Modelos atômicos - Química Geral teórica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS 
FACULDADE DE FÍSICA
DÉBORA SILVA
ISABELA DOS SANTOS
LARISSA VIANA 
PEDRO VELOSO
SEIICHI ITO
MODELOS ATÔMICOS
BELÉM/PA
2018
DÉBORA SILVA
ISABELA DOS SANTOS
LARISSA VIANA 
PEDRO VELOSO
SEIICHI ITO
Trabalho de pesquisa apresentado como
 requisito para obtenção de nota n
a disciplina 
Química Geral Teórica I, ministrada pelo Prof. Dr. 
Borgéa
.
BELÉM/PA
2018
Introdução
Contexto histórico
A definição de Átomo surgiu na Grécia antiga, por Leucipo de Mileto e por seu discípulo Demócrito de Abdera, por volta de 400 a.c.
O filósofo Demócrito, foi considerado o pai do atomismo grego, pois acreditava que toda matéria não poderia ser dividida de forma Infinita, ou seja, chegaria um determinado momento que haveria uma unidade indivisível e invisível aos olhos humanos, partícula essa denominada de Átomo. Foi quando surgiu pela primeira vez entre os filósofos gregos a expressão atomismo. 
O atomismo foi a teoria que mais se aproximou das concepções contemporâneas científicas do modelo atômico atual.
Evolução
É notório que ao longo dos séculos o modelo atômico sofreu mudanças até chegar ao modelo que conhecemos atualmente, os grandes cientistas que contribuíram foram: 
1.2.1 1800 – John Dalton: Em 1800, Dalton propôs outro modelo atômico que dizia:
 A matéria é constituída por átomos que são indivisíveis.
 Um átomo de um elemento é igual a outro átomo para formar ligações.
1.2.3 1856 – Thomson: Descobriu a natureza elétrica da matéria, os elétrons. O seu modelo atômico ficou conhecido como pudim de passas, pois ele afirmava que o átomo era uma esfera que tinha massa positiva e os elétrons, carga negativa, ficavam distribuído quase que uniformemente, como as passas em um pudim.
1.2.4 1911 – Rutherford: Afirmou através de experiências com radioatividade:
O átomo possui espaços vazios (eletrosfera).
O átomo possui uma região positiva denominada núcleo (prótons).
Os elétrons se encontram na eletrosfera, girando ao redor do núcleo positivo como um sistema solar.
As órbitas são circulares.
Modelo Atômico de Dalton
2.1 Contexto Histórico
O cientista inglês John Dalton, em 1808, propôs uma teoria sobre o átomo e sua constituição física embasando-se no conceito de átomo dos pensadores gregos Demócrito (500 a. C.) e Leucipo (460 a. C.) e na Lei da Conservação das Massas, elaborada pelo químico francês Lavoisier (1743-1794). 
Teoria Atômica
Dalton propôs sua teoria atômica e o modelo do átomo “bola de bilhar”, e dele tirou as seguintes conclusões:
Átomos são partículas extremamente pequenas que são a unidade fundamental de toda matéria, sendo que estes são como esferas maciças, imutáveis e indivisíveis, e não podem ser criados, nem destruídos.
Os átomos de um elemento o caracterizam. Átomos de um mesmo elemento são idênticos, assim como elementos diferentes têm átomos com propriedades diferentes.
As transformações e reações químicas são uma reorganização dos átomos, ou seja, uma combinação ou separação de tais.
Compostos químicos são formados por uma mistura de átomos de dois ou mais elementos em uma razão fixa.
Lei das Proporções Constantes
A teoria de Dalton foi útil para confirmar a Lei das Proporções Constantes, elaborada pelo químico francês Proust (1754-1826), que diz que uma determinada substância composta é formada por substâncias mais simples, unidas sempre na mesma proporção em massa. Também explicou o porquê da conservação da massa nas reações químicas.
Apesar de ter contribuído para solucionar problemas químicos complexos, a teoria de Dalton, apesar de apresentar ideias que são, em parte, aceitas, deixou dúvidas em certos pontos, por exemplo, na distinção entre átomo e molécula, e nas fórmulas incorretas propostas para certos compostos.
O modelo atômico de Dalton foi defasado no final do século XIX pelo cientista inglês Joseph John Thomson (1856-1940), que, com sua teoria, provou a divisibilidade do átomo. Contudo, a contribuição de Dalton é de valor imenso, e serviu para estimular o pensar do mundo cientifico em relação à existência dos átomos.
Modelo atômico de Thomson
 3.1. Contexto Histórico
O Modelo Atômico de Thomson foi o primeiro modelo de estrutura atômica a indicar a divisibilidade do átomo.
Perto de 1900, o físico inglês Joseph John Thomson (1856-1940), após realizar uma série de experimentos científicos com descargas elétricas em gases, concluiu que qualquer matéria, independente de suas propriedades, continha partículas de massa muito menores que o átomo de Hidrogênio. Verificou também, que estas partículas tinham carga negativa e que, em determinadas circunstâncias, podiam ser extraídas dos átomos. Tais partículas foram inicialmente chamadas de corpúsculos negativos. Hoje chamado de elétron, foi sua maior contribuição para o modelo atômico atualmente aceito.
