Introdução
A busca humana para entender o universo é tão antiga quanto a própria civilização. Desde os tempos antigos, filósofos questionaram a natureza fundamental da realidade, enquanto os cientistas modernos buscam desvendar os segredos do cosmos por meio de experimentos rigorosos e modelos teóricos. Os modelos atômicos, evoluindo ao longo dos séculos, têm sido fundamentais nessa busca, ajudando a desvendar os componentes mais íntimos da matéria. Abordaremos a evolução dos modelos atômicos desde suas origens filosóficas até as complexidades das teorias atômicas modernas, mostrando como eles são cruciais para nossa compreensão do mundo ao nosso redor.
Modelos científicos, fundamentais para a pesquisa e o desenvolvimento em física e química, são representações simplificadas que buscam explicar fenômenos complexos de maneiras acessíveis e testáveis. Eles servem como a espinha dorsal do método científico, sendo constantemente aprimorados por meio de observações e experimentos. Este processo de refinamento e validação é vital para o avanço científico, especialmente em campos onde o objeto de estudo não é diretamente observável, como os átomos.
Teorias filosóficas sobre a natureza da matéria e seus filósofos.
Ainda na antiguidade, surgiram os primeiros conceitos propostos sobre a natureza da matéria. Nesse campo, os filósofos gregos foram os pioneiros. Elaborando as mais diversas teorias para explicar a natureza do mundo e como nós nos relacionamos com ele.
Tales de Mileto (625-547 a.C.) estava tentando encontrar, já em sua época, uma resposta à pergunta que havia sido feita há muito tempo: do que a matéria era composta? Cabe ressaltar que para ele a água era o principal constituinte para ele.
Segundo Anaxímenes (VI a.C.), o ar era o componente principal do universo.
Heráclito (540-480 a.C.) sugeriu que o fogo seria o principal componente.
Empédocles (490-430 a.C.) combinou as teorias anteriores e sugeriu serem três elementos
Os quatro elementos – terra, fogo, ar e água – surgiram da ideia de Aristóteles (IV a.C.).
Contudo, Demócrito (470-360 a.C.) e Leucipo (V a.C.), dois filósofos não muito lembrados, também propuseram uma teoria para explicar à natureza da matéria. Para ambos a matéria não poderia ser dividida indefinidamente; em algum momento da divisão esse limite chegaria e quando esse limite chegasse, as partículas seriam indivisíveis.
Agora, adivinhe o nome dessa partícula? Sim, átomo.
O termo para essa teoria foi o atomismo e essa teoria ficou praticamente esquecida por um longo período.
Teoria atômica moderna
John Dalton
John Dalton, um cientista inglês, publicou um livro em 1808 que apresentou sua teoria sobre a constituição da matéria.
As seguintes hipóteses foram a base do modelo de Dalton.
1. Átomos, os quais são partículas indestrutíveis e indivisíveis, compõem a matéria.
2. Todos os átomos de um elemento químico têm massa e propriedades idênticas. Os átomos de diferentes elementos químicos têm massas e propriedades diferentes.
3. Vários átomos em pequenas razões combinam-se para formar as substâncias.
4. A criação ou a destruição de átomos não são envolvidas nas reações químicas; elas envolvem apenas a combinação, separação e rearranjo de átomos.
John Dalton recuperou a teoria atômica de Demócrito. Porque ele descobriu que as ideias de Aristóteles não podiam explicar as leis ponderais, então ele usou as ideias de Demócrito para explicar essas leis.
Dalton não apenas concordou com as ideias de Demócrito, mas também delineou as características de um átomo:
É esférico, é maciço, não pode ser dividido e não tem cargas (não é eletricamente neutro).
Dalton ainda diferenciava os átomos pelas massas. Ele acreditava que diferentes elementos são formados de maneira distinta.
Joseph John Thomson
Antes de mais nada, a proposição de Thomson era que os elétrons eram um componente fundamental dos átomos. Por isso, ele propôs um modelo baseado nos conhecimentos existentes na época e em suas observações experimentais para descrever o átomo. Sendo de forma esférica, positivamente carregado com elétrons incrustados em sua superfície. Esse modelo tornou-se famoso como pudim de passas.
Esse modelo sugere que, por possuírem elétrons, os quais são suas partículas mais elementares, os átomos não seriam as partículas indivisíveis propostas anteriormente.
Como ele chegou a esses resultados?
Thomson queria saber se esses raios catódicos tinham carga elétrica ou se massa os formava.
A natureza elétrica desses raios foi o foco do estudo inicial de Thomson. Para fazê-lo, aproximou um ímã do tubo. Assim, descobriu que o polo positivo do ímã atraía os raios e o polo negativo os repelia. Desse modo, descobriu que os raios catódicos têm natureza elétrica negativa.
Verificar se os raios catódicos possuíam massa era outra parte do estudo de Thomson. Ele considerou a ideia de que dois corpos não podem estar no mesmo lugar no espaço ao mesmo tempo.
Como resultado, colocou um objeto sólido no tubo e notou que os raios não o atravessavam. Como os raios não atravessam esse objeto sólido, ele concluiu que possuem massa.
Ernest Rutherford
O trabalho dele criou um modelo atômico que permitiu entender a radiação emitida por átomos de rádio, urânio e, do mesmo modo, o polônio. Ele descobriu a radiação alfa e beta como resultado de sua pesquisa.
Rutherford pretendia investigar como as folhas finas de metais reagiam com a radiação alfa. Para isso, ele fez vários experimentos usando partículas de radiação alfa.
Ele bombardeou partículas alfa em uma lâmina de ouro como parte de seu experimento. Rutherford percebeu ao fazer isso que essas partículas, mesmo com massa, atravessavam a lâmina de ouro sem sofrer desvio.
Após repetir esse experimento com cuidado, Rutherford chegou à conclusão de que os espaços vazios permitiam que as partículas alfa atravessassem a lâmina de ouro.
Com base no modelo proposto por Thomson, Rutherford cria uma nova teoria do átomo. Mas para Rutherford, as partículas positivas de um átomo estão localizadas em uma área, enquanto as partículas negativas estão localizadas em outra área.
Assim, surge o “modelo planetário”, nomeado por Rutherford. Decerto, esse modelo mostra que um átomo tem duas partes. Não apenas, o núcleo composto por prótons com carga positiva, e partículas sem carga, chamadas nêutrons, que dariam estabilidade para o acúmulo de cargas positivas; mas também, a segunda parte, que fica ao redor do núcleo, é composta por elétrons que são as partículas carregadas negativamente e denominada eletrosfera.
Implicações e aplicações dos modelos atômicos
Os modelos atômicos têm implicações vastas que transcendem a física teórica, afetando a química, a biologia, bem como, a medicina e a engenharia. Por isso, eles são fundamentais no desenvolvimento de tecnologias, como semicondutores e nanotecnologia, e têm aplicações críticas em tratamentos médicos, como a radioterapia, que utiliza isótopos radioativos para combater o câncer.
Conclusão
Os modelos atômicos são mais do que meras curiosidades científicas; eles são a chave para entender o universo em escala microscópica, assim como, têm aplicações práticas que afetam nossa vida diária. Ao explorar esses modelos, não apenas entendemos nosso mundo em um nível mais profundo, mas também podemos manipular a matéria de maneiras que eram inimagináveis há apenas algumas décadas. Esta jornada através da história dos modelos atômicos nos mostra como a persistência da curiosidade humana e, do mesmo modo, o rigor científico pode expandir os limites do conhecimento e abrir novas fronteiras para o futuro.
Exercícios de 1 a 4 sobre modelos atômicos.
Questão 1
Qual foi a principal contribuição de John Dalton para a teoria atômica?
A) Ele propôs que os átomos poderiam ser divididos.
B) Introduziu a ideia de que átomos de diferentes elementos têm massas diferentes.
C) Sugeriu que todos os átomos têm carga elétrica.
D) Descobriu os elétrons.
E) Negou a existência dos átomos.
Questão 2
O que caracteriza o modelo atômico proposto por Thomson?
A) Átomos como partículas maciças, assim como, indivisíveis.
B) Átomos com um núcleo central positivo e elétrons orbitando.
C) Átomos como esferas positivas com elétrons incrustados.
D) Átomos com núcleos compostos por prótons e nêutrons.
E) Átomos como partículas sem carga elétrica.
Questão 3
Qual experimento foi crucial para Rutherford formular seu modelo atômico?
A) Experimento com gás hidrogênio.
B) Bombardeamento de uma lâmina de ouro com partículas alfa.
C) Observação da trajetória dos elétrons em um campo magnético.
D) Medição da carga do elétron.
E) Experimento com raios-x.
Questão 4
Qual descoberta foi crucial para refutar o modelo de “pudim de passas” de Thomson?
A) A descoberta do nêutron.
B) A existência de níveis de energia quantizados.
C) A deflexão das partículas alfa, demonstrando um núcleo denso.
D) A uniformidade da carga elétrica dos elétrons.
E) A massa relativa dos elétrons em relação aos prótons.
Exercícios de 5 a 8 sobre modelos atômicos.
Questão 5
Como Demócrito influenciou as teorias atômicas modernas?
A) Propôs a divisibilidade infinita da matéria.
B) Introduziu a ideia de que a matéria é composta de átomos indivisíveis.
C) Sugeriu que a matéria é contínua.
D) Desenvolveu a primeira tabela periódica dos elementos.
E) Descobriu a eletricidade estática.
Questão 6
Segundo a teoria atômica de Dalton, qual dos seguintes postulados é incorreto?
A) Átomos não podem ser ou criados, ou destruídos em reações químicas.
B) Átomos de um mesmo elemento são idênticos em tamanho, assim como, em propriedades.
C) Átomos podem ser convertidos em energia.
D) Átomos se combinam em proporções definidas para formar compostos.
E) Diferentes átomos têm diferentes pesos atômicos.
Questão 7
Qual afirmação melhor descreve o modelo atômico de Rutherford?
A) O átomo é uma esfera maciça onde elétrons, assim como prótons, estão misturados uniformemente.
B) O átomo consiste em um núcleo pequeno, denso, bem como, positivo cercado por elétrons.
C) Os elétrons em órbitas fixas dividem o átomo em camadas eletrônicas.
D) O átomo é principalmente espaço vazio sem uma estrutura nuclear definida.
E) O átomo possui um núcleo negativo com prótons orbitando ao redor.
Questão 8
Qual filósofo grego foi um dos primeiros a teorizar que o ar era o componente fundamental do universo?
A) Tales de Mileto
B) Heráclito
C) Anaxímenes
D) Empédocles
Respostas: 1-B, 2-C, 3-B, 4-C, 5-B, 6-C, 7-B, 8-C
