Prof. Nicodemos

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MODELOS ATÔMICOS

aula 5

A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

Demócrito

Átomo Demócrito

(460 – 370 A.C.)

Defendeu a idéia de que a matéria era

composta por pequeníssimas partículas.

Modelo baseado apenas na intuição e na lógica.

Modelo proposto por Demócrito:

• Toda a matéria é constituída por átomos

e (não era compacta)

• Os átomos encontram-se em constante

movimento;

• Universo constituído por um número

infinito de átomos, indivisíveis e eternos;

Aristóteles

Aristóteles

(384 a.C. - 322 a.C.)

Modelo de Demócrito foi rejeitado por um dos maiores filósofos de todos os tempos – Aristóteles.

O Modelo de Demócrito permaneceu na sombra durante mais de 20 séculos.

Ar Água

Terra Fogo

Aristóteles acreditava que a matéria era contínua e composta por quatro elementos:

No final do século XVIII, a Química se firma como “ciência”, principalmente devido aos experimentos e observações de cientistas, como Lavoisier, Proust e Dalton. Esses experimentos foram realizados com base nas observações das massas das substâncias que participavam dos fenômenos químicos.

Num sistema fechado, a massa total das substâncias, antes da transformação química, é igual à massa total após a transformação.

“Na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma.”

Independentemente da origem de uma determinada substância pura, ela é sempre formada pelos mesmos elementos químicos, combinados entre si na mesma proporção em massa.

Dalton (1808) Séc. XIX – Dalton “ressuscita” A Teoria Atômica.

John Dalton

(1776 – 1844)

Na segunda metade do séc. XVIII, a Química sofreu uma grande evolução.

Certos fatos não podiam ser explicados pela teoria de Aristóteles, como a Lei de Lavoisier: “A massa dos reagentes é igual à massa dos produtos”.

Para explicar estes fatos Jonh Dalton propôs, em 1807, o seu modelo atômico.

• Tudo que existe na natureza é composto por diminutas partículas denominadas átomos; • Os átomos são indivisíveis e indestrutíveis; • Existe um número pequeno de átomos diferentes na natureza; • Reunindo átomos iguais ou diferentes nas variadas proporções, podemos formar todas as substâncias do universo conhecidas;

Modelo proposto por Dalton: • O átomo era uma esfera rígida e indivisível (modelo da Bola de Bilhar)

Os átomos do mesmo elemento são iguais entre si – têm a mesma massa

RADIOATIVIDADE

• A radioatividade foi descoberta no século XIX. Até esse momento predominava a ideia de que os átomos eram as menores partículas da matéria. Com a descoberta da radiação, os cientistas constataram a existência de partículas ainda menores que o átomo, tais como: próton, nêutron, elétron. Vamos rever um pouco dessa história?

RADIOATIVIDADE (sec XIX) Os estudos de Becquerel (1896) e do casal

Curie (1897) levaram à descoberta da radioatividade e de estranhos elementos que emitiam energia de origem desconhecida

A descoberta da primeira partícula

subatômica: o elétron

J. J. Thomson

(1856 - 1940)

Thomson realizou uma série de experiências utilizando um tubo de raios catódicos (tubo semelhante aos tubos existentes no interior dos televisores).

Neste tubo, eram efetuadas descargas elétricas através de um gás rarefeito.

Tubo de raios catódicos

Raios catódicos são corpusculares, pois quando interceptam um molinete de mica, este entra em rotação. Raios catódicos são constituídos de partículas com carga elétrica, pois são desviados por um campo elétrico e magnético e, pelo sentido do desvio, as partículas são negativas sendo denominadas de elétrons.

Conclusões:

Em 1897 Thomson propõe novo modelo:

Ao estudar as descargas no interior deste aparelho, Thomson, descobriu o elétron.

A descarga emitida tinha carga elétrica negativa

Thomson provou que os elétrons eram corpúsculos, dotados de carga elétrica e de massa, que fazem parte de toda a matéria.

Observava-se uma fluorescência esverdeada devido à existência de partículas de carga negativa que saem dos átomos do cátodo.

Elétrons (partículas com carga elétrica

negativa)

Esfera com carga elétrica positiva

Modelo proposto por Thomson:

O átomo era uma esfera maciça de carga elétrica positiva, estando os elétrons dispersos na esfera.

O número de elétrons seria tal que a carga total do átomo seria zero.

A descoberta da segunda partícula subatômica: o próton

Ernest Rutherford

(1871 - 1937)

Cientista neozelandês, estudou com J.J. Thomson.

Em 1908 realizou uma experiência que lhe permitiu propor um novo modelo atômico.

Experiência de Rutherford

Para verificar se os átomos eram maciço,Rutherford bombadeou uma finíssima lâmina de ouro(0,001cm) com particulas alfa(α) positiva,emitidas por um material radioativo.

As observações feitas durante o experimento levaram Rutheford a tirar uma série de conclusões:

Experiência de Rutherford

As observações feitas durante o experimento levaram Rutheford a tirar uma série de conclusões:

Experiência de Rutherford

Observações Conclusões

1-A maioria das partículas α atravessava a lâmina sem sofre desvios.

A maior parte do átomo deve ser vazio.Nesse espaço (eletrosfera) devem estar localizados os elétrons .

2-Poucas partículas α( 1 em 20000) não atravessavam a lâmina e voltavam.

Deve existir no átomo uma pequena região onde está concentrada sua massa( o núcleo).

3-Algumas partículas α sofriam desvios de trajetória ao atravessar a lâmina de ouro .

O núcleo do átomo deve ser positivo, o que provoca uma repulsão nas partículas α (positivas).

Resultados previstos segundo o modelo de Thomson:

Resultados obtidos:

As partículas α deveriam atravessar

as folhas de ouro sem sofrer desvios.

A maior parte das partículas α comportava-se como esperado, mas um

significativo número delas sofria desvios acentuados.

● ●

● ●

● ● ●

Experiência de Rutherford

Resultados da experiência de Rutherford Partículas α

Existe, no interior do átomo, uma região central positiva – o núcleo, que exerce fortes forças repulsivas sobre as partículas alfa.

Modelo proposto por Rutherford (1911):

O átomo é uma estrutura praticamente vazia, e não uma esfera maciça; É constituído por: • Núcleo muito pequeno com a carga positiva, onde se concentra quase toda a massa do átomo.

• Elétrons com carga negativa movendo-se em volta do núcleo.

O átomo seria um sistema semelhante ao sistema solar.

Modelo Planetário

A descoberta da terceira partícula subatômica: o nêutron

• Percebeu-se que no núcleo poderia ter mais de 1 próton

• Comprometeria a estabilidade do núcleo (forças de repulsão muito fortes).

• Rutherford admitiu que existia no núcleo partículas semelhantes aos prótons, porém sem cargas

• Chadwick (1932) descobriu os nêutrons

• Os nêutrons serviriam para diminuir a repulsão entre os prótons (maior estabilidade no núcleo)

Velódromo:

o ciclista

pode ocupar

qualquer

parte da

pista.

O modelo atômico

planetário: elétrons

giram ao redor do núcleo,

podendo ocupar qualquer

órbita existente.

Niels Bohr (1913)

Niels Bohr

(1885 - 1962)

Niels Bohr trabalhou com Thomson, e posteriormente com Rutherford.

Tendo continuado o trabalho destes dois físicos, aperfeiçoou, em 1913, o modelo atômico de Rutherford.

modelo de Rutherford era incompatível com algumas das teorias da Física ...

... uma partícula

carregada movendo

em uma trajetória

circular deve perder

energia

1º Postulado: A eletrosfera do átomo está dividida em

regiões denominadas níveis ou camadas, onde os

elétrons descrevem órbitas circulares estacionárias, de

modo a ter uma energia constante, ou seja, sem

emitirem nem absorverem energia.

