Modelos Atômicos: Dalton, Thomson e Rutherford

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Disciplina: Princípios de Química Biológica
Aula 2: Átomos e elementos
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Apresentação
Toda matéria é formada por partículas muito pequenas, que são denominadas átomos.
De uma maneira geral, é comum questionarmos como a Química consegue explicar os átomos sem que eles nunca tenham sido
observados. Os microscópios eletrônicos oferecem algumas informações sobre as moléculas, mas ainda bem pouco quando tratamos
da estrutura atômica.
O átomo era deEnido como uma unidade indivisível até Enais do século XIX, devido ao primitivo modelo atômico sugerido. Modelo esse
que provava a existência de partículas subatômicas. Com o desenvolvimento da Ciência e o passar dos anos, novas pesquisas foram
realizadas e novos modelos atômicos surgiram.
Objetivos
Descrever os modelos atômicos de Dalton, J. J. Thomson, E. Rutherford, Bohr e o modelo do átomo da Mecânica Quântica;
Explicar em detalhes a constituição moderna da matéria;
Escrever a conEguração eletrônica dos elementos.
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Modelos atômicos
! Átomo | Fonte: Sergey Nivens / Shutterstock.
A estrutura da matéria é estudada desde o século V a.C., quando surgiu a primeira ideia sobre sua constituição. Os Elósofos
Leucipo e Demócrito aErmavam que a matéria não poderia ser dividida inEnitamente, chegando a uma unidade indivisível
denominada átomo.
A palavra “átomo” deriva do grego e signiEca indivisível (a = negação + tomo = parte).
O átomo é a menor partícula de um elemento e que retém suas propriedades químicas. A interação entre átomos é
responsável pelas propriedades da matéria.
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! John Dalton | Fonte: Wikipedia <https://pt.wikipedia.org/wiki/John_Dalton> .
Modelo atômico de Dalton
Em 1808, o químico inglês John Dalton (1766-1844)
apresentou um modelo de matéria que é a base da moderna
teoria atômica cientíEca.
A principal diferença entre a teoria de Dalton e a de Demócrito
é que Dalton baseou sua teoria em evidências, e não numa
crença.
! Modelo atômico de Dalton. | Fonte: Nasky /
Shutterstock.
Sua teoria:
1 Toda matéria é formada de partículas muito pequenas e indivisíveis, que Daltonchamou de átomos.
2 Em reações químicas comuns, nenhum átomo desaparece ou se transforma emum átomo de outro elemento.
3
Compostos são formados pela combinação química de dois ou mais tipos de
átomos. Em um dado composto, as quantidades de átomos de cada tipo de
elemento são constantes e quase sempre expressas como números inteiros.
4 Molécula é uma combinação de dois ou mais átomos que agem como umaunidade.
https://pt.wikipedia.org/wiki/John_Dalton
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Modelo atômico de J. J. Thomson
A primeira evidência experimental da estrutura interna dos
átomos foi obtida em 1897. O físico britânico J. J. Thomson
sugeriu um modelo atômico que Ecou conhecido como “o
modelo do pudim de passas”, que retratava o átomo como
uma esfera de material gelatinoso com carga positiva sobre a
qual os elétrons estariam suspensos como passas em um
pudim. Esse modelo, entretanto, foi descartado em 1908 por
outra observação experimental.
! Modelo atômico de Thomson | Fonte: yaruna, magnetix / Shutterstock.
! J. J. Thomson | Fonte: Wikimedia Commons
<https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b2/PSM_V73_D482_Joseph_John_Thomson.png>
.
Modelo atômico de Rutherford
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b2/PSM_V73_D482_Joseph_John_Thomson.png
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! Ernest Rutherford | Fonte: Wikipedia
<https://en.wikipedia.org/wiki/Ernest_Rutherford#/media/File:Ernest_Rutherford_LOC.jpg>
.
Ernest Rutherford sabia que alguns elementos, incluindo o
radônio, emitem partículas de carga positiva, as que chamou
de partículas α (partículas alfa). Ele e seus estudantes
Ezeram passar um feixe de partículas através de uma folha
de platina muito Ena, cuja espessura era de apenas uns
poucos átomos. Embora quase todas as partículas α
passassem e sofressem eventualmente um desvio muito
pequeno, cerca de 1 em cada 20.000 sofria um desvio
superior a 90°, e algumas poucas partículas voltavam na
direção da trajetória original.
! Experimento de Rutherford | Fonte: Adaptado de Secretaria da Educação do
Paraná.
! Explicação do experimento de Rutherford e modelo de átomo | Fonte: Adaptado
de Manual de Química UOL.
Os resultados do experimento sugeriam um modelo nuclear
do átomo, no qual um centro muito pequeno e denso de
carga positiva, o núcleo, era envolvido por um volume muito
grande de espaço praticamente vazio que continha os
elétrons.
Rutherford imaginou que quando uma partícula α com carga
positiva atingia diretamente um dos núcleos muito pequenos,
porém pesados, de platina, a partícula sofria um desvio muito
grande, como uma bola de tênis se chocando com uma bala
de canhão parada.
https://en.wikipedia.org/wiki/Ernest_Rutherford#/media/File:Ernest_Rutherford_LOC.jpg
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Modelo atômico de Bohr
A ideia de átomo de Thomson e Rutherford foi,
posteriormente, aprimorada pelo físico Niels Bohr (e,
novamente, por Rutherford). Essa é a razão pela qual o átomo
chamado de modelo planetário é também conhecido como
modelo atômico de Rutherford-Bohr. Foi Bohr quem incluiu,
no modelo atômico da teoria quântica, a explicação de como
os distintos níveis de energia (existentes na eletrosfera)
impediam os elétrons de cair no núcleo, o que
inevitavelmente ocorreria se o átomo se comportasse como
um sistema solar, como Rutherford propôs de início.
Com a ideia do átomo maciço e indivisível eliminada, coube
ao próprio Rutherford sugerir que o núcleo atômico não se
enquadrava nesta deEnição. De forma antes não imaginada,
o núcleo seria formado por partículas ainda menores. As que
tinham carga positiva receberam o nome de próton.
! Niels Bohr | Fonte: Wikipedia
<https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6d/Niels_Bohr.jpg> .
! Modelo atômico de Rutherford-Bohr | Fonte: yaruna / Shutterstock.
Em 1932, o físico britânico James Chadwick descobriu o
nêutron, partícula que seria também constituinte do núcleo,
porém sem carga elétrica.
Nos aproximamos à concepção atual do átomo: um núcleo
pequeno e maciço, combinado de prótons (carga positiva) e
nêutrons (sem carga elétrica), que é envolto por uma
eletrosfera formada por elétrons (carga negativa) de massa
desprezível.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6d/Niels_Bohr.jpg
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! Mapa Mental de Modelos Atômicos | Fonte: Adaptado de Brasil Escola
<https://brasilescola.uol.com.br/fisica/modelos-atomicos.htm> . (Nasky / Shutterstock).
Composição do Átomo
O átomo é composto por prótons, elétrons e, na maioria dos casos, nêutrons.
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/modelos-atomicos.htm
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"Clique nos botões para ver as informações.
Um elétron é uma partícula negativamente carregada que se move ao redor do núcleo de um átomo. Estão dispostos em
camadas e orbitam a uma mesma distância do núcleo. São deEnidos como:
Partículas que constituem o átomo;
Localizados na eletrosfera;
Possuem uma energia deEnida, que são denominadas nível de energia ou camada eletrônica.
Se um átomo ganha ou perdeelétrons, ele se torna um íon, que pode ser positivo ou negativo.
Elétron !
Partícula subatômica com carga +1 e massa de aproximadamente 1u. É encontrado no núcleo.
Próton !
Partícula subatômica com massa de aproximadamente 1u e carga zero. É encontrado no núcleo.
