ATOMÍSTICA

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O Átomo
Como podemos notar, existem alguns objetos onde o conteúdo é obvio. Por outro lado, em outros objetos podemos especular acerca de uma infinidade de conteúdos.
Esse desafio serviu para nos mostrar que um modelo que utilizamos para descrever o conteúdo de algum objeto nem sempre é eficiente, porém, se nos esforçarmos, podemos encontrar modelos bastante satisfatórios e que representem bem a realidade. Como reconhecemos se um modelo está próximo da realidade? Nesses exemplos acima podemos abrir a lata, a mochila, mala e caixa e comparar os objetos com o modelo proposto.
Mas, e para a ciência?
Para a ciência, em muitos casos, os objetos estão em “caixas” que não podem ser abertas.
Então, os cientistas observam, analisam, estudam, levantam hipóteses para explicar, imaginam experimentos. Levantam dados e analisam se suas hipóteses têm coerência com o esperado.
Em caso afirmativo, a hipótese levantada pode estar correta e se for aceita pela comunidade científica, transforma-se em uma teoria.
As teorias são modelos para explicar os objetos encontrados na mochila, lata e caixas.
Elas vão corresponder a um certo grau da realidade. Muitas teorias não podem ser testadas experimentalmente, mas são aceitas por seu conteúdo teórico.
Conclusão: Modelo é uma representação! Não corresponde 100% à realidade. Trata-se de um recurso baseado em informações adquiridas e suposições.
 
“Modelo Científico”
Vamos trabalhar agora a ideia de um modelo. Você deve se lembrar que modelo é uma construção que visa representar alguma coisa concreta ou ideia, o que não quer dizer que esse corresponda 100% à realidade.
Na construção de um modelo, procuramos nos aproximar o máximo possível da realidade, usando os nossos conhecimentos acerca da coisa ou ideia a ser representada.
Conforme vamos criando modelos, vão se tornando mais evidentes as falhas ocorridas tanto por nós quanto pelos outros, o que nos leva a um aprimoramento.
Para exemplificar, vamos tentar descobrir o conteúdo dos objetos abaixo.
 
A estrutura atômica
Matéria é tudo o que tem massa e ocupa lugar no espaço.
Exemplo: papel, plástico, tecidos, metais, balas, doces, batons e até o ar (que não podemos ver, mas conseguimos sentir).
Mas do que é constituída a matéria? Alguns filósofos da Grécia antiga admitiam intuitivamente que:
A matéria é constituída de partículas minúsculas e indivisíveis, a que chamaram de átomos (do grego, a = partícula de negação e tomos = partes).
Existem várias teorias que procuram explicar como é o átomo. Vamos conhecê-las.
 
Modelo atômico de Dalton
Entre 1803 e 1808, o cientista inglês John Dalton propôs uma teoria que ficou conhecida como teoria atômica de Dalton. Veja alguns pontos importantes dessa teoria:
Todas as substâncias são formadas por átomos;
Os átomos são esferas rígidas e indivisíveis, semelhantes a minúsculas bolas de bilhar;
Os átomos não são criados nem destruídos;
Nas reações químicas os átomos se recombinam.
 
Modelo atômico de Thomson – “Pudim de passas”
Outro cientista inglês, Joseph John Thomson, após a descoberta do elétron, uma minúscula partícula de carga negativa, propôs um novo modelo segundo o qual o átomo seria formado por uma esfera de carga elétrica positiva, possuindo em sua superfície elétrons incrustados.
Assim, a carga elétrica total de um átomo seria nula, pois a carga negativa dos elétrons compensaria a carga positiva da esfera que os contém. Este modelo é conhecido como modelo do pudim de passas.
 
Modelo atômico de Rutherford
Em 1911, o cientista Ernest Rutherford, nascido na Nova Zelândia, realizou o seguinte experimento, através do qual propôs um novo modelo para o átomo.
Rutherford bombardeou finíssimas lâminas de ouro com partículas a (partículas alfa, que são partículas positivas).
A lâmina de ouro ficou entre a chapa fosforescente (lâmina de sulfeto de zinco) e o material radioativo (fonte de partículas alfas). A luminosidade na chapa deveria desaparecer, pois a lâmina de ouro barraria a radiação. Mas não foi isso que aconteceu. Uma grande luminosidade continuou sendo vista do outro lado da lâmina de ouro, indicando que as partículas alfa haviam atravessado a lâmina. Na chapa de sulfeto de zinco foi registrada luminosidade em outras partes, evidenciando que a trajetória das partículas alfa era desviada por alguma coisa na lâmina de ouro.
 
Experimento de Rutherford
Resumindo, Rutherford observou que durante a realização do experimento:
- a maioria das partículas a atravessava a lâmina de ouro sem sofrer desvios e sem provocar alterações na lâmina;
- pequena quantidade de partículas não atravessava a lâmina e voltava;
- algumas partículas a sofriam desvios ao atravessar a lâmina.
A experiência permitiu concluir o seguinte:
- O átomo não é maciço, apresentando mais espaços vazios do que preenchidos, pois a maioria das partículas a atravessava livremente a lâmina. Esse espaço vazio é a eletrosfera.
- A maior parte do átomo se encontra em uma pequena região central – o núcleo, dotada de carga positiva, onde estão os prótons, minúsculas partículas de carga positiva. Algumas partículas não atravessavam esta região porque possuíam carga positiva, como as do núcleo, e cargas iguais se repelem.
- Girando ao redor do núcleo, na eletrosfera, estão os elétrons, muito mais leves (1836 vezes) que os prótons.
 