Modelo Atômico de Bohr

2º Postulado: Fornecendo energia (térmica, elétrica,...) a

um átomo, um ou mais elétrons a absorvem e saltam

para níveis mais afastados do núcleo (mais

energéticos). Ao voltarem ás suas órbitas originais,

devolvem a energia absorvida em forma de luz (fóton).

Modelo de Bohr

K L M N O P Q

) ) ) ) ) ) ) Núcleo Eletrosfera

Efeito Fotoelétrico

) ) ) Fóton

“Modelo com Níveis de energia” (1913)

Modelo de Bohr

Niels Bohr

SALTO QUÂNTICO

MODELO ATÔMICO DE CLÁSSICO

Algumas características físicas das partículas atômicas fundamentais:

LUZ É uma onda eletromagnética que se propaga no vácuo e possui é um perturbações oscilantes dentro do campo visível do olho humano.

Exemplos:

Ondas do mar, Som, Onda sísmica, Luz, Ondas de rádio, Raio

X.

v = . f

v: velocidade

: comprimento de onda

f: freqüência

Espectro da Luz

Se a luz de uma lâmpada comum atravessa um prisma, ela será decomposta em varias cores, obtemos assim o espectro da luz visível:

Espectro da Luz

O ESPECTRO DISCRETO - Emissão

n = 3

n = 2

n = 1

Um elétron que ganha energia e se

encontra em um nível de energia

n = 3. Ele emite uma onda

eletromagnética, perdendo energia e

volta para o nível n = 1.

h

EE 13

Esta onda não tem

uma freqüência

qualquer, mas

n = 3

n = 2

n = 1

Devido aos diferentes níveis de

energia, há possibilidades de diferentes

transições. Assim, o elétron pode saltar

de n = 3 direto para n = 1, ou ir de n = 3

para n = 2 e depois de n = 2 para n = 1.

Cada transição implica

numa emissão com freqüência

diferente. Isso explica o

surgimento das linhas no

espectro discreto dos

elementos. Note que cada

transição corresponde a uma

cor no espectro abaixo.

Também este modelo apresentava algumas falhas...

Este modelo adequa-se muito bem a átomos com apenas um elétron, falhando para átomos com vários electrões;

Este modelo também não explica a interação entre vários átomos.

No entanto, ainda é o modelo mental utilizado por muitos cientistas, visto ser de fácil visualização.

(UFSC) A palavra átomo é originária do grego e significa indivisível, ou seja, segundo os

filósofos gregos, o átomo seria a menor partícula da matéria que não poderia ser mais

dividida. Atualmente essa idéia não é mais aceita. A respeito dos átomos, é verdadeiro

afirmar que:

01. não podem ser desintegrados

02. são formados por, pelo menos, três partículas fundamentais

04. possuem partículas positivas denominadas elétrons

08. apresentam duas regiões distintas, o núcleo e a eletrosfera

16. apresentam elétrons, cuja carga elétrica é negativa

32. contêm partículas sem carga elétrica, os nêutrons

Resolução São falsas as afirmações 01 e 04. Os átomos podem ser fragmentados em partículas menores. Os elétrons possuem carga negativa.

(UFSC) Na famosa experiência de Rutherford, no início do século XX, com a

lâmina de ouro, o(s) fato(s) que (isoladamente ou em conjunto) indicava(m) o

átomo possuir um núcleo pequeno e positivo foi(foram)

01. As partículas alfa teriam cargas negativas

02. Ao atravessar a lâmina, uma maioria de partículas alfa sofreria desvio de sua

trajetória.

04. Um grande número de partículas alfa não atravessaria a lâmina

08. Um pequeno número de partículas alfa atravessando a lâmina sofreria desvio

de sua trajetória

16. A maioria das partículas alfa atravessaria os átomos da lâmina sem sofrer

desvio de sua trajetória.

Indique as corretas.

Estão corretas as afirmativas 08 e 16.

