Aula 1 - Modelos atômicos

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PROFA. CAROLINA ABREU
01 DE NOVEMBRO DE 2018
Modelos Atômicos 
História do Átomo
Demócrito (460 – 370 A. C.)
O filósofo grego imaginou a
matéria formada por pequenas
partículas indivisíveis chamadas
de átomos (do grego: a = não e
tómos = pedaços).
Leucipo de Mileto (450 A. C.)
A matéria pode se dividir em
partículas cada vez menores
até atingir uma partícula
fundamental, minúscula e
indivisível.
História do Átomo
Aristóteles (384 – 322 A. C.)
A descontinuidade da matéria: os quatro elementos fundamentais 
(a água, o fogo, o ar e a terra).
Apesar de errado, o conceito aristotélico de matéria, juntamente com toda a sua filosofia, foi aceito
oficialmente durante mais de 2000 anos. Nesse período, apenas ao alquimistas aceitavam a existência de
elementos básicos.
História do Átomo
Modelo atômico de Dalton (1803)
• maciça;
• indestrutível;
• impenetrável;
• indivisível;
• sem cargas elétricas
(Modelo da bola de bilhar)
O átomo é uma minúscula partícula
esfera que apresenta as seguintes
características:
O modelo vingou até 1897. 
História do Átomo
Modelo atômico de Dalton (1803)
(Modelo da bola de bilhar)
História do Átomo
A ampola de Crookes
Na metade do século XIX, Sir William Crookes desenvolveu um dispositivo para estudar
descargas elétricas em gases a baixa pressão (Tubo de Crookes). Este dispositivo era
constituído de um tubo com uma saída ligada a um sistema de vácuo e dois eletrodos,
sendo um negativo (cátodo) e outro positivo (ânodo), ligados a uma fonte de alta tensão
acima de 20.000 V.
Tubo A: vácuo mediano com certa incandescência no interior do tubo.
Tubos B e C: Quanto menor a pressão interna mais a incandescência aparece em torno 
do ânodo.
Tubo D: a introdução de um pedaço de ZnS possibilita a projeção de uma sombra na 
parede do ânodo.
História do Átomo
Modelo atômico de Thomson (1897)
• Uma esfera maciça e positiva, com cargas negativas
distribuídas ao acaso pela esfera;
• A quantidade de cargas + e – seriam iguais de modo
que o átomo permanecesse neutro.
(Modelo de Pudim de Passas)
Descargas elétricas em alto vácuo (tubos de Crookes) levaram à descoberta do
elétron (raios catódicos). O átomo seria uma partícula maciça, mas não
indivisível. Seria formado por uma geleia com carga positiva, na qual estariam
incrustados os elétrons (modelo do pudim de passas).
História do Átomo
Modelo atômico de Thomson (1897)
(Modelo de Pudim de Passas)
Determinação da relação carga/massa do elétron
Thompson verificou que os raios catódicos sofriam desvio em sua trajetória,
caracterizando assim sua natureza negativa. Aplicando os campos elétrico e
magnético simultaneamente, Thompson pôde determinar a relação q/m do
recém descoberto elétron.
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História do Átomo
Philip Lenard (1903)
Philip Lenard aperfeiçoou o modelo que descrevia a
estrutura dos átomos. Como a matéria é
ordinariamente eletricamente neutra (ninguém leva
um choque elétrico ao segurar um objeto), Lenard
ponderou que as cargas negativas e positivas que
compõem os átomos devem anular-se mutuamente.
Desta forma, propõe que o átomo seja formado por
pares de cargas negativas e positivas distribuídos
pelo seu interior.
História do Átomo
Hantaro Nagaoka (1904)
Foi um grande físico. Nasceu no ano de 1865 no Japão.
Nagaoka criou o Modelo Atômico Saturniano, em 1904. O modelo
estabelecia que o átomo era formado de um caroço central
carregado positivamente e, portanto, rodeado de anéis de elétrons,
girando semelhante ao planeta Saturno, por isso, o nome do
modelo.
Hantaro Nagaoka faleceu no ano de 1950.
História do Átomo
Einstein (1905)
➢ Teoria da relatividade.
➢ Relação entre massa e energia (E = mc2).
