Energia e Matéria: Conceitos Fundamentais

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QUÍMICA GERAL 
AULA 1 
Prof. Arion Zandoná Filho 
 
 
 
Conversa Inicial 
Olá, seja bem-vindo à disciplina de Química Geral. Nesta aula, 
abordaremos três temas que envolvem a energia dispersa pelo Universo e 
sua reestruturação na forma de matéria. 
Vamos compreender as ciências químicas (orgânica e inorgânica), 
entendendo como a energia se desenvolveu por acumulação, continuidade ou 
ruptura. Avaliaremos paradigmas modernos, relacionando o desenvolvimento 
científico com a transformação da matéria. Proporcionaremos conhecimentos 
básicos da química atomística, através dos estudos das propriedades da 
matéria. 
Abordaremos desde o início do Universo até as teorias mais aceitas 
atualmente sobre a constituição da matéria. Apresentaremos conceitos 
mecânicos e quânticos da matéria e suas partículas formadoras. 
Siga as nossas aulas e faça seus estudos e exercícios utilizando nosso 
livro-base, disponível na Biblioteca Virtual! 
 
 
Para saber mais sobre os temas que serão abordados hoje, 
assista ao vídeo de introdução que está disponível no material on-line. 
 
Contextualizando 
As engenharias utilizam conceitos físicos e químicos associados para 
gerar bens de consumo à nossa sociedade. Mecanismos de conversão da 
matéria (mássico e volumétrico) de várias classes de compostos químicos 
fornecem subsídios para os estudos mais específicos das propriedades 
físicas, química e energéticas da matéria. Disciplinas aplicadas às 
Engenharias, como ciência dos materiais, aplicam esses conhecimentos no 
dia a dia. O entendimento da matéria, suas aplicações industriais e suas 
propriedades no microcosmo auxiliam no desenvolvimento de tecnologia e 
conversão de matérias-primas em produtos e bens de consumo. 
Assista ao vídeo a seguir, analise e inicie sua compreensão sobre o 
átomo e o comportamento da energia e da matéria ao seu redor. 
https://www.youtube.com/watch?v=qId2dtsFWGU 
 
Formas de Energia e Matéria 
Pesquise: O que é Energia? 
Vem do grego, no qual εργος (ergos) significa "trabalho". Sabemos que 
tudo que existe no universo é alguma forma de energia. Ela está ao nosso 
redor e pode ser dividida em radiante e mecânica. Ou ainda: 
■ Energia eletromagnética: responsável pelo arranjo atômico em 
eletrosfera e núcleo. Domina a repulsão e atração entre as 
cargas elétricas. É a luz e radiações de ondas compridas como 
as do rádio até microondas, RX e raios gama. 
■ Energia da gravidade: é a força de atração entre partículas de 
matéria. É a fraca no mundo subatômico, mas parece a 
dominante em escala cósmica. 
Essas energias provêm de fontes primárias ou secundárias. As 
primárias são aquelas que são encontradas na natureza, como o sol, a água 
(dos rios e dos mares), os ventos, a madeira, o gás natural, o carvão mineral, 
o petróleo. Enquanto que as secundárias são aquelas que surgem depois que 
as primárias são transformadas, como a gasolina, o diesel, a energia elétrica. 
As fontes primárias de energia podem ser divididas em dois grupos: 
a. Renováveis: aquelas que se renovam. Significa que elas não se 
esgotam, porque estarão sempre sendo geradas de novo, de 
acordo com o ciclo da natureza. Exemplos: o sol, os ventos, a 
matéria orgânica, o calor da Terra, os rios e correntes de água 
doce, os mares e oceanos. 
 
 
b. Não renováveis: são aquelas que com o uso ao longo do tempo 
se esgotam. Isso porque, apesar de serem criadas pela 
Natureza, demoram muitos e muitos anos para se formar. 
A civilização moderna tem consumido a energia dessas fontes em 
altíssima velocidade e quantidade, não permitindo o tempo necessário para a 
Natureza repor o que foi consumido. Exemplos: biomassas, carvão mineral, 
petróleo, gás natural. 
O homem também classifica as fontes de energia conforme seu 
acesso: 
1. Solar; 
2. Elétrica; 
3. Hidroelétrica; 
4. Química; 
5. Eólica; 
6. Nuclear, dentre outras. 
Essas mesmas energias também podem ser chamadas de Energias 
Renováveis: 
a. Solar (térmica e voltaica); 
b. Vento; 
c. Águas (doce e salgada); 
d. Biomassa (madeiras...); 
e. Geotérmica; 
f. Hidrogênio. 
 
(Vídeo disponível no material on-line.) 
 