(UFMG) Dalton, Rutherford e Bohr propuseram, em diferentes épocas, modelos

atômicos. Algumas características desses modelos são apresentadas abaixo:

modelo I: Núcleo atômico denso, com carga positiva. Elétrons em órbitas circulares.

modelo II: Átomos maciços e indivisíveis.

modelo III: Núcleo atômico denso, com carga elétrica positiva. Elétrons em órbitas

circulares de energia quantizada.

A associação modelo/cientista correta é:

a) I/Bohr , II/Dalton , III/Rutherford

b) I/Dalton , II/Bohr , III/Rutherford

c) I/Dalton , II/Rutherford , III/Bohr

d) I/Rutherford , II/Bohr , III/Dalton

e) I/Rutherford , II/Dalton , III/Bohr

Resolução:A alternativa correta é a e.

(ITA) Considerando a experiência de Rutherford, assinale a alternativa falsa:

a) A experiência consistiu em bombardear películas metálicas delgadas com

partículas alfa.

b) Algumas partículas alfa foram desviadas do seu trajeto devido à repulsão exercida

pelo núcleo positivo do metal.

c) Observando o espalhamento das partículas alfa, Rutherford concluiu que o átomo

tem densidade uniforme.

d) Essa experiência permitiu descobrir o núcleo atômico e seu tamanho relativo.

e) Rutherford sabia antecipadamente que as partículas alfa eram carregadas

positivamente.

A alternativa falsa é a c.

(Fuvest) Há exatos 100 anos, J.J. 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

Alternativa b.

Aponte em cada modelo a seguir as características que

contrariam a proposta de modelo atômico atual: o átomo

constituído de núcleo e eletrosfera, considerando as partículas

subatômicas: prótons, nêutrons e elétrons.

I. Átomo dos gregos Demócrito de Abdera (420 a.C.) e Leucipo

(450 a.C.): a matéria era composta por pequenas partículas que

receberam a denominação de átomo (do grego átomo =

indivisível).

II. Átomo de Dalton: uma esfera maciça, homogênea, indivisível,

indestrutível e eletricamente neutra.

III. Átomo de Thomson: o átomo como uma pequena esfera

positiva impregnada de partículas negativas, os elétrons.

IV. Átomo de Rutherford: o átomo consiste em um núcleo

pequeno que compreende toda a carga positiva e praticamente a

massa do átomo, e também de uma região extranuclear, que é

um espaço vazio onde só existem elétrons distribuídos.

Resposta Questão 1

I - Esse modelo é um modelo filosófico (sem base

científica), onde o átomo não tem forma definida e não

possui núcleo.

II - Os átomos não podem ser maciços, mas, ao

contrário, possuem um grande espaço vazio que

comportam elétrons, estes giram ao redor do núcleo.

III - Os elétrons não se encontram fixos no átomo, eles

se movimentam na eletrosfera.

IV - Rutherford conceituou que no núcleo atômico se

encontram partículas (prótons) que têm uma massa

maior que a do elétron, mas se tratando da carga, o

núcleo e o elétron possuem cargas iguais, e de sinais

opostos.

Uma importante contribuição do modelo de Rutherford

foi considerar o átomo constituído de:

a) elétrons mergulhados numa massa homogênea de

carga positiva.

b) uma estrutura altamente compactada de prótons e

elétrons.

c) um núcleo de massa desprezível comparada com a

massa do elétron.

d) uma região central com carga negativa chamada

núcleo.

e) um núcleo muito pequeno de carga positiva, cercada

por elétrons.

Resposta Questão 2

a) (INCORRETA) De acordo com Rutherford, os elétrons

apresentavam carga negativa.

b) (INCORRETA) A estrutura onde se encontrava os

elétrons (eletrosfera) era considerada vazia, e não

compactada.

c) (INCORRETA) O núcleo continha praticamente toda a

massa do átomo, segundo o conceito de Rutherford.

d) (INCORRETA) O experimento permitiu concluir que a

região central (núcleo) possuía carga positiva

A alternativa correta é a letra E.