Trabalho de química (átomos e historia)

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Parte 1 - Introdução - A Estrutura da Matéria
Tudo que há no Universo é constituído de matéria. Ela possui massa e, fisicamente falando, ocupa lugar no espaço e está sujeita a inércia.
 Ao dividir em pedaços cada vez menores chegaremos até amolécula, ao menos que ela perca suas características originais. Porém se dividirmos a mesma chegaremos aos átomose daí ela perderá suas características.
(Imagem: Representação da Molécula).
Átomo é uma palavra grega que significa indivisível. A “descoberta” da mesma seria do filósofo grego chamado Demócrito(460 -370 a.C.). Até pouco tempo se julgava isso como correto, mas com os avanços dos estudos e das pesquisas da física nuclear, verificou-se que era possível, sim, dividir o átomo em três partículas.
Entenda um pouco da sua história e de suas teorias abaixo:
Demócrito e Leucipo.
Parte 2 – Teoria Atômica de Demócrito, o Pai do Atomismo Grego.
Demócrito de Abdera era discípulo e sucessor de Leucipo de Mileto e é considerado como “o pai do atomismo grego”. Em suas várias viagens foi permitito o poder de trabalhar em pesquisas mais detalhadas da época e sendo assim muito homenageado e aplaudido aos lugares que ele passava.
Ao decorrer de sua vida, ele largou suas obras para solucionar as teorias de Heráclito e Parmênides.
 Ele era uma pessoa materialista, ou seja, acreditava no material e não em que uma força ou inteligência que podia interferir quaisquer processo natural.
O átomo, segundo a Demócrito, é indivisível, imutável e eterno. Quando um ser-humano morre, por exemplo, sua alma se desfaz e o átomo por ter diversos formatos (lisos, arredondadas ou irregulares) combinaria com outro átomo para formar-se novos corpos, sendo tudo reaproveitado. Explicando assim aquela antiga frase,
"Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma"(Autor Desconhecido por mim)
Entretanto tinha algo que Demócrito não sabia, que os átomos são compostos por partículas ainda menores, sendo elas os prótons (carga positiva), os nêutrons (sem carga) e os elétrons (carga negativa).
John Dalton
 (nascido em Eaglesfield, 6 de Setembro de 1766 — Manchester, 27 de Julho de 1844) foi um químico, metereologista e físico inglês que fez um extenso trabalho sobre a teoria atómica. Dalton é mais conhecido pela Lei de Dalton, a lei das pressões parciais e pelo Daltonismo, o nome que se dá à incapacidade de distinguir as cores, assunto que ele estudou e mal de que sofria.
Teoria Atômica
A teoria atômica de Dalton pode condensar-se nos seguintes princípios:
Os átomos são partículas reais, não-contínuas e indivisíveis de matéria, e permanecem inalterados nas reações químicas. Estes átomos de um mesmo elemento não são iguais entre si: eles são elementos diferentes; são diferentes entre si na formação dos compostos, os átomos entram em proporções numéricas fixas de 2:3, 2:5 etc.; o peso do composto é igual à soma dos pesos dos átomos dos elementos que o constituem. Embora fundada em alguns princípios inexatos, a teoria atômica de Dalton, por sua extraordinária concepção, revolucionou a química moderna. Discute-se ainda hoje se ele teria emitido esta teoria em decorrência de experiências pessoais ou se o sistema foi estabelecido à primeira importância, baseando-se nos conhecimentos divulgados do seu tempo.
Sua extupenda inteligência, mesmo com alguns equívocos na sua teoria, é admirada até os dias de hoje pelo fato de que na sua época (XIX) não se obtinha a mesma tecnologia do nosso dia-a-dia. Aproveitando esta deixa para dizer que seu maior erro na tese criada foi que o átomo era uma esfera maciça eletricamente neutra.
Modelo Atômico de Joseph John Thomson
A partir de uma experiência utilizando tubos de Crookes, Joseph John Thomson demonstrou que os raios catódicos podiam ser interpretados como um feixe de partículas carregadas negativamente e que possuíam massa. Concluiu que essas partículas negativas deviam fazer parte de quaisquer átomos, recebendo assim o nome de elétron.