Nêutron !
Exemplo
O elétron é uma partícula subatômica que possui uma massa muito pequena. Esse valor é tão baixo
(aproximadamente 1/1840) que é considerado desprezível em relação à massa total do átomo.
Abaixo relacionamos algumas propriedades das partículas elementares:
Partícula Massa relativa Carga elétrica relativa
Núcleo
Próton 1 1
Nêutron 1 0
Eletrosfera Elétron 1/1836 -1
! Estrutura do átomo | Fonte: Brasil Escola.
Cada átomo pode ser especiEcado por dois números: o número atômico e o número de massa.
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1
Número atômico
(Z)
O número atômico (Z) de um
elemento equivale ao
número de prótons em seu
núcleo.
2
Número de massa
atômica (A)
É a quantidade total de
partículas do núcleo, que é
igual à soma de prótons e
nêutrons, ou seja, A = p + n.
Observe que, em um átomo neutro, o número de elétrons é igual ao número de prótons.
Atualmente, são conhecidos 116 elementos com números atômicos entre 1 e 116. O menor número atômico pertence ao
elemento hidrogênio, que possui apenas um próton, e o maior (até agora), ao elemento mais pesado conhecido, com 116
prótons e que ainda não tem nome.
Para identiEcar um átomo, utilizamos a seguinte notação:
Onde o X é o símbolo do elemento.
Quando o átomo se torna um íon, isso signiEca há diferença entre seu número de cargas positivas (prótons) e de cargas
negativas (elétrons). Se ganhar um ou mais elétrons, sua carga será negativa e será denominado de ânion. Se perder um ou
mais elétrons, a sua carga será positiva e será chamado de cátion.
Átomos com o mesmo número de prótons, mas diferente de nêutrons, são chamados isótopos. Cada isótopo, portanto, possui
diferentes números de massa.
As propriedades dos isótopos do mesmo elemento são quase idênticas e assim consideradas para quase todos os Ens.
Diferem-se, porém, nas propriedades radioativas.
Exemplo
O nitrogênio, em sua forma natural, é formado por dois isótopos.
As massas desses isótopos são: N = 15,0001u e N = 14,00307u.15 14
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Átomos que possuem o mesmo número de nêutrons, mas diferentes números atômicos (Z) e de massa (A) são denominados
isótonos.
Temos abaixo as representações de quatro elementos químicos:
Cl17 37 Ca20 40 Mg12 26 Si14 28
Os números subscritos representam o número atômico (Z), que se refere aos prótons. Já os números sobrescritos
correspondem ao número de massa (A). Como sabemos que o número de massa é a soma de prótons e nêutrons que existem
no núcleo, é possível descobrir quantos nêutrons cada um desses átomos possui:
A = P + N
N = A – P
Cl
N = A – P
N = 37-17
N = 20
17 37 Ca
N = A – P
N = 40 - 20
N = 20
20 40 Mg
N = A – P
N = 26 - 12
N = 14
12 26 Si
N = A – P
N = 28 - 14
N = 14
14 28
Podemos observar que o Cl e o Ca possuem 20 nêutrons, ou seja, são isótonos.
Observamos também que o Mg e o Si possuem 14 nêutrons e são isótonos entre si.
Saiba mais
Quando átomos que possuem o mesmo número de massa (A), porém diferentes números atômicos (Z),
eles são denominados isóbaros.
Exemplos de isóbaros: Ca , K , Ar .
Já os átomos (ou íons) que possuem o mesmo número de elétrons são chamados isoelétricos ou
isoeletrônicos.
20
40
19
40
18
40
Distribuição eletrônica
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! As sete camadas eletrônicas de um átomo | Fonte:
Adaptado de Manual de Química Uol.
O modelo atômico atual mostra que o átomo possui um núcleo com prótons e
nêutrons e uma eletrosfera formada por várias camadas eletrônicas. Para a maioria
dos elementos, temos no máximo sete camadas. Elas são representadas pelas
letras K, L, M, N, O, P e Q.