3.2. Experimento
Utilizando uma ampola de Crookes, isto é, tubos de vidro fechados com um eletrodo positivo e outro negativo, contendo gases a pressões extremamente baixas; o cientista inglês Joseph John Thomson (1856-1940) fez uma descoberta imprescindível para a evolução do modelo atômico.
Ele submeteu estes gases a voltagens elevadíssimas, desse modo foi possível observar o aparecimento de emissões, que foram denominadas raios catódicos. Em seguida, foi colocado um campo elétrico externo e, por fim, verificou-se que o feixe de raios catódicos era desviado, sempre indo na direção e sentido da placa carregada positivamente. Portanto, estas emissões possuíam cargas negativas.
Outro ponto importante é que não importava o gás utilizado, sempre ocorria o mesmo; assim Thomson chegou à conclusão lógica de que estas cargas negativas estavam presentes em toda e qualquer matéria, eram parte integrante destas. Desse modo, provou-se que, ao contrário do que Dalton havia afirmado, o átomo não era indivisível, pois possuía uma partícula subatômica negativa, que ficou denominada elétron.
3.3 Conclusões
A explicação de Thomson sobre o porquê e como os elétrons estão espalhados é que eles apresentam a mesma carga, existe entre eles uma repulsão mútua, o que faz com que estejam uniformemente distribuídos na esfera.
Thomson sugeriu que os elétrons situavam-se incrustados no núcleo de carga positiva, tendo o aspecto de ameixas em um pudim. Por esse motivo, o seu modelo atômico ficou conhecido como o “modelo pudim de ameixa” ou “pudim com passas”. Deste modo, o átomo era naturalmente neutro, pois os elétrons incrustados no núcleo anulavam a carga positiva do núcleo.
Alguns dos pontos importantes do modelo proposto por Thomson permanecem no modelo atual como o átomo ser uma esfera, mas não maciça indivisível e a menor partícula no universo como propunha o modelo atômico de Dalton e os elétrons não estão fixos ou presos no átomo, podendo ser transferidos para outro átomo em determinadas condições como ligações iônicas.
O modelo atômico de Thomson, embora aceito, tinha muitos defeitos em sua teoria, como propor que há certa estabilidade em relação à distribuição uniforme dos elétrons, o que poderia ser modificado por influência de energia. Porém, a Física Clássica, com base no eletromagnetismo, não permite a existência de um sistema estável pautado apenas na repulsão entre as partículas de mesma carga e mesmo que os elétrons estejam distribuídos uniformemente no átomo, eles têm a capacidade de se deslocar de forma acelerada e, por isso, devem emitir radiação eletromagnética em certas frequências específicas. Todavia, isso não era observado.
O modelo de Thomson era muitas vezes ineficaz para explicar propriedades atômicas, como sua composição e organização, sendo substituído após alguns anos pelo modelo atômico sugerido por Ernest Rutherford anos mais tarde.
Modelo atômico de Rutherford
4.1. Contexto Histórico
Ernest Rutherford foi um dos cientistas mais importantes da virada do século XX. Considerado como " pai da física nuclear" ele teveinúmeras contribuições no campo da físico-química e também da geologia. Rutherford sempre foi recompensado desde os dez anos de idade com bolsas de estudo em colégios conceituados, onde concluiu sua graduação e seguiu sua carreira acadêmica com mérito. Mas foi em 1985 graças as suas contribuições voltadas a radioatividade que ele ganhou uma das suas mais importantes bolsas na qual lhe deram a opção de escolher onde estudar e continuar a desenvolver suas pesquisas. 
Ao escolher o laboratório de Cavendish na Universidade de Cambridge, Rutherford iniciou seu trabalho sob direção do professor renomeado J.J Thomson, um dos físicos experimentais mais brilhantes da época. O qual em 1903 formulou o modelo atômico denominado "pudim de passas" o que serviu de base para a posterior contribuição de Rutherford ao elaborar seu próprio modelo atômico. 
4.2. Experimentação
Na história da física a aceitação de algo passou a depender da experimentação. Anterior a Rutherford o seu professor, Thomson se beneficiou da radioatividade para explicar como era formado o átomo, mas equivocadamente seu modelo durou um curto período de tempo logo sendo substituído. O experimento do espalhamento de partículas foi um dos passos fundamentais de Rutherford na atomistica. Em 1907, foi realizado definitivamente o experimento por Henris Geiser e Henry Marsden, que consistia em bombardear uma fina folha de ouro com partículas alfa, vindas de uma amostra de polônio. Após o bombardeamento percebeu-se que algumas partículas sofreram deflexão, ou seja, foram desviadas, e também que a maioria delas seguiu sua trajetória sem desvios, isto poderia se encaixava até então pelo modelo de Thomson por haver interação eletrostática nas cargas positivas. Porém, poucas acabavam retornando a folha, sofriam retro-espalham que não era possível de se explicar com o modelo atual. 
