Você já se perguntou do que as coisas ao seu redor são feitas? Basta dizer que você olha para uma mesa, você pode chamar de mesa de madeira. Mesmo assim, ao se olhar no espelho, dirá que ele é de vidro. Basicamente, esses dois materiais têm características diferentes, mas você sabia que ambos são compostos da mesma matéria? Seu nome é átomo.
Os átomos são as menores partículas de um elemento que participam de reações químicas. Seu tamanho extremamente pequeno os torna incapazes de serem vistos, mesmo usando os microscópios de luz mais fortes. Destes, o menor é o átomo de hidrogênio.
Modelos Atom
Os cientistas estudaram essas partículas minúsculas por séculos, mas não foram capazes de determinar sua aparência. Foi apenas em 1808 que Dalton publicou sua teoria sobre a estrutura do átomo. Desde então, os modelos atômicos evoluíram junto com as últimas descobertas. Desta vez, discutiremos os vários modelos atômicos propostos por cientistas.
Teoria de Dalton
John Dalton é um químico, físico e meteorologista britânico que publicou pela primeira vez pesquisas sobre a existência de átomos. Dalton explicou que a matéria consiste em partículas indivisíveis chamadas átomos.
Infelizmente, pesquisas adicionais provaram que o próprio átomo é divisível e consiste em partículas subatômicas. As partículas subatômicas consistem em elétrons, prótons e nêutrons. Desde então, os cientistas têm tentado propor diferentes modelos, considerando a posição dessas partículas subatômicas, incluindo JJ Thomson e Rutherford.
O modelo atômico mostra a estrutura atômica e o arranjo das partículas subatômicas dentro de um átomo. A descoberta de prótons e elétrons levou os cientistas a argumentar que os átomos são compostos de prótons e elétrons que equilibram suas cargas. Eles descobriram que os prótons estavam do lado de dentro do átomo, enquanto os elétrons estavam do lado de fora e facilmente se separavam.
Existem 4 modelos atômicos propostos por cientistas, a saber, o modelo proposto por Thomson, Rutherford, Bohr e o modelo da mecânica quântica.
Modelo Thomson de Atom
Joseph John Thomson foi o físico vencedor do Prêmio Nobel britânico que primeiro propôs o modelo atômico. Na verdade, ele os publicou antes da descoberta do próton e do núcleo atômico. Em sua teoria, Thomson considerou os átomos como o pão de passas ou o modelo do pudim de ameixa porque os elétrons na esfera de carga positiva pareciam frutas secas no pudim de Natal.
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Este modelo assume que um átomo consiste em uma bola carregada positivamente com elétrons embutidos nela. Um átomo pode ter uma carga neutra porque tem as mesmas cargas negativas e positivas.
Modelo do átomo nuclear de Rutherford
Ernest Rutherford é um físico e químico nascido na Nova Zelândia e mora na Inglaterra. Ele propôs o modelo atômico após realizar um experimento conhecido como experimento de espalhamento de Rutherford. Ele e dois de seus alunos conduziram experimentos de espalhamento de raios alfa em uma fina placa de ouro.
Rutherford considerou que a carga positiva geral de um átomo está concentrada em uma região muito pequena conhecida como núcleo. Os elétrons giram em torno do núcleo atômico em alta velocidade em caminhos circulares chamados órbitas. