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Deixa que a gente explica! www.bioexplica.com.br UNIDADE 5: Atomística – Modelos atômicos É p ro ib id a a re p ro d u çã o , t o ta l o u p ar ci al , d es te m at er ia l Os átomos são o que constitui a matéria e, desde a antiguidade, vem sendo estudados para entender sua estrutura. A primeira ideia de como seria um átomo foi elaborada por dois pensadores, Demócrito (500 a.C.) e Leucipo (460 a.C.). Segundo eles, deveria haver um limite para o tamanho das partículas, pois em algum momento elas se tornariam tão pequenas que seria impossível dividi-las. Essa partícula indivisível foi chamada de Átomo – aquilo que não se pode dividir. EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS Os modelos atômicos são teorias elaboradas com base em experimentos realizados por cientistas para explicar como são os átomos. Vale frizar que trata-se de modelos, e não se sabe ao certo se, de fato, existem na natureza. Os modelos foram elaborados para explicar os fenômenos que ocorrem com base nos átomos, visando tornar mais didática e palpável qualquer conceito que precise envolver a utilização da ideia de átomos para ser aplicado. Cientistas, pesquisadores e filósifos elaboraram e evoluíram as teorias ao longo do tempo até que chegássemos ao modelo atual. MODELO ATÔMICO DE DALTON: Em 1808, John Dalton propôs uma teoria atômica com base em experimentos fundamentados nas Leis Ponderais. O modelo de Dalton ficou conhecido como “bola de bilhar”: Dalton elaborou os seguintes postulados: 1) Os átomos são esféricos, maciços, indestrutíveis e indivisíveis. 2) A combinação de átomos de elementos químicos diferentes forma diferentes substâncias químicas. 3) Em uma transformação química, os átomos não são criados nem destruídos, são rearranjados formando novas substâncias. 4) Átomos de diferentes elementos apresentam massa, forma e tamanho diferentes. MODELO ATÔMICO DE THOMSON Em 1974, o físico Joseph John Thomson, realizou um experimento a fim de entender a natureza elétrica do átomo.Em seu experimento, Thomson estudava sobre feixes de raios catódicos e percebeu que tais raios podiam ser interpretados como partículas com carga elétrica negativa. Consequentemente, foi possível concluir que essas partículas eram constituintes de toda matéria. O EXPERIMENTO: O QUE OCORRE??? No experimento, temos um tubo fechado com um gás submetido à baixa pressão. Figura 1: Representação do modelo atômico de Dalton Figura 2: experimento de Thomson http://www.bioexplica.com.br/ Deixa que a gente explica! www.bioexplica.com.br É p ro ib id a a re p ro d u çã o , t o ta l o u p ar ci al , d es te m at er ia l Uma DDP da ordem de 104 volts é aplicada no polo negativo (cátodo) e, como podemos ver no ponto 1, um feixe luminoso será emitido. No ponto 2, o feixe é submetido à ação de um campo elétrico, sofrendo um considerável desvio em direção ao polo positivo, o que indica que essas partículas contidas no átomo possuem carga negativa, reforçando a hipótese de Thomson acerca de existência dos elétrons. De acordo com Thomson, os elétrons estariam incrustados em um fluido positivo, assim, ele elaborou um modelo atômico que ficou conhecido como “pudim de passas”: MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD Ernest Rutherford era um pesquisador ligado à equipe de pesquisadores de Thomson. Durante esse período, ele realizou um dos experimentos mais importantes para o homem em relação ao conhecimento sobre os átomos. Em 1911, ele decidiu bombardear uma fina lâmina de ouro com partículas alfa (composta por 2 prótons e 2 neutrons) oriundas de uma amostra de polônio. A área do experimento foi cercada por um anteparo recoberto por sulfeto de zinco (ZnS), assim qualquer partícula que causasse um impacto seria