Conceito Matéria 
A energia nasce com o espaço e tempo e o Universo começa a tomar 
forma com o Big Bang, que é o marco humano dessa expansão das energias. 
A teoria do Big Bang ("Grande Explosão") define que o Universo surgiu 
a partir de uma explosão primordial. Essa explosão ocorreu em função da 
grande concentração de massa e energia. Segundo os mais recentes 
cálculos, a idade do universo é calculada entre 13 a 15 bilhões de anos 
quando houve a grande explosão e, naquele momento, foram criados o tempo 
e o espaço. Há liberação de energia em níveis incríveis: ao redor de 3 bilhões 
de graus Celsius. Logo após a explosão de uma bola de matéria compacta, 
densa e quente, com um volume aproximadamente igual ao volume do nosso 
sistema solar. Essa explosão desencadeou uma série de eventos cósmicos, 
formando as Galáxias, as Estrelas, os Corpos Planetários e eventualmente, a 
vida na Terra. 
 
Leitura Obrigatória 
Faça uma leitura dos subitens 2.1, 2.2 e 2.3 (págs. 31 a 39) do livro 
desta disciplina e leia com atenção os exercícios resolvidos. 
 
Então, do que é formada a matéria? 
Ao analisarmos o termo matéria devemos ter em mente duas vertentes 
de conhecimento: uma química e outra física. Tentaremos em poucas 
palavras demonstrar como a visão microscópica da matéria passou 
inicialmente por conceitos macroscópicos e, neste século, tomou uma 
orientação microcósmica tentado ser explicada por físicos. 
Os elementos químicos se formaram durante os primeiros vinte 
minutos após o Big Bang, os nêutrons e prótons pelo calor inicial de dez 
bilhões de graus até os três segundos. 
Energia puríssima num grande concentrado de massa compacta de 
partículas que originaram os átomos. 
A explosão ocorre a quinze bilhões de anos com uma violência 
inimaginável, liberando tanta energia, que ainda hoje o Universo continua 
expandindo-se à velocidade próxima à da luz. Nesses cruciais segundos do 
começo, estabeleceram-se as leis da Física, porque todas as leis naturais e 
imutáveis que regem o Universo e tudo quanto existem nasceram nesses 
breves momentos com o Big Bang. 
 
 
 
A energia e temperaturas atingiram todos os níveis máximos, mas de 
imediato começaram a arrefecer e logo começaram a gerar partículas 
primordiais de matéria, tais como os quarks. Nesses segundos de vida do 
Universo, grandes colisões de energia originaram turbulências de sublime 
criação, ora regressavam ao estado de energia pura ou, de repente, se 
tornavam partículas nesse escaldante e impenetrável plasma, produzindo 
interação resultante das colisões que originaram os primeiros núcleos à 
formação de átomos. 
A temperatura reduziu e houve a formação (aglomeração) de átomos. 
Trezentos mil anos se passaram e o cosmos estavam se formando, os 
elétrons começaram a girar em volta de um núcleo para formar os átomos, 
por exemplo: 80% de hidrogênio e 20% de hélio. 
A poeira cósmica foi se criando inundada por átomos de hidrogênio, 
que se aglutinavam em regiões distintas e uma parte deles se atraia por ação 
gravitacional. Aumentava a pressão e a temperatura. Quanto mais massivo 
maior o campo gravitacional e maior calor. 
Na fusão nuclear de hidrogênio se transformando em hélio, de hélio ao 
lítio, depois carbono, oxigênio e até o ferro. Do ferro em diante só pode se 
formar nas explosões de estrelas massivas (as supernovas), nas quais, além 
da compressão no momento da explosão, há o espalhamento dessas novas 
matérias para o espaço.Tudo que vemos ou sentimos ao tato, nada mais é do que luz 
condensada. Toda matéria do universo é luz. Então, somos feitos de luz que 
oscila e vibra, e a matéria são ondas no mesmo conceito. Para compreender, 
estudar e modificar a matéria teremos que antecipadamente conhecermos e 
manipularmos a ENERGIA. 
Ostwald (1902), em Naturphilosophie, propôs o conceito de “energia”: 
“Tudo o que sabemos acerca do mundo externo podemos representá-lo sob a 
forma de proposições sobre a energia existente, e o conceito de energia 
revela-se como sendo, sob todos os aspectos, o mais geral que a ciência 
produziu até agora”. 
 
 
Fonte: home.arcor.de 
 
Teorias Atômicas 
Demócrito e Leucipo, filósofos gregos, muitos séculos antes de Cristo, 
lançaram a ideia de que a matéria era constituída de partículas extremamente 
pequenas, que chamaram de átomos, palavra de origem grega que significa 
indivisível (a=não, tomo= parte). Eles imaginavam que ao se dividir um 
pedaço de ferro, continuamente, em partes cada vez menores, seriam obtidas 
partículas que não poderiam mais ser subdivididas, as quais denominaram 
átomos de ferro. 
Segundo estes, a matéria não era contínua, mas, sim, formada de 
átomos indivisíveis. 
Experiências realizadas a partir de 1898 e que se estendem até nossos 
dias, revelam que o átomo é divisível, ou seja, formado por outras partículas 
ainda menores. 
 