O Modelo atômico de Thomson (1897) propunha então que se o átomo não fosse maciço (como havia afirmado John Dalton), mas sim um fluido com carga positiva (homogêneo e quase esférico) no qual estavam dispersos (de maneira homogênea) os elétrons. Podemos fazer a analogia desse modelo atômico com um "Panetone" ou com um pudim recheado de uvas passas, em que a massa do panetone seria positiva e as passas seriam as partículas negativas.
 Ernest Rutherford
 O cientista Ernest Rutherford, desenvolveu um modelo atômico baseando-se em experimentos com radioatividade. Através de seus estudos concluiu que elementos emitem radiação de alta energia em forma de partículas alfa, beta e raios gama. Para comprovar essa Teoria ele realizou tal experimento:
Ele observou que as partículas alfa atravessavam a lâmina em linha reta, mas algumas se desviavam e se espalhavam. Mas porque somente algumas partículas se desviavam enquanto as outras atravessavam a lâmina em linha reta?
Somente em 1911, Rutherford esclareceu esse fato. Ele descobriu o que os resultados experimentais realmente significavam:
 1. Na eletrosfera dos átomos de ouro existem espaços e algumas partículas atravessavam a lâmina passando por tais espaços.
2. As partículas alfa se desviavam porque colidiam com o núcleo dos átomos de ouro.
3. O núcleo é positivo, por isso repele as partículas alfa de carga positiva.
4. O núcleo é pequeno em relação ao átomo.
Conceito do modelo atômico de Rutherford:
 Um átomo é composto por um pequeno núcleo carregado positivamente e rodeado por uma grande eletrosfera, que é uma região envolta do núcleo que contém elétrons. No núcleo está concentrada a carga positiva e a maior parte da massa do átomo.
 O átomo proposto por Rutherford é o que mais se aproxima do modelo atômico utilizado atualmente.
O Modelo de Niels Bohr
Bohr otimizou a Experiência de Rutherford, ele quantizou a energia em cada camada e separou em níveis de energia: K, L, M, N, O,P,Q . Cada elétron no seu estado fracionário recebe uma quantidade de energia. Se um eletrón rebece uma quantidade de energia externa, ele se excita/agita e salta para uma camada mais energética, ou seja, conforme vai andando os niveis de energia, a energia do elétron tende a aumenta, quando a energia acaba, a tendência é do elétron voltar camadas ou volta pra sua camada original, liberando energia na forma de luz.
O físico alemão Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld, em 1915, estudando os espectros de emissão de átomos mais complexos que o hidrogênio, admitiu que em cada camada eletrônica (n) havia 1 órbita circular e (n-1) órbitas elípticas com diferentes excentricidades. Essas órbitas elípticas foram então chamadas de subníveis ou subcamadas e caracterizadas por l,onde l=0, l=1, l=2 e l=3 são respectivamente os subníveis s, p, d e f. Por exemplo, na 4ª camada há uma órbita circular e três elípticas.
Ele propôs este modelo através na teoria da relatividade de Einstein e da teoria quântica, assim podendo explicar detalhes dos espectros. Como ele complementou o que Bohr não conseguia explicar satisfatoriamente para átomos além dos hidrogenoides, o modelo ficou conhecido como Bohr-Sommerfeld.
A energia do elétron seria determinada pela distância em que se encontrava do núcleo e pelo tipo de órbita que descreve.
James Chadwick 
 Chadwick, o descobridor do nêutron, iniciou suas pesquisas em radioatividade na Universidade de Manchester, sobre a supervisão de Ernest Rutherford. Em 1913, ganhou uma bolsa para ir à Alemanha trabalhar com Hans Geiger, o inventor do contador Geiger. Em vez disso, viu-se aprisionado no país durante a Primeira Guerra Mundial. Em 1919, voltou a trabalhar com Rutherford. O trabalho dos dois direcionou-se principalmente para o bombardeamento de diferentes elementos com partículas alfa (núcleos de hélio). Ao medir a dispersão das partículas, foram capazes de determinar a carga positiva dos núcleos dos átomos atingidos. Houve dificuldade, no entanto de conciliar os resultados de suas pesquisas com oconhecimento, até então, da existência de apenas duas partículas subatômicas, o elétron e o próton. A idéia de uma partícula neutra, bastante pesada, que ainda não havia sido descoberta, foi necessária para se poder compreender o que acontecia na experiência. Apenas em 1932, ao rever os resultados de um experimento feito por Joliot e Curie (o genro e a filha de Marie Curie), Chadwick demonstrou que eles apenas se explicariam com a existência de uma partícula neutra, o nêutron. Esta descoberta se tornou extremamente útil para a ativação das reações nucleares, na bomba atômica e em reatores nucleares. Chadwick recebeu o prêmio nobel de física em 1935.