percebida ao cintilar no anteparo, isto é, seria percebida por emitir feixes luminosos. Ao contrário do que se imaginava na época, a maior parte das partículas atravessou a lâmina como se ela não existisse. Poucas eram as que passavam com desvios e outros ricocheteavam e eram percebidas no anteparo. Este resultado levou Rutherford a propor que a matéria era constituída principalmente por espaços vazios. Esse espaço vazio, então, foi denominado eletrosfera. Como as partículas alfa eram positivas, concluiu-se que os ricochetes e os desvios ocorriam como resultado da interação dessas partículas com o núcleo. Devido ao número de partículas que interagiram serem poucas, pode-se concluir que a massa do átomo era concentrada em uma região positiva, que passou a ser chamada de núcleo. A partir disso, Rutherford chegou as seguintes conclusões: Núcleo: Região pequena e densa; apresenta praticamente toda a massa do átomo. Eletrosfera: Região grande e externa; representa o volume do átomo. Os elétrons são partículas com carga negativa que orbitam o núcleo na eletrosfera. O modelo de Rutherford ficou conhecido como modelo planetário, por sua similaridade com o sistema solar. Sendo o átomo formado por duas regiões e descontínuo, Rutherford concluiu que a matéria também era descontínua. Assim, foi elaborado o modelo atômico de Rutherford, também conhecido como modelo planetário. O núcleo é representado pelos prótons (azuis) e nêutrons (vermelhos), já a eletrosfera e as órbitas são representadas pelos elétrons (pretos) e por suas trajetórias. Porém, o modelo atômico de Rutherford tinha um “pequeno grande” problema: teoricamente, os prótons contidos no núcleo atrairiam os elétrons presentes na eletrosfera. Mesmo orbitando em alta velocidade ao redor do Figura 2: Representação do modelo atômico de Thomson Figura 3: Representação do experimento de Rutherford Figura 4: Representação do átomo de Rutherford http://www.bioexplica.com.br/ Deixa que a gente explica! www.bioexplica.com.br É p ro ib id a a re p ro d u çã o , t o ta l o u p ar ci al , d es te m at er ia l núcleo, com o tempo, os elétrons perderiam energia cinética e se chocariam com o núcleo atômico, de acordo com as leis fundamentais do eletromagnetismo. Esse problema será resolvido com a quantização da energia, proposta no modelo seguinte com os postulados de Niels Bohr. MODELO ATÔMICO DE BOHR Em 1913, Niels Bohr, que era aprendiz de Rutherford, elaborou seu próprio modelo atômico com base em experimentos e, principalmente, no modelo e resultados das pesquisas da época, em principal a teoria de Max Planck e o modelo atômico de Rutherford. Bohr percebeu que a órbita na qual os elétrons se localizam tinha uma relação com a energia armazenada por esses elétrons. Dessa forma, ele pode concluir que: Os elétrons giram em torno do núcleo em órbitas circulares com energias bem definidas; mais tarde essas órbitas foram chamadas de “camadas eletrônicas”. O elétron ao absorver energia suficiente do exterior “salta” para uma camada mais externa, que comporte essa energia. O elétron nesse estado é chamado de elétron ativado ou excitado. A energia necessária para saltar de uma cada a outra foi denominada “quantum” e é equivalente a diferença energética entre as camadas. O elétron tende a liberar essa energia na forma de radiação ou luz (fóton) ao retornar para sua camada de origem. A partir de suas conclusões, Bohr propôs o seguinte modelo atômico: MODELO ATÔMICO DE SOMMERFELD O físico Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld apresentou um novo modelo atômico em 1916, baseado na mecânica quântica. Sommerfeld disse que os elétrons descreviam órbitas circulares e elípticas ao redor do núcleo. Considerou, ainda, que a liberação do fóton ocorria pelo fato das camadas eletrônicas possuírem