➢ Esclarecimento do efeito fotoelétrico.
➢ Denominação do fóton para o quantum de energia
radiante.
História do Átomo
A experiência de Millikan (1908)
Robert Millikan realizou um experimento pulverizando gotas de óleo entre duas placas
metálicas paralelas. Após a irradiação com raios-X, as gotas de óleo receberam elétrons do ar.
Millikan impediu que as gotas caíssem com uma variação no campo elétrico entre as placas.
Conhecendo a massa da gota de óleo e carga necessária para que esta permanecesse
suspensa, Millikan determinou a carga de elétron (-1,602x10-19C). Utilizando a relação c/m
do elétron determinada por Thompson, Millikan calculou a massa do elétron (9,1x10-28g).
História do Átomo
Modelo atômico de Rutherford (1911)
(Modelo Planetário)
O átomo seria formado por um núcleo muito pequeno, com carga positiva, onde estaria
concentrada praticamente toda a sua massa. Ao redor do núcleo ficariam os elétrons,
neutralizando sua carga. Este é o modelo do átomo nucleado, um modelo que foi comparado
ao sistema planetário, onde o sol seria o núcleo e os planetas seriam os elétrons. Nesta
perspectiva, a eletrosfera teria um raio de 104 a 105 vezes maior que o núcleo.
História do Átomo
Modelo atômico de Rutherford (1911)
• Uma região central chamada de núcleo do átomo;
• No núcleo do átomo existe partículas de cargas
positivas chamadas de prótons.
• O núcleo também possui outras partículas, com massa
bem próxima a dos prótons mas sem carga elétrica,
chamadas de nêutrons.
• Os elétrons, partículas de cargas negativas, giram na
região do átomo chamada de eletrosfera.
(Modelo Planetário)
História do Átomo
Modelo atômico de Rutherford (1911)
(Modelo Planetário)
História do Átomo
História do Átomo
Cronologia dos modelos atômicos)
História do Átomo
A catástrofe do Ultravioleta
Ao explicar, por meio da teoria clássica, os resultados obtidos observou-se que,
para comprimentos de onda elevados, havia
razoável concordância com os
resultados experimentais.
Entretanto, para comprimentos
de onda menores, a discordância
entre a teoria e a experiência era
grande. Essa discordância ficou
conhecida como a “catástrofe
do ultravioleta”.
História do Átomo
Teoria de Planck
Em dezembro de 1900, Max Planck (1858-1947) apresentou à Sociedade
Alemã de Física um estudo teórico sobre a emissão de radiação de um corpo
negro, no qual deduz uma equação plenamente em acordo com os
resultados experimentais. Entretanto, “para conseguir uma equação a
qualquer custo”, teve que considerar a existência, na superfície do corpo
negro, de cargas elétricas oscilantes emitindo energia radiante não de
modo contínuo, como sugere a teoria clássica, mas sim em porções
descontínuas, “partículas” que transportam, cada qual, uma quantidade bem
definida de energia.
História do Átomo
Os fótons e o quantum
As “partículas” de energia sugeridas por Planck foram
denominadas “fótons”. A energia E de cada fóton é
denominada quantum (no plural quanta).
O quantum E de energia radiante de frequência f é dado por:
E = h f
Nessa fórmula, h é a constante de proporcionalidade
denominada constante de Planck, dada por:
h = 6,63 · 10–34 J·s.
História do Átomo
Uma nova Física
A solução de Planck para a questão do corpo negro, considerando 
que a energia é quantizada, permitiu explicar outros conceitos 
físicos a nível microscópico. 
Embora o desenvolvimento efetivo da nova teoria só tenha
ocorrido a partir de 1920, dezembro de 1900 é considerado o
marco divisório entre a Física Clássica e a Física Quântica – a
teoria física dos fenômenos microscópicos.
História do Átomo
Modelo atômico de Bohr (1913)
Niels Bohr (1885-1962), físico dinamarquês, resgatou a teoria de Rutherford e sugeriu que as
leis que davam conta do movimento dos grandes corpos não eram adequadas para explicar
o comportamento do mundo atômico. Assim, utilizando a teoria do alemão Max Planck (pai
da Física Quântica), Bohr concebeu a idéia de que um elétron poderia ocupar certas órbitas,
ou níveis de energia. Suas previsões foram mais tarde confirmadas experimentalmente por
outros cientistas, embora ninguém imaginasse como funcionavam.