 
Aristóteles dizia que toda a matéria do universo se compunha dos 
quatro elementos básicos: terra, ar, fogo e água. E que esses elementos 
atuavam através de duas forças: gravidade, tendência da terra e da água para 
afundar; e volatilidade, tendência do ar e do fogo para subir. Essa divisão dos 
conteúdos do universo em matéria e força ainda é usada atualmente. 
Acreditava também que a matéria fosse contínua, isto é, poder-se-ia dividir 
uma porção de matéria em porções cada vez menores sem qualquer limite: 
nunca se chegaria a um grão de matéria que não se pudesse dividir mais. 
Durante séculos a disputa continuou sem qualquer comprovação real 
para um ou outro lado, mas, em 1803, o químico e físico inglês John Dalton 
apontou para o fato de que componentes químicos, sempre combinados em 
determinadas proporções, poderiam ser explicados pelo agrupamento de 
átomos que formam unidades chamadas moléculas. Entretanto, a disputa 
entre as duas escolas de pensamento só foi finalmente resolvida em favor dos 
atomistas, nos primeiros anos deste século. 
Uma das peças importantes da evidência física foi determinada por 
Einstein. Num trabalho escrito em 1905, poucas semanas antes do famoso 
tratado sobre a relatividade restrita, Einstein mostrou que o que era chamado 
movimento browniano - movimento irregular e casual das pequenas partículas 
de poeira suspensas num líquido - poderia ser explicado como o efeito dos 
átomos do líquido colidindo com as partículas de poeira. 
Naquela época já existiam suspeitas de que esses átomos não eram, 
afinal de contas, indivisíveis. 
Alguns anos antes, um membro do conselho do Trinity College, em 
Cambridge, J. J. Thomson, demonstrará a existência de uma partícula de 
matéria, chamada elétron, com massa inferior a um milésimo daquela do 
átomo mais leve. Utilizou uma instalação bastante parecida com o tubo de 
imagem de uma moderna televisão: um filamento de metal incandescente 
liberou os elétrons e, porque eles têm carga elétrica negativa, um campo 
elétrico pôde ser usado para acelerá-los em direção a uma tela revestida de 
fósforo. Quando atingiam a tela, focos de luz eram gerados. Logo se 
percebeu que esses elétrons deveriam estar vindo de dentro de átomos e, em 
1911, o físico inglês Ernest Rutherford finalmente demonstrou que os 
átomos da matéria têm uma estrutura interna: são formados por um núcleo 
extremamente pequeno, carregado positivamente, em torno do qual gira certo 
número de elétrons. A dedução se fez a partir da análise da maneira pela qual 
as partículas a – partículas positivamente carregadas, liberadas pelos 
átomos radioativos – são desviadas ao colidirem com átomos. 
No início se pensou que o núcleo do átomo fosse formado por elétrons 
de diferentes números de partículas positivamente carregadas, chamadas 
prótons (da palavra grega que significa "primeiro"), porque se acreditava ser a 
unidade fundamental da qual a matéria se formava. Entretanto, em 1932, um 
colega de Rutherford em Cambridge, James Chadwick, descobriu que o 
núcleo continha outra partícula, chamada nêutron, com quase a mesma 
massa que o próton, mas sem carga elétrica. Chadwick recebeu o prêmio 
Nobel por causa de sua descoberta e foi eleito mestre do Gonville and Caius 
College, em Cambridge. 
O átomo podia, então, ser considerado como constituído por três 
espécies de partículas elementares: o próton, o elétron e o nêutron. 
Até vinte anos atrás se pensava que os prótons e os nêutrons fossem 
partículas "elementares", mas experimentos em que prótons colidiam com 
outros prótons ou elétrons em alta velocidade indicavam que eram, de fato, 
formados por partículas ainda menores. 
Essas partículas foram chamadas de quarks, pelo físico Murray Gell-
Mann, do California Institute of Technology, que recebeu o prêmio Nobel em 
1969 por seu trabalho sobre o assunto. A origem do nome é uma citação 
inexplicada da expressão de James Joyce: "Três quarks para Muster Mark!" A 
palavra “quark”, supõe-se, deveria ser pronunciada como “quart”, mas com 
um k no final em lugar do t, usualmente utilizada para rimar com “lark" 
("cotovia"). 
É preciso enfatizar que estes termos não passam de rótulos; os quarks 
são muito menores que o comprimento da onda de luz visível. 
Um próton ou um nêutron é formado por três quarks, sendo os do 
próton dois up (para cima) e um down (para abaixo), e os do nêutron dois 
down e um up. Podemos criar partículas formadas pelos outros quarks 
(strange, charmed, bottom e top), mas todos estes apresentam massa muito 
maior e se decompõem muito rapidamente em prótons e nêutrons. 
 