certas subdivisões, ou subníveis energéticos (s, p, d e f). Para ele, o orbital s era circular e os demais elípticos.1. (Uel) Gaarder discute a questão da existência de uma “substância básica”, a partir da qual tudo é feito. Considerando o átomo como “substância básica”, atribua V (verdadeiro) ou F (falso) às afirmativas a seguir. ( ) De acordo com o modelo atômico de Rutherford, o átomo é constituído por duas regiões distintas: o núcleo e a eletrosfera. Thomson propôs um modelo que descrevia o átomo como uma esfera carregada positivamente, na qual estariam incrustados os elétrons, com carga negativa. No experimento orientado por Rutherford, o desvio das partículas alfa era resultado da sua aproximação com ATIVIDADES PROPOSTAS Figura 5: Representação do átomo de Bohr Figura 6: Representação dos subníveis propostos por Sommerfeld ( ) ( ) http://www.bioexplica.com.br/ Deixa que a gente explica! www.bioexplica.com.br É p ro ib id a a re p ro d u çã o , t o ta l o u p ar ci al , d es te m at er ia l cargas negativas presentes no núcleo do átomo. Ao considerar a carga das partículas básicas (prótons, elétrons e nêutrons), em um átomo neutro, o número de prótons deve ser superior ao de elétrons. Os átomos de um mesmo elemento químico devem apresentar o mesmo número atômico. Assinale a alternativa que contém, de cima para baixo, a sequência correta. a) V – V – F – F – V. b) V – F – V – F – V. c) V – F – F – V – F. d) F – V – V – V – F. e) F – F – F – V – V. 02. (Fepar) O modelo atômico de Dalton, concebendo o átomo como uma bolinha maciça e indivisível, fez a Química progredir muito no século XIX. Mas o conhecimento sobre estrutura atômica evoluiu à medida que determinados fatos experimentais eram observados, gerando a necessidade de proposição de modelos atômicos com características que os explicassem. Assim, a cada grande descoberta, os cientistas foram elaborando novas teorias e novos modelos de átomos para ilustrar essas teorias. Tendo como referência a evolução dos modelos atômicos, julgue as afirmativas. ( ) O sal de cozinha, NaC , emite luz de coloração amarela quando colocado numa chama, porque os elétrons do cátion +Na , ao receberem energia da chama, saltam de uma camada mais externa para uma mais interna, emitindo luz amarela. A concepção teórica de uma órbita definida para um elétron é inaceitável depois do conhecimento do princípio de Heisenberg. Uma partícula constituída por 16 prótons, 32 nêutrons e 18 elétrons é um ânion bivalente. O conjunto dos quatro números quânticos (n 3, 1, m 0, s 1 2) pode representar o elétron mais energético de um metal alcalino. No modelo atômico atual, os elétrons têm, simultaneamente, caráter corpuscular e de onda. 03. (Unicid - Medicina) Ao tratar da evolução das ideias sobre a natureza dos átomos, um professor, apresentou as seguintes informações e figuras: Desenvolvimento histórico das principais ideias sobre a estrutura atômica 400 a.C. Demócrito A matéria é indivisível e feita de átomos. 350 a.C. Aristóteles A matéria é constituída por 4 elementos: água, ar, terra, fogo. 1800 Dalton Todo e qualquer tipo de matéria é formada por partículas indivisíveis, chamadas átomos. 1900 Thomson Os átomos dos elementos consistem em um número de corpúsculos eletricamente negativos englobados em uma esfera uniformemente positiva. 1910 Rutherford O átomo é composto por um núcleo de carga elétrica positiva, equilibrado por elétrons (partículas negativas), que giram ao redor do núcleo, numa região denominada eletrosfera. 1913 Böhr A eletrosfera é dividida em órbitas circulares definidas; os elétrons só podem orbitar o núcleo em certas distâncias denominadas níveis. 1930 Schrödinger O elétron é uma partícula- onda que se movimenta ao redor do núcleo em uma nuvem. 