Os elétrons se distribuem nas camadas eletrônicas de acordo com subníveis de
energia, identiEcados pelas letras s, p, d, f, que aumentam de energia nessa ordem,
respectivamente. Cada nível pode conter uma quantidade máxima de elétrons
distribuídos nos subníveis de energia.
Linus Pauling (1901-1994) elaborou
uma representação gráEca que
demonstra essa observação da ordem
crescente de energia, a qual
chamamos Diagrama de Pauling:
! Diagrama de Pauling | Fonte: Adaptado de Manual
de Química Uol.
Abaixo temos a quantidade máxima de elétrons que cada nível e subnível pode
comportar:
! Quantidade máxima de elétrons para preencher cada nível e subnível | Fonte: Manual de Química Uol.
Níveis
Quantidade máxima
de elétrons
K 2
L 8
M 18
N 32
O 32
P 18
Q 8
Subníveis
Quantidade
máxima de
elétrons
s 2
p 6
d 10
f 14
Exemplo
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Fazer a distribuição eletrônica do magnésio (Mg), cujo número atômico é igual a 12, em níveis e subníveis
de energia.
A quantidade de elétrons e de prótons é igual, ou seja, temos que distribuir 12 elétrons. Observe que a
distribuição eletrônica do magnésio em subníveis de energia é dada por: 1s 2s 2p 3s .
Já a distribuição eletrônica por camadas pode ser representada por: 2 – 8 – 2, o que signiEca que o
átomo desse do magnésio possui 2 elétrons na camada K, 8 elétrons na camada L e 2 dois elétrons na
camada M.
2 2 6 2
Atividade
1. O cloro presente no PVC tem dois isótopos estáveis. O Cl com massa de 34,97u constitui 75,77% do cloro encontrado na
natureza. Outro isótopo é o Cl cuja massa é 36,95u. Qual é a massa atômica do cloro?
35
37
a) 35,45u
b) 34,50u
c) 35,8u
d) 41,00u
2. Indique, respectivamente, os números de prótons, nêutrons e elétrons existentes no átomo de mercúrio Hg :80 200
a) 80, 120, 80
b) 80, 200, 80
c) 80, 80, 200
d) 200, 120, 80
e) 200, 120, 200
3. (Fuvest – SP) O número de elétrons do cátion X de um elemento X é igual ao número de elétrons do átomo neutro de um
gás nobre. Esse átomo de gás nobre apresenta número atômico 10 e número de massa 20. O número atômico do elemento X
é:
2+
a) 8
b) 10
c) 12
d) 18
e) 20
Referências
BIBLIOTECA Universitária Pearson. Química Geral. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2014. (Unidade 1).
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BIBLIOTECA Universitária Pearson. Química Geral. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2014. (Unidade 1).
CHRISTOFF, Paulo. Química Geral. Curitiba: Intersaberes, 2015. cap. 3.
Próxima aula
Tabela Periódica (TP) dos elementos;
In{uência da distribuição eletrônica na posição do elemento na TP;
ClassiEcação dos elementos;
Propriedades periódicas.
Explore mais
Pratique seus conhecimentos através das atividades de simulação abaixo:
Um olhar dentro do átomo <http://rived.mec.gov.br/atividades/quimica/estruturaatomica/atividade3/atividade3.htm> ;
Entendendo o átomo <http://rived.mec.gov.br/atividades/quimica/estruturaatomica/atividade4/atividade4c.htm> .
Assista também o vídeo:
Tudo se transforma - história dos modelos atômicos <https://www.youtube.com/watch?v=58xkET9F7MY> .
http://rived.mec.gov.br/atividades/quimica/estruturaatomica/atividade3/atividade3.htm
http://rived.mec.gov.br/atividades/quimica/estruturaatomica/atividade4/atividade4c.htm
https://www.youtube.com/watch?v=58xkET9F7MY