 
Já que o comprimento da onda de luz é muito maior do que o tamanho 
de um átomo, não se pode esperar "olhar" para as partes de um átomo da 
maneira comum. Precisamos utilizar alguma coisa com um comprimento de 
onda muito menor. 
 A mecânica quântica nos diz que todas as partículas são, de fato, 
ondas e que quanto mais alta a energia da partícula, menor o comprimento da 
onda correspondente. Assim, a melhor resposta para nossa pergunta 
depende de quão alta seja a energia da partícula que temos à nossa 
disposição, porque isso determina a pequenez da escala que devemos usar. 
 Essas energias da partícula são usualmente medidas em unidades 
chamadas elétrons-volt. Nos experimentos de Thomson com elétrons, ele 
usou um campo elétrico para acelerar os elétrons. A energia que um elétron 
capta de um campo elétrico de 1 volt é o que se denomina 1 elétron-volt. 
No século XIX, quando as únicas energias de partículas cujo uso era 
conhecido eram as baixas energias de uns poucos elétrons-volt gerados por 
reações químicas, como a combustão, pensava-se que os átomos eram a 
menor unidade. No experimento de Rutherford a partícula a tinha energia de 
milhões de elétrons-volt. Mais recentemente, aprendemos a usar campos 
eletromagnéticos para obter energia de partículas, primeiro de milhões e 
depois de bilhões de elétrons-volt. E assim ficamos sabendo que as partículas 
que pensávamos serem "elementares" há vinte anos são, de fato, formadas 
por partículas ainda menores. 
Poderão estas, à medida que atingirmos energias mais altas, por sua 
vez, provar ser formadas por partículas menores ainda? 
Certamente é possível, mas existem arrazoados teóricos quenos 
fazem acreditar que atingimos o conhecimento sobre os blocos de construção 
definitivos da natureza, ou, pelo menos, que estamos muito próximos dele. 
Utilizando a dualidade onda/partícula, tudo no universo, incluindo luz 
e gravidade, pode ser descrito em termos de partícula. Esses elementos 
apresentam uma propriedade chamada spin, que pode ser entendido se 
imaginarmos as partículas como pequenos piões girando em torno de um 
eixo. Entretanto, esse artifício pode ser ilusório, uma vez que a mecânica 
quântica nos informa que as partículas não têm eixos bem definidos. 
Na verdade, o que o spin de uma partícula nos diz é com o que ela se 
parece, vista de diferentes posições. 
Uma partícula de spin 0 é como um ponto: parece a mesma, vista de 
todas as direções. Por outro lado, uma partícula de spin 1 lembra uma seta: 
mostra-se diferente se vista de direções diferentes. Só se obterá a mesma 
feição se a submetermos a uma volta completa de 360 graus. Uma partícula 
de spin 2 assemelha-se a uma seta com duas pontas: parece igual se girada 
em semicírculo (180 graus). 
Da mesma forma, quanto mais alta a rotação da partícula, menor 
fração da volta completa será necessária para que ela pareça a mesma. Tudo 
isso é muito consequente, mas o fato notável é que existem partículas que 
não se assemelham, mesmo quando submetidas a uma volta completa; são 
necessárias duas voltas! Tais partículas são ditas possuidoras de spin 1/2. 
Todas as partículas conhecidas no universo podem ser divididas em dois 
grupos: as de spin 1/2, que formam a matéria no universo, e as de spin 0, 1 e 
2, que, como veremos adiante, dão origem às forças entre as partículas de 
matéria. Estas obedecem ao que é chamado de princípio da exclusão, 
descoberto em 1925 pelo físico austríaco Wolfang Pauli (que por isso 
mereceu o prêmio Nobel em 1945). 
O princípio da exclusão de Pauli afirma que duas partículas 
semelhantes não podem existir no mesmo estado; ou seja, não podem ter 
ambas a mesma posição e as mesmas velocidades dentro dos limites 
estabelecidos pelo princípio da incerteza. 
A compreensão adequada do elétron e de outras partículas de spin 1/2 
não se deu antes de 1928, quando foi elaborada uma teoria por Paul Dirac, 
mais tarde eleito para o Conselho Lucasiano de Professores de Matemática 
em Cambridge (no mesmo cargo que Newton ocupou). 
A teoria de Dirac foi a primeira do gênero a se demonstrar consistente 
em relação à mecânica quântica e à teoria da relatividade especial. Explicava 
matematicamente por que o elétron tem spin 1/2, ou seja, por que ele não 
parece o mesmo se for girado uma volta inteira, mas apenas se for girado 
dois círculos completos. Previu também que o elétron deveria ter um par, um 
antielétron ou pósitron. 
 
 
A descoberta do pósitron, em 1932, confirmou a teoria de Dirac, 
levando-o a receber o prêmio Nobel de física em 1933. 
Sabemos agora que toda partícula tem uma antipartícula, em relação à 
qual ela pode se anular (no caso das partículas portadoras de força, as 
antipartículas são as próprias partículas). Poderia existir um “antimundo” e 
“antipessoas”, feitas de antipartículas. Entretanto, se você encontrar seu 
antieu, não aperte a mão dele, pois vocês desapareceriam ambos num 
grande foco de luz. A questão de porquê parece haver muito mais partículas 
do que antipartículas à nossa volta é extremamente importante e voltaremos a 
ela no capítulo sobre atomística. 
Na mecânica quântica, as forças ou interações entre as partículas da 
matéria são todas, supostamente, carregadas pelas partículas de spin inteiro 
0, 1 ou 2. O que acontece é que uma partícula de matéria, tal como um 
elétron ou um quark, emite uma partícula portadora de força. A retração dessa 
emissão altera a velocidade da partícula da matéria. A partícula portadora de 
força, então, colide com outra partícula de matéria e a absorve. Essa colisão 
altera a velocidade da segunda partícula, exatamente como se tivesse havido 
uma força entre as duas. É uma propriedade importante das partículas 
portadoras de força o fato de não obedecerem ao princípio da exclusão. 
Significa, portanto, que não existe limite para as trocas que podem ser 
efetuadas, dando origem, assim, a uma força forte. Entretanto, se as 
partículas portadoras de força tiverem massa elevada, será difícil gerá-las e 
trocá-las ao longo de uma grande distância. Assim, as forças portadoras terão 
apenas um pequeno alcance. 
 Por outro lado, se as partículas portadoras de força não tiverem massa 
própria, as forças terão amplo alcance. As partículas portadoras de força 
trocadas entre partículas de matéria são chamadas partículas virtuais porque, 
diferentes das partículas "reais", não podem ser diretamente identificadas por 
um detector de partículas. 
 
(Vídeo disponível no material on-line.) 
Teorias Quânticas e Relatividade 
A física moderna levantou uma série de questões muito sérias, 
concernentes não só a problemas estritamente físicos, como também 
relacionados ao mérito das ciências naturais exatas e à natureza da matéria. 
Tais questões levaram o físico a reconsiderar os problemas filosóficos que 
pareciam estar definitivamente resolvidos no estreito quadro da física 
clássica. 
Dois grupos de problemas foram novamente colocados em pauta pela 
descoberta de Planck. 
Um deles se refere à essência da matéria, à velha questão dos 
filósofos gregos de como é possível reduzir a princípios simples a variedade e 
a multiplicidade dos fenômenos que envolvem a matéria e assim torná-los 
inteligíveis. O outro diz respeito a um problema epistemológico que, desde 
Kant em particular, foi suscitado várias vezes: até onde é possível objetivar as 
nossas observações da natureza. 
Na teoria quântica, o problema do fundo objetivo dos fenômenos surgiu 
numa forma nova e muito surpreendente. Tal questão pode, por conseguinte, 
ser também retomada a partir das ciências naturais modernas. 
A lei da radiação de Planck difere de modo bem característico das leis 
da natureza previamente formuladas. Ela prova pela primeira vez que há 
escalas na natureza e que fenômenos em diferentes graus de grandeza não 
são necessariamente do mesmo tipo. 
Poucos anos após a descoberta de Planck, já se compreendera o 
significado da "segunda constante de medida". A teoria da relatividade restrita 
de Einstein deixou claro aos físicos que a velocidade da luz não descrevia a 
propriedade de uma substância especial "éter" suporte de propagação da luz, 
que nela estava envolvida uma propriedade de espaço e do tempo, ou seja, 
uma propriedade geral da natureza não relacionada de modo algum a objetos 
particulares ou coisas na natureza. Pode-se considerar a velocidade da luz 
como uma constante da natureza. 
Nossos conceitos intuitivos de espaço e de tempo podem ser aplicados 
somente àqueles fenômenos que envolvem pequenas velocidades com 
respeito à velocidade da luz. Depois de aclarada a estrutura matemática da 
 