1932 Chadwick O núcleo atômico é também integrado por partículas sem carga elétrica, chamadas nêutrons. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) http://www.bioexplica.com.br/ Deixa que a gente explica! www.bioexplica.com.br É p ro ib id a a re p ro d u çã o , t o ta l o u p ar ci al , d es te m at er ia l a) Complete o quadro abaixo indicando o número do modelo que mais se aproxima das ideias de Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr. Dalton Thomson Rutherford Böhr b) Considere a situação: uma solução aquosa de cloreto de bário e outra de cloreto de estrôncio são borrifadas em direção a uma chama, uma por vez, produzindo uma chama de coloração verde e outra de coloração vermelha, respectivamente. Como e a partir de que momento histórico as ideias sobre estrutura atômica explicam o resultado da situação descrita? 04. (Uemg) NÃO LUGAR Estou me olhando do futuro que não existe e considero o passado que me trespassou: Há uma névoa em torno desse núcleo que fui eu. — Quem fui eu, ao ser? — Quem serei, não sendo? Tenho que estudar melhor o caso das partículas de elétron que estão sem ser e são sem estar. Que o núcleo existe é certo. Mas mal o posso tocar. não chega a ser bem uma casa mas nele é que me coube habitar. (Sísifo desce a montanha) A última estrofe do poema trata da existência do núcleo atômico, conceito que foi introduzido por: a) Bohr. b) Rutherford. c) Thomson. d) Dalton. 05. (Uece) Há cerca de dois mil e quinhentos anos, o filósofo grego Demócrito disse que se dividirmos a matéria em pedacinhos, cada vez menores, chegaremos a grãozinhos indivisíveis, que são os átomos (a = não e tomo = parte). Em 1897, o físico inglês Joseph Thompson (1856-1940) descobriu que os átomos eram divisíveis: lá dentro havia o elétron, partícula com carga elétrica negativa. Em 1911, o neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937) mostrou que os átomos tinham uma região central compacta chamada núcleo e que lá dentro encontravam-se os prótons, partículas com carga positiva. Atente à figura a seguir, que representa o núcleo e a eletrosfera do átomo. Com relação à figura acima, é correto afirmar que: a) o núcleo é muito pequeno, por isso, tem pouca massa se comparado à massa do átomo. b) mais de 90% de toda a massa do átomo está na eletrosfera. c) considerando as reais grandezas do núcleo e da eletrosfera do átomo, se comparadas às suas representações na figura, o tamanho da eletrosfera está desproporcional ao tamanho do núcleo. d) a massa do núcleo é bem maior do que a massa da eletrosfera, cuja relação fica em torno de 100 vezes. http://www.bioexplica.com.br/ Deixa que a gente explica! www.bioexplica.com.br É p ro ib id a a re p ro d u çã o , t o ta l o u p ar ci al , d es te m at er ia l QUESTÃO 01 Gabarito: [A]. Verdadeiro. Rutherford através de seus experimentos, onde bombardeou partículas alfa em uma lâmina de ouro, pode constatar que o átomo possuía um núcleo denso e positivo e os elétrons giravam ao redor do núcleo, em uma região chamada de eletrosfera. Verdadeiro. Esse modelo ficou conhecido como “pudim de passas”, onde o átomo seria positivo com cargas negativas incrustadas. Falso. O desvio das partículas alfa (positivas) ocorreu derivado do fato da sua aproximação com o núcleo, carregado positivamente. Falso. Em um átomo neutro o número de prótons é igual ao de elétrons. Verdadeiro. O número atômico seria a “identidade do átomo”, ou seja, átomos de um mesmo elemento possuem o mesmo número atômico. QUESTÃO 02 Gabarito: F – V – V – F – V. [F] Os elétrons ao receberem uma determinada quantidade de energia saltam de uma camada mais interna (estado fundamental) para uma mais externa (estado excitado), ao retornarem ao estado fundamental emitem luz amarela. [V] De acordo com o princípiode Heisenberg, não podemos