica não é útil para descrever de forma consistente os fenômenos em nível atômico. Para estudar o átomo era necessário se valer das leis de uma nova Física, a Física Moderna, desenvolvidas por Max Planck, A. Einstein, Louis de Bröglie, entre outros do time de novos físicos. É uma Física que estudaremos a partir da próxima aula!

TEORIA ATÔMICA MOLECULAR DE RUTHERFORD - SOLUÇÃO

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Atividade 03

a) Resolver os exercícios propostos da aula 03

b) Assistir ao vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=esreyoKP1sc

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Aula 2

BIBLIOGRAFIA- CARUSO, Francisco e OGURI, Vitor. Física Moderna, Origens Clássicas e Fundamentos Quânticos. Rio de Janeiro: Ed. Campus, 2006.

- MARTINS, Jader B. A História do Átomo, de Demócrito aos Quarks. Rio de Janeiro: Editora Ciência Moderna, 2001

- PERUZZO, Francisco M. e CANTO, Eduardo L. Química da Abordagem do Cotidiano. Vol. 1, 4ª Ed. São Paulo: Editora Moderna, 2006.

- SEGRÈ, Emilio. Dos Raios X aos Quarks – Físicos Modernos e Suas Descobertas. Brasília: Editora Universidade de Brasília, 1987.

- TRANSNATIONAL COLLEGE OF LEX. What Is Quantum Mechanics? A Physics Adventure. Boston, 1996.

Disponível em <http://www.trabalhosfeitos.com/ensaios/Atomismo-e-S%C3%B3crates/39657490.html> Acesso em Julho de 2015.

Disponível em <http://www.fullquimica.com/2011/03/teoria-atomica-y-modelos-atomicos.html> Acesso em Julho de 2015.

Disponível em <https://viveraciencia.wordpress.com/2009/06/09/atomo-poesia-memoria-um-lucrecio-perdido-no-livro-de-quimica/> Acesso em Julho de 2015.