 
teoria da relatividade restrita, tornou-se logo possível, na primeira década 
deste século, analisar o significado físico dessas relações matemáticas. As 
muitas discussões em torno da teoria da relatividade evidenciaram conceitos 
profundamente arraigados que impediram a compreensão da teoria, mas as 
objeções foram rapidamente superadas. 
Era muito mais difícil de compreender as relações físicas ligadas à 
existência do quantum de ação de Planck. Segundo um artigo de Einstein de 
1918, parecia provável que as leis da teoria quântica implicavam relações 
estatísticas. Mas a primeira tentativa de estudar a natureza estatística das leis 
da teoria quântica foi realizada em 1924 por Bhor, Kramers e Slater.As 
relações entre os campos eletromagnéticos e as descontínuas, isto é, sob 
forma de quantum, absorção e emissão de átomos, como foram postulados 
por Planck, foram interpretadas da seguinte maneira: o campo das ondas 
eletromagnéticas determina apenas a probabilidade segundo a qual um 
átomo absorverá ou emitirá energia luminosa por quanta no espaço em 
consideração. O campo magnético não era mais tido como um campo de 
força que atuasse sobre a carga elétrica do átomo e provocasse o movimento: 
o campo determina apenas a probabilidade de ocorrência da emissão ou 
absorção. 
Mais tarde verificou-se que tal interpretação não era de todo exata 
pouco depois foram formuladas corretamente por Born. Este trabalho continha 
o conceito decisivo de que as leis da natureza determinam não a ocorrência 
de um evento mas a probabilidade de um evento verificar-se, e que a 
probabilidade deve estar ligada a um campo de onda que obedeça a uma 
equação de onda matematicamente formulável. 
A concepção de que os eventos não estão determinados de modo 
peremptório, mas a possibilidade ou tendência para que um evento ocorra 
apresenta uma espécie de realidade, uma certa camada intermediária de 
realidade, meio caminho entre a realidade maciça da matéria e a realidade 
intelectual ou imagem. Na teoria quântica moderna, tal conceito assume nova 
forma; é formulado quantitativamente como probabilidade e sujeito a leis da 
natureza que são expressas matematicamente. 
Tal introdução de probabilidade correspondia, a princípio, a uma 
situação muito próxima da encontrada nas experiências com fenômenos 
atômicos. A mecânica quântica obteve também confirmação exata em 
experimentos que possibilitaram uma evidencia quantitativa. 
As partículas elementares são, pois, as formas fundamentais que a 
sustância energia deve assumir a fim de converter-se em matéria, e tais 
formas básicas precisam de algum modo ser determinadas por uma lei 
fundamental exprimível em termos matemáticos. 
Se concebermos que existe tal formulação simples, a equação 
fundamental da matéria deverá conter, juntamente com duas constantes, 
velocidade da luz e quantum de ação de Planck, pelo menos uma outra 
constante similar de medida, já que as massas das partículas elementares, 
por razões puramente dimensionais, só podem provir da equação 
fundamental introduzindo mais uma. 
Não mais consideramos forças e campos de força como diferentes da 
matéria; sabemos que esses conceitos devem fundir-se num só. Na verdade, 
dizemos que uma área de espaço está livre de matéria (denominadas vácuo), 
se não houver nada presente exceto um campo gravitacional. Todavia, isso 
não ocorre na realidade, pois mesmo longe no universo há luz estelar, e isto é 
matéria. Além do mais, segundo Einstein, gravidade e massa são análogos e, 
por conseguinte, não são separáveis um do outro. 
Em segundo lugar, essa imagem da realidade material é hoje mais 
vaga do que foi por muito tempo. 
Max Planck descobriu, há mais de cinquenta anos, que a energia pode 
ser transmitida apenas em quantidades indivisíveis de tamanho definindo-as 
quanta. Todavia, como Einstein logo depois provou a identidade da massa e 
da energia, somos obrigados a afirmar para nós mesmos que as menores 
partículas de matéria, os átomos ou corpúsculos, que de há muito 
conhecemos e cuja existência é hoje demonstrada em inúmeras experiências, 
são exatamente os quanta de energia e, por assim dizer, pré-datando a 
descoberta de Planck em mais de dois mil anos. 
 
(Vídeo disponível no material on-line.) 
 
 
Veja a cronologia dos fatos: 
 
450 a.C. – Leucipo 
A matéria pode se dividir em partículas cada vez menores. 
 
400 a.C. – Demócrito 
Considerado o pai do atomismo grego. Denominação do átomo como a 
menor partícula de matéria. 
 
60 a.C. – Lucrécio 
Autor do poema De Rerum Natura, através do qual foi consolidado o 
atomismo de Demócrito. 
 
1661 – Boyle 
Autor do livro Sceptical chemist, no qual defendeu o atomismo e deu 
o primeiro conceito de elemento com base experimental. 
 
1808 – Dalton 
Primeiro modelo atômico com base experimental. O átomo é uma 
partícula maciça e indivisível. O modelo vingou até 1897. 
 
1834 – Faraday 
Estudo quantitativo de eletrólise, através do qual surgiu a ideia da 
eletricidade associada aos átomos. 
 
1874 – Stoney 
Admitiu que a eletricidade estivesse associada aos átomos em 
quantidades discretas. Primeira ideia de quantização da carga elétrica. 
 
1879 – Crooks 
Primeiras experiências de descarga elétrica a alto vácuo. 
 
1886 – Goldstein 
Descargas elétricas em gases à pressão reduzida com cátodo 
Descoberta dos raios canais ou positivos. 
 
1891 – Stoney 
Deu o nome de elétron para a unidade de carga elétrica negativa. 
 
1895 – Röentgen 
Descoberta dos raios X. 
 
1896 – Becquerel 
Descoberta da radioatividade. 
 
1897 – Thomson 
Descargas elétricas em alto vácuo (tubos de Crookes) levaram à 
descoberta do elétron. 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). 
Determinação da relação carga/massa (e/m) do elétron. 
 
1898 – Casal Curie 
Descoberta do polônio e do rádio. 
 
1900 – Max Planck 
Teoria dos quanta. 
 
1905 – Einstein 
Teoria da relatividade. Relação entre massa e energia (E=mc2). 
Esclarecimento do efeito fotoelétrico. Denominação fóton para o 
quantum de energia radiante. 
 
1909 – Millikan 
Determinação da carga do elétron. 
 
1911 – Rutherford 
 
 
O átomo não é maciço nem indivisível. O átomo seria formado por um 
núcleo muito pequeno, com carga positiva, onde estaria concentrada 
praticamente toda 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. 
 
1913 – Bohr 
Modelo atômico fundamentado na teoria dos quanta e sustentado 
experimentalmente com base na espectroscopia. Distribuição 
eletrônica em níveis de energia. Quando um elétron do átomo recebe 
energia, ele salta para o outro nível de maior energia, portanto mais 
distante do núcleo. Quando o elétron volta para seu nível de energia 
primitivo (mais próximo do núcleo), ele cede a energia anteriormente 
recebida sob forma de uma onda eletromagnética (luz). 
 
1916 – Sommerfeld 
Modelo das órbitas elípticas para o elétron. Introdução dos subníveis 
de energia. 
 
1920 – Rutherford 
Caracterização do próton como sendo o núcleo do átomo de hidrogênio 
e a unidade de carga positiva. Previsão de existência do nêutron. 
 
1924 – De Broglie 
Modelo da partícula-onda para o elétron. 
 
1926 – Heisenberg 
Princípio da incerteza. 
 
1927 – Schrödinger 
Equação de função de onda para o elétron. 
 
1932 – Chadwick 
Descoberta do nêutron. 
 
A mesma HISTÓRIA segundo a Teoria Quântica 
1900- Max Planck 
O físico alemão anuncia que a energia não é absorvida ou gerada em 
um fluxo contínuo, mas em pequenos pacotes, os quanta (plural de quantum, 
quantidade em latim). Em 1905, Einstein propõe que a luz também é 
composta por pacotes de energia. A palavra fóton, que designa o quantum de 
luz foi introduzida em 1926 pelo norte-americano Gilbert Lewis (1875-1946). 
 
1905- Albert Einstein 
E=mc2: a relatividade restrita 
O físico alemão demonstra que nada pode ultrapassar a velocidade da 
luz no vácuo (300 mil quilômetros por segundo) e que a energia(E) 
corresponde ao produto da massa (m) pelo quadrado da velocidade da luz (c). 
Essas conclusões, no entanto, pressupõem os mesmos princípios da 
mecânica newtoniana – propostos pelo físico e matemático inglês Isaac 
Newton. 
 
1913 – O átomo de Bohr 
A teoria quântica do físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962) propõe 
um novo modelo para a estrutura do átomo. Nela, os elétrons (partículas com 
carga elétrica negativa) giram em torno do núcleo atômico, formado por 
prótons. 
 
1915/16 – A relatividade geral 
Einstein demonstra que a gravidade dos corpos deforma no espaço e o 
tempo ao seu redor e que a mecânica de Newton não serve para descrever 
fenômenos físicos relativos a dimensões muito maiores que a do sistema 
solar. O espaço de três dimensões e de linhas retas é substituído pelo 
espaço-tempo quadridimensional curvado pela gravidade. 
 
1917 – O universo em expansão 
 
 
Com base na relatividade geral, o holandês Willem De Sitter (1872-
1934) propõe que o universo deve estar em expansão. Em 1929, o norte-
americano Edwin Hubble (1889-1953) calcula a distância entre galáxias e 
reforça essa hipótese, propondo o Big Bang (explosão que teria originado o 
Universo). Einstein já havia proposto que o universo seria estático, admitindo 
posteriormente que esse foi o "maior erro" que ele cometera. 
 
1919 – A curvatura comprovada 
A hipótese da deformação do espaço pela gravidade é comprovada 
experimentalmente por uma expedição de pesquisadores, inclusive por 
Einstein, em Sobral, no Ceará, durante um eclipse solar. A observação de 
estrelas demonstrou que os raios de luz "entortaram" ao passar perto do sol. 
Einstein se torna uma celebridade mundial. 
 
1923/24 – Louis-Victor de Broglie 
O físico francês mostra a dualidade da partícula. O elétron apresentava 
características tanto de um corpúsculo quanto de uma onda eletromagnética. 
Nasceu, assim, a chamada dualidade onda-partícula. 
 
1927 – Werner Heisenberg 
 O princípio da incerteza em 1925 inaugurou a mecânica quântica ao 
aplicar a teoria de Planck ao comportamento dos elétrons – propõe o seu 
princípio da incerteza. Ele provou matematicamente que é impossível medir 
com precisão a posição e a velocidade de uma partícula subatômica no 
mesmo instante. Para Einstein essa impossibilidade era um problema da 
teoria e não da natureza. 
 
1928 – Paul Adrien Maurice Dirac 
O físico britânico (1902-1984) prevê a existência de antimatéria. Em 
1930, nos EUA, Robert Oppenheimer (1904-1967) propõe a existência do 
pósitron (antimatéria do elétron, de carga positiva), que é descoberto em 1932 
em experimento do norte-americano Carl Anderson (1905-1991). 
 
1931 – Os buracos negros 
O indiano Subrahmanyan Chandrasekhar (1910-1995) demonstra que 
as estrelas podem entrar em colapso devido a sua própria gravidade, 
originando grandes concentrações de massa com gigantesca atração 
gravitacional, capazes de engolir tudo ao seu redor, inclusive a luz. Esses 
"raios cósmicos", cuja possibilidade já havia sido apontada em 1916 pelo 
alemão Karl Schwarzschild (1873-1916), são denominados buracos negros 
em 1967 por John Wheeler, dos EUA. 
 
1935 – Os "wormholes" e as viagens no tempo 
Einstein e Nathan Rosen publicam um estudo sobre a possibilidade de 
dois buracos negros se conectarem, Iigando regiões extremamente distantes 
do espaço-tempo. Conhecidos como "wormholes" (buracos de minhoca) ou 
pontes de Einstein-Rosen, essas conexões teoricamente permitiriam viagens 
através do tempo, segundo o estudo de 1988 de Kip Thorne, dos EUA. 
 
1935 – O "gato" de Schrödinger 
Erwin Schrödinger, em 1926, elaborou uma equação de onda que 
descrevia o comportamento dos elétrons. Propõe que, do modo como estava 
formulada, a mecânica quântica era inconsistente, não descrevia a realidade 
física e levava a paradoxos. Denominado "gato de Schrödinger", o 
experimento mostrava, sob determinadas circunstâncias, o animal vivo e 
morto ao mesmo tempo. 
 
1965 – O reforço do Big Bang 
Arno Penzias e Robert Wilson, dos laboratórios Bell, nos EUA, 
reforçam a teoria do Big Bang ao descobrir acidentalmente uma radiação 
durante testes de um equipamento. Essa radiação de fundo, que teria 
banhado o universo em seus primórdios devido ao processo de formação de 
átomos, conforme previsto por George Gamow em 1948, foi detectada 
diretamente em 1992 pelo satélite Cobe dos EUA. 
 
1975- Stephen Hawking 
Surpreende os físicos ao demonstrar que os buracos negros são 
capazes de emitir partículas, como se fossem corpos quentes. A proposta 
 
 
inspirada em formulações da mecânica quântica feitas por Richard Feynman 
(1918-1988), dos EUA, surpreende os físicos. Aos poucos é aceita como um 
grande passo rumo a uma gravitação quântica. 
 
1982 – A prova do non-sense 
Uma série de experimentos coordenados pelo francês Alain Aspect 
mostra que o microuniverso dos átomos e das moléculas não obedece à 
"lógica" que orienta a física do mundo macroscópico. 
 
1995 – O "gato" aparece 
Chris Monroe, David Wineland e colaboradores, do instituto Nacional 
de Padrões e Tecnologia, em Boulder (EUA), reproduzem em laboratório uma 
variação do experimento do "gato de Schrödinger ". Um átomo de berílio 
ocupou dois lugares ao mesmo tempo, representando o gato vivo e morto na 
proposição de Schroedinger. 
 
1997 – O teletransporte 
Pesquisadores da Universidade de Innsbruck (Áustria) conseguem 
reproduzir o estado quântico de um fóton em outro a um metro de distância. A 
experiência, com base no "paradoxo" EPR, demonstra a possibilidade de 
transportar corpos, de modo análogo ao representado na série "Jornada na 
Estrelas" para transportar tripulantes de uma nave para a superfície de 
planetas. 
 
1997 – Wei Cui, do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts, 
EUA) e os pesquisadores Wan Chen e Shuang N. Zhang, 
O arrastamento do espaço-tempo detecta buracos negros arrastando o 
espaço-tempo ao seu redor, confirmando previsão feita pelos físicos 
austríacos Joseph Lense e Hans Thirring em 1918. 
 
 
Leitura Obrigatória 
 
Acesse a Biblioteca Virtual e faça uma leitura dos subitens 2.1, 2.2 e 
2.3 (págs. 31 a 39) do livro Química, a Ciência Central, de Brown, Lemay, 
Bruce e Burdge. Estude com atenção os exercícios resolvidos. 
 
Para conhecer mais sobre o assunto, assista aos vídeos disponíveis a 
seguir: 
https://youtu.be/esreyoKP1sc 
https://www.youtube.com/watch?v=qId2dtsFWGU 
https://www.youtube.com/watch?v=HmUxFLa0m0Q 
 
(Vídeo disponível no material on-line.) 
Síntese 
Muito bem! Chegamos ao final dos estudos da primeira aula de 
Química Geral. Hoje aprendemos um pouco mais sobre as formas de energia 
e matéria e as teorias atômicas. Esse conteúdo é muito importante para o seu 
futuro profissional, portanto, esperamos que tenha feito bom proveito de seus 
estudos! 
Até a próxima aula! 
 
Referências 
 
BROWN, T.L. LEMAY, H. E., BURSTEN, B. E. E BURDGE, J. R. Química, a 
ciência central. São Paulo: Pearson, 2005. 
 
HAWKING, S. Uma breve história do tempo. Rio de Janeiro: Intrínseca, 
2015.