determinar com precisão e simultaneamente a posição e a velocidade de uma partícula. [V] O átomo está com 2 elétrons a mais que o número de prótons, ou seja, ganhou 2e , tornando-se um ânion bivalente. [F] O conjunto dos 4 números quânticos: (n 3, 1, m 0, s 1 2), significa que o átomo em questão apresenta seu elétrons de diferenciação em 23p ou 53p (conforme a orientação do spin), no primeiro caso irá pertencer a família dos metais alcalinos terrosos e no segundo caso irá pertencer a família dos halogênios. [V] Segundo o modelo atualmente aceito, o elétron apresenta caráter dual de onda-partícula. QUESTÃO 03 Gabarito: a) Observe o quadro a seguir: Dalton Thomson Rutherford Böhr VI II V I b) A partir de 1913 Niels Böhr, baseando-se no estudo do elemento químico hidrogênio, cria os seguintes postulados: 1º) Um átomo é formado por um núcleo e por elétrons extranucleares, cujas interações elétricas seguem a lei de Coulomb. 2º) Os elétrons se movem ao redor do núcleo em órbitas circulares. 3º) Quando um elétron está em uma órbita ele não ganha e nem perde energia, dizemos que ele está em uma órbita discreta ou estacionária ou num estado estacionário. 4º) Os elétrons só podem apresentar variações de energia quando saltam de uma órbita para outra. 5º) Um átomo só pode ganhar ou perder energia em quantidades equivalentes a um múltiplo inteiro (quanta). QUESTÃO 04 Gabarito: [B]. Rutherford através de seu experimento com bombardeamento de partículas alfa em finas lâminas de ouro, conseguiu provar que a matéria é formada por núcleo onde ficam as partículas positivas e eletrosfera onde giram os elétrons. QUESTÃO 05 Gabarito: [C]. Rutherford imaginou que o átomo seria composto por um núcleo positivo e muito pequeno, hoje se sabe que o tamanho do átomo varia de 10.000 a 100.000 vezes maior do que o tamanho do seu núcleo. Ele também acreditava que os elétrons giravam ao redor do núcleo e neutralizavam a carga positiva do núcleo. Considerando as reais grandezas do núcleo e da eletrosfera do átomo, se comparadas às suas representações na figura, o tamanho da eletrosfera está desproporcional ao tamanho do núcleo. GABARITOS http://www.bioexplica.com.br/ Deixa que a gente explica! www.bioexplica.com.br É p ro ib id a a re p ro d u çã o , t o ta l o u p ar ci al , d es te m at er ia l Referencial Teórico: FONSECA, Martha Reis Marques da. Coleção de Química: Parte 01, Parte 02 e Parte 03. São Paulo: Editora Atica, 2014. FONSECA, Martha Reis Marques da. Completamente Química, Ciências, Tecnologia & Sociedade. São Paulo: Editora FTD S.A., 2001, 624 p. TITO CANTO. Química na abordagem do cotidiano, volume 1, 5ª edição, ed moderna, São Paulo, 2009. FELTRE, R. Química Geral. 7ª edição, ed moderna, São Paulo, 2008. FELTRE, R. Físico-Química. 7ª edição, ed moderna, São Paulo, 2008. FELTRE, R. Química Orgânica. 7ª edição, ed moderna, São Paulo, 2008. USBERCO, João; Salvador, Edgard. Química Geral. 12ª.ed. São Paulo: Saraiva, 2006. LEMBO, Antonio; Groto,Robson. Química - Geral e Orgânica. 2010. ATKINS, P.W.; JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3.ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. 965 p. BROWN, Theodore; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química: a ciência central. 9 ed. Prentice-Hall, 2005. ATKINS, Peter W.; JONES, Loretta. Princípios de Química: questionando a vida moderna o meio ambiente. 3 ed. Guanabara Koogan, 2006 MENDES, Aristênio. Elementos de Química Inorgânica, Fortaleza, 2005. LEE, JD Química Inorgânica: não tão Concisa. Ed. Edgard Blucher Edito, 1ª.ed, 2003. SOLOMONS, ,T.w. Graham. Química Orgânica, 10ª edição, LTC, 2012 LEHNINGER, AL; NELSON, DL e COX, MM. Princípios de Bioquímica. Ed. Artmed, 6ª.ed 2014. http://www.bioexplica.com.br/
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