História do Átomo
Modelo atômico de Bohr (1913)
Postulados:
•Os elétrons movem-se ao redor do núcleo em órbitasbem definidas (orbitas estacionárias);
•Movendo-se em uma órbita estacionária, o elétron não emite nem absorve energia;
•Ao saltar de uma camada para outra, o elétron emite ou absorve uma quantidade definida de
energia (quantum)
•Niels Bohr mostrou que a energia do elétron na n-ésima órbita do átomo de hidrogênio é
dada pela equação:
En = – R.h.c/n
2, onde R é a constante de Rydberg, h é a constante de Planck e c é a velocidade
da luz.
Condição de frequência de Bohr
História do Átomo
Modelo atômico de Bohr (1913)
• “Os elétrons estão distribuídos em grupos de
acordo com suas distâncias ao núcleo,
descrevendo órbitas circulares sem emitirem ou
absorverem energia”;
• “Fornecendo calor a um átomo, o elétron
absorve esse calor e salta para níveis mais
externos. Ao retornar ao nível de origem, libera
essa energia sob a forma de luz visível (fóton)”;
Em outras palavras:
História do Átomo
Modelo atômico de Bohr (1913)
Limitações do modelo de Bohr
•Pode explicar adequadamente apenas o espectro de linhas do
átomo de hidrogênio.
•Os elétrons não são completamente descritos como partículas
pequenas.
História do Átomo
A contribuição de Sommerfeld (1916)
1916 – Arnold Sommerfeld. Modelo das órbitas elípticas para o elétron - introdução 
dos subníveis de energia.
Para cada camada eletrônica (n), há uma órbita circular e (n-1) orbitas elípticas.
História do Átomo
James Chadwick (1932)
Em 1932, James Chadwick provou que, no núcleo não
existiam somente cargas elétricas positivas, mas
também, partículas com carga neutra que de certa forma
isolam os prótons, evitando repulsões, e por isso foram
denominados de nêutrons.
James Chadwick
(1891-1974).
História do Átomo
Princípio da Dualidade da Matéria
A todo elétron em movimento está associada uma onda característica, ou seja, ora o elétron
se comporta como uma partícula material e ora como uma onda eletromagnética.
As sementes para um novo modelo viriam do conceito de que todas as formas de irradiação
eletromagnéticas apresentam as propriedades das ondas e das partículas. Esse conceito levou
o oficial da marinha Louis de Broglie (1892-1987) a pensar que as partículas da matéria
poderiam apresentar características ondulatórias.
Utilizando as equações de Einstein e de Planck, De Broglie mostrou:
O momento linear (p), mv, é uma propriedade de partícula, enquanto  é uma propriedade
ondulatória.
História do Átomo
Princípio da Incerteza (Werner Heisenberg)
Não é possível determinar com precisão a posição e a velocidade de 
um elétron num mesmo instante, pois os próprios instrumentos de 
medição interferem na trajetória do elétron.
x → incerteza na localização
p → incerteza no momento linear
ħ→ h/2 = 1,054x10-34 J.s
21.  px
História do Átomo
Modelo atômico de orbitais (1923)
O elétron é considerado uma partícula-onda e situa-se
em orbitais.
História do Átomo
A mecânica quântica
Resultados experimentais com partículas podem ser explicados por padrões como as
ondas. Assim, o conceito mecânico ondulatório de Erwin Schöedinger (1887-1961)
produziu outra visão do átomo, que substituiu o modelo de Bohr. Quase
simultaneamente, A. Rosemberg chegou à mesma conclusão, apesar de ter trilhado
caminhos diferentes.
Densidade de probabilidade de encontrar
o elétron em torno do núcleo. Onde é mais
denso, a probabilidade é maior. Sua
posição só pode ser estabelecida no
momento do experimento.
História do Átomo
A mecânica quântica
Modelo de Demócrito
Modelo de Thomson
Modelo de Bohr
Modelo de Dalton
Modelo de 
Rutherford
Modelo da Nuvem 
Electrónica
Evolução do Modelo atómico…
História do Átomo