Os modelos atômicos são representações teóricas desenvolvidas ao longo da história para descrever a estrutura e o funcionamento dos átomos, que são as unidades básicas constituintes da matéria. Desde a Antiguidade até os dias atuais, cientistas têm proposto diferentes modelos atômicos com base em observações experimentais e teorias da física.
Aqui estão os principais modelos atômicos e suas características:
Modelo Atômico de Dalton (1803)
- Proposto por John Dalton.
- Átomos são esferas indivisíveis e indestrutíveis.
- Cada elemento químico é composto por átomos de mesma massa e propriedades.
- As reações químicas ocorrem por rearranjo dos átomos.
Modelo de Thomson (1897)
- Proposto por J.J. Thomson.
- Átomos são esferas de carga positiva contendo elétrons dispersos como “passas em um pudim” (modelo do pudim de passas).
- Primeira evidência da existência de partículas subatômicas.
- O experimento de J.J. Thomson, realizado em 1897, é conhecido como o experimento da “dispersão de partículas” ou “experiência da ampola de raios catódicos”. Esse experimento foi fundamental para a descoberta do elétron e para a formulação do modelo atômico de Thomson.
Setup Experimental
- Thomson construiu um tubo de vácuo com dois eletrodos: um ânodo e um cátodo.
- Ele aplicou uma alta voltagem entre os dois eletrodos para gerar um feixe de partículas, chamado de “raios catódicos”, que se movia do cátodo para o ânodo.
Observações Iniciais
- Thomson observou que os raios catódicos tinham carga elétrica negativa, pois eram atraídos pelo ânodo, que era positivo.
- Ele também notou que os raios catódicos eram desviados por campos elétricos e magnéticos, o que indicava que eles tinham massa e carga elétrica.
Experimento de Dispersão de Partículas
- Para investigar a natureza das partículas nos raios catódicos, Thomson introduziu uma placa de metal perfurada no tubo de vácuo.
- Quando os raios catódicos atingiam a placa, parte deles passava através dos orifícios na placa, enquanto outros eram desviados em diferentes direções.
Conclusões de Thomson
- Com base na dispersão das partículas, Thomson concluiu que os raios catódicos eram compostos por partículas carregadas negativamente, que ele chamou de “corpúsculos”.
- Ele calculou a relação carga-massa (e/m) desses corpúsculos e descobriu que ela era muito menor do que a de qualquer átomo conhecido na época.
Modelo Atômico de Rutherford (1911)
- Proposto por Ernest Rutherford.
- Baseado em experimentos de espalhamento de partículas alfa por uma folha de ouro.
- De fato, o átomo seria principalmente espaço vazio, com um núcleo denso e carregado positivamente no centro, onde a maior parte da massa está concentrada.
- Elétrons orbitam ao redor do núcleo em órbitas circulares.
Experimento que Rutherford utilizou para chegar em seu modelo:
O experimento de Rutherford, conhecido como o experimento da dispersão alfa, foi conduzido por Ernest Rutherford em 1909. Esse experimento foi fundamental para a descoberta do núcleo atômico e para a formulação do modelo atômico de Rutherford. Aqui está uma explicação do experimento:
Setup Experimental
- Rutherford e sua equipe utilizaram uma fonte de partículas alfa, que são núcleos de hélio com carga positiva, emitidos por um material radioativo, como o polônio.
- Eles direcionaram um feixe de partículas alfa para uma fina folha de ouro, que tinha apenas algumas centenas de átomos de espessura.
Esperado pelo Modelo Atômico de Thomson
Na época, o modelo atômico de Thomson, também conhecido como “modelo do pudim de ameixa”, era amplamente aceito. De acordo com esse modelo, a carga positiva e os elétrons negativos estavam uniformemente distribuídos na esfera do átomo
Observações Inesperadas
- Rutherford e sua equipe esperavam que as partículas alfa atravessassem a folha de ouro com pouca ou nenhuma deflexão significativa, devido à distribuição uniforme da carga positiva na esfera do átomo, conforme previsto pelo modelo de Thomson.
- No entanto, eles observaram que algumas partículas alfa foram desviadas em ângulos muito grandes, enquanto outras foram até mesmo refletidas de volta na direção da fonte.
Conclusões de Rutherford
- Com base nas observações inesperadas, Rutherford concluiu que a maioria do átomo era espaço vazio, pois a maioria das partículas alfa passou diretamente através da folha de ouro sem serem desviadas.
- No entanto, o fato de algumas partículas alfa serem desviadas em ângulos grandes ou refletidas de volta indicava a presença de uma região de alta densidade de carga positiva, que ele chamou de “núcleo atômico”.
Modelo de Bohr (1913)
- Proposto por Niels Bohr.
- Baseado nos princípios da mecânica quântica.
- Elétrons se movem em órbitas quantizadas ao redor do núcleo.
- Elétrons podem pular de uma órbita para outra, emitindo ou absorvendo energia na forma de fótons.
- Explicou o espectro de emissão do hidrogênio.
Modelo Atômico Moderno (Atual)
- Baseado na teoria quântica e nas descobertas experimentais mais recentes.
- Integra conceitos da mecânica quântica e da teoria das ondas.
- Descreve o átomo em termos de nuvens de probabilidade, onde é impossível determinar com precisão a posição exata de um elétron.
- Modelos computacionais complexos, como o modelo orbital atômico e o modelo do orbital molecular, utiliza-se deles para descrever o comportamento dos elétrons em um átomo.
Construíram-se esses modelos com base em avanços científicos e tecnológicos ao longo do tempo e refletem a evolução do nosso entendimento da estrutura atômica. Ademias, o modelo atual é altamente complexo e desafia nossa capacidade de visualizar o átomo em termos de objetos físicos concretos, mas é fundamental para explicar uma ampla gama de fenômenos observados na natureza e na ciência moderna.