Erwin Schrödinger, Louis Victor de Broglie e Werner Heisenberg
 Erwin Schrodinger, Louis Victor de Broglie e Werner Heisenberg, reunindo os conhecimentos de seus predecessores e contemporâneos, acabaram por desenvolver uma nova teoria do modelo atômico, além de postular uma nova visão, chamada de mecânica ondulatória.
Fundamentada na hipótese proposta por Broglie onde todo corpúsculo atômico pode comportar-se como onda e como partícula, Heisenberg, em 1925, postulou o princípio da incerteza.
A idéia de órbita eletrônica acabou por ficar desconexa, sendo substituída pelo conceito de probabilidade de se encontrar num instante qualquer um dado elétron numa determinada região do espaço.
O átomo deixou de ser indivisível como acreditavam filósofos gregos antigos. O modelo atômico portanto, passou a se constituir na verdade, de uma estrutura complexa.
É sabido que os elétrons possuem carga negativa, massa muito pequena e que se movem em órbitas ao redor do núcleo atômico.
· O núcleo atômico é situado no centro do átomo e constituído por prótons que são partículas de carga positiva, cuja massa é aproximadamente 1.837 vezes superior a massa do elétron, e por nêutrons, partículas sem carga e com massa ligeiramente superior à dos prótons.
· O átomo é eletricamente neutro, por possuir números iguais de elétrons e prótons.
· O número de prótons no átomo se chama número atômico, este valor é utilizado para estabelecer o lugar de um determinado elemento na tabela periódica.
· A tabela periódica é uma ordenação sistemática dos elementos químicos conhecidos.
· Cada elemento se caracteriza por possuir um número de elétrons que se distribuem nos diferentes níveis de energia do átomo correspondente.
· Os níveis energéticos ou camadas, são denominados pelos símbolos K, L, M, N, O, P e Q.
· Cada camada possui uma quantidade fixa de elétrons. A camada mais próxima do núcleo K, comporta somente dois elétrons; a camada L, imediatamente posterior, oito, e assim sucessivamente.
· Os elétrons da última camada (mais afastados do núcleo) são responsáveis pelo comportamento químico do elemento, por isso são denominados elétrons de valência.
· O número de massa é equivalente à soma do número de prótons e nêutrons presentes no núcleo.
· O átomo pode perder elétrons, carregando-se positivamente, é chamado de íon positivo (cátion).
· Ao receber elétrons, o átomo se torna negativo, sendo chamado íon negativo (ânion).
· O deslocamento dos elétrons provoca uma corrente elétrica, que dá origem a todos os fenômenos relacionados à eletricidade e ao magnetismo.
· No núcleo do átomo existem duas forças de interação a chamada interação nuclear forte e responsável pela coesão do núcleo, e a interação nuclear fraca, ou força forte e força fraca respectivamente.
· As forças de interação nuclear são responsáveis pelo comportamento do átomo quase em sua totalidade.
· As propriedades físico-químicas de um determinado elemento são predominantemente dadas pela sua configuração eletrônica, principalmente pela estrutura da última camada, ou camada de valência.
· As propriedades que são atribuídas aos elementos na tabela, se repetem ciclicamente, por isso se denominou como tabela periódica dos elementos.
· Os isótopos são átomos de um mesmo elemento com mesmo número de prótons, mas quantidade diferente de nêutrons.
· Os isótonos são átomos que possuem o mesmo número de nêutrons
· Os Isóbaros são átomos que possuem o número de massa
· Através da radioatividade alguns átomos atuam como emissores de radiação nuclear, esta constitui a base do uso da energia atômica.
Referencias :
Introdução a química quântica – André Luís Bonfim Bathista e Silva
Quantites, Units and Symbols in Physical Chemistry – IUPAC
Rozenberg, I. M.; Química Geral, 1ª ed., Ed. Blucher, São Paulo, 2002.