Modelo atômico planetário de Rutherford-Bohr
Rutherford imaginou um modelo semelhante a um sistema solar, em que os elétrons giram em torno do núcleo em órbitas (trajetórias fechadas).
Sendo o núcleo dotado de carga positiva e a eletrosfera de carga negativa (elétrons) e sabendo que cargas de sinais opostos se atraem, por que então os elétrons não caem dentro do núcleo? Quem conseguiu explicar esta questão foi Bohr, surgindo assim, o modelo atômico de Rutherford-Bohr.
Segundo Bohr, um elétron, enquanto permanece numa mesma órbita, não emite energia. Para que o elétron mude de órbita é preciso que ele absorva ou libere energia. Desta forma, o modelo de Rutherford-Bohr descreve o elétron girando ao redor do núcleo, em camadas estacionárias, fixas em energia e desta forma, o elétron não cai dentro do núcleo.
Além do elétron e do próton, existem no átomo outra partícula subatômica, os nêutrons, com a mesma massa dos prótons, mas com carga elétrica zero, que se encontram no núcleo e são encarregados de diminuir a repulsão entre os prótons, mantendo-os mais afastados.
 
Símbolos das partículas
As principais partículas do átomo - os nuclídeos - são as seguintes: prótons, elétrons e nêutrons.
As partículas atômicas são simbolizadas por sua letra inicial minúscula, acompanhada de dois índices: o índice da esquerda indica a massa da partícula; o índice da direita indica sua carga. Assim:
As partículas também podem ser representadas apenas com a indicação de suas cargas. Veja:
 
Tamanho do átomo
O diâmetro do átomo é de aproximadamente 0,000000003 cm (átomo de hidrogênio). É tão pequeno que, se cada ser humano fosse do tamanho de um átomo, toda a população mundial caberia na cabeça de um alfinete. E os núcleos atômicos, então, são bem menores; medem geralmente cerca de 0,0000000000001 cm. Se tomássemos o estádio do Maracanã como modelo do átomo, conservando a escala, o núcleo seria do tamanho de uma pulga.
Como já dissemos, entre o núcleo e os elétrons não existe nada, só um grande vazio. Se fosse possível pegar todos os átomos de ferro da Terra e comprimi-los de modo que os elétrons se juntassem ao núcleo, caberiam todos num dedal de costureira.
Devido a essas dimensões tão pequenas, o átomo é invisível, mesmo ao microscópio eletrônico, mas os cientistas dispõem de métodos capazes de permitir a construção de modelos dele, baseados em dados experimentais.
 
Número atômico (Z)
O número de prótons que cada átomo tem é chamado número atômico (símbolo Z).
Z = número de p+ = número atômico.
Observe os exemplos:
O átomo de hélio tem 2 prótons no núcleo. Logo, o seu número atômico é 2.
O átomo de flúor tem 9 prótons no núcleo. Logo, o seu número atômico é 9.
 
Número de massa atômica (A)
Este é umconceito relacionado com a massa do átomo. Sabemos que, das três partículas fundamentais do átomo, o elétron possui massa desprezível, portanto o número de massa de um átomo (símbolo A) é dado pela soma do número de prótons e de nêutrons existentes no núcleo.
A = N % Z, onde:
número de nêutrons = N
número de prótons = Z
número de massa = A
Observe os exemplos:
O átomo de sódio tem 11 prótons e 12 nêutrons no núcleo. Logo, o seu número de massa é 23.
Z = 11 e N = 12 => A = 11% 12 => A = 23
O átomo de oxigênio tem 8 prótons e 8 nêutrons no núcleo. Logo, o seu número de massa é 16.
Z = 8 e N = 8 => A = 8 % 8 => A = 16
 
Elemento químico
Elemento químico é um tipo de átomo caracterizado por um determinado número atômico, isto é, número de prótons.
Todos os átomos de hidrogênio, por exemplo, têm número atômico igual a 1, e, da mesma maneira, o elemento químico oxigênio é formado por todos os átomos que têm número atômico igual a 8.
Existem mais de 100 elementos químicos conhecidos atualmente que se combinam para a formação de tudo o que existe na natureza, e a diferença entre esses elementos é o seu número de prótons.
 
Cada elemento químico tem um nome e um símbolo. O símbolo é geralmente tirado do nome do elemento em latim, obedecendo à seguinte regra: a primeira letra é sempre a inicial maiúscula do nome do elemento; a segunda letra, se houver, será minúscula (isso evita que dois elementos cujos nomes comecem com a mesma letra tenham o mesmo símbolo).
Vejamos alguns exemplos:
Nome em português         Origem do nome                       Símbolo
Hidrogênio                         Hydrogenum (latim)                       H
Potássio                              Kalium (latim)                                  K
Cloro                                   Chlorus (grego)                                C
Enxofre                               Sulfur (latim)                                    S
Cromo                                 Chroma (grego)                              Cr
Sódio                                   Natrium (latim)                               Na
Mercúrio                             Hydrargyrium (latim)                     Hg
 
O elemento químico pode ser representado também pela indicação do seu número atômico e do seu número de massa. O número atômico deve ser escrito à esquerda e um pouco abaixo
do símbolo (como índice), e o número de massa, à esquerda e um pouco acima (como expoente), ou então à direita e um pouco acima. Assim:
Por esta representação, podemos determinar quantos prótons, elétrons e nêutrons os átomos dos elementos possuem.
Veja:
 
Tabela