4.3. O modelo atômico
Foi apenas dois anos depois que Rutherford elaborou seu próprio modelo atômico chamado por ele de "sistema planetário". Esta denominação se dá por ele se parecer com o sistema solar, onde havia um núcleo carregado positivamente e, em sua volta, órbitas circulares denominadas elestrosferas e carregadas de elétrons, os quais desenvolveriam uma força centrípeta que os impediriam de cair no núcleo. Rutherford também inseriu em seu modelo que o núcleo formado positivamente era denso e pequeno o suficiente para ser comparado com uma ponta de alfinete no centro de um campo de futebol. Além disso, ele percebeu também que apenas metade de sua massa poderia ser justificada com prótons. Apenas em 1932 J. Chadwick bombardeou o berilio com partículas alfas e descobriu a presença de nêutrons, apenas uma confirmação na qual Rutherford já havia previsto. O nêutron era de tamanho semelhante ao próton, mas eletricamente, nulo. Então o núcleo de um átomo é formado por prótons e nêutrons justamente para haver uma estabilidade atômica. 
Mas o modelo de Rutherford ainda não era o ideal, a falha surgiu a respeito dos elétrons orbitarem o núcleo, de acordo com a física clássica e com a teoria do eletromagnetismo já conceituada na época, a tendência dos elétrons é irradiar energia até ela cessar e cada vez mais suas órbitas iriam diminuir até haver um colapso no núcleo, porém não era isso que ocorria de alguma maneira eram violadas as leis clássicas e Rutherford não foi capaz de explicar. Este paradoxo do não decaimento do elétron no núcleo se tornou um dos mistérios que foram explicados pelo então aluno e sucessor de Rutherford. Niels Bohr aprimorou o modelo do sistema planetário já com uma explicação baseada na teoria quântica de energia desenvolvida por Max Planck, no qual ai se dava inicio a era quântica.
Referências
Kirk, G. S.; Raven J. E.; Schofield, M.; Os Filósofos PréSocráticos, 4a. edição, Fundação Calouste Gulbenkian; Lisboa, 1994. 
Bassalo, J. M. F.; “Partículas Elementares: do átomo grego à supercorda”, In op. cit., Caruso, F.; Santoro, A., Eds.; pp. 87-165.
“Modelos Atômicos”. Disponível em: <https://www.todamateria.com.br/modelos-atomicos/> Acessado em: 17 de nov. 2016.
De Paula. S. C. “Modelos Atômicos”. Disponível em: <http://educacao.globo.com/quimica/assunto/estrutura-atomica/modelos-atomicos.html> Não datado.
SARDELLA, Antônio. Curso de química: Química geral, São Paulo – SP: Editora Ática, 2002. 25ª Edição, 2ª impressão. 448 págs.
CUPIDO. R. L. “Átomo”. Disponível em: <http://www.algosobre.com.br/fisica/atomo.html> Acesso em 23 jul. 2010.
“Átomo”. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Átomo> Acesso em 23 jul. 2010.
FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Lei de Proust ou Lei das Proporções Constantes"; Brasil Escola. Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/quimica/lei-proust-ou-lei-das-proporcoes-constantes.htm>. Acesso em 12 de maio de 2018.
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“Modelo atômico de Thomson”. Disponível em: <https://www.todamateria.com.br/modelo-atomico-de-thomson/> Não Datado.
“Experimento de J. J. Thomson”. Disponível em: <http://www.e-quimica.iq.unesp.br/index.php?option=com_content&view=article&id=73:experimento-de-thonson&catid=36:videos&Itemid=55> Não datado.
DIAS, Diogo Lopes. "Modelo atômico de Thomson"; Brasil Escola. Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-atomo-thomson.htm>. Acesso em 13 de maio de 2018.
FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. “O experimento de Thomson com descargas elétricas”. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/quimica/o-experimento-thomson-com-descargas-eletricas.htm> Acesso em 13 mai. 2018.
Conclusão
Um grande salto rumo ao desenvolvimento da química como ciência foi a evolução do entendimento a respeito da estrutura atômica. Mas, para que chegássemos até a ideia atual da estrutura atômica, foi preciso o pensamento de filósofos, que levantaram hipóteses, isto é, suposições que, no começo, não puderam ser comprovadas, sobre a constituição da matéria. 
Foi somente no século XIX que a ideia dos átomos foi retomada, pois agora os cientistas podiam testar as suas hipóteses por meio de experimentos para comprová-los ou para refutar ideias de outros cientistas. Embora algumas ideias não estivessem totalmente corretas, todas as contribuições dadas foram importantes, pois foi a partir da ideia de um cientista que o outro pode desenvolver o próximo modelo.
Séculos após o surgimento do atomismo, chegamos ao modelo aceito hoje pela comunidade científica. Porém, É importante ressaltar que as ideias sobre o que compõe o átomo continuam progredindo e existem outros modelos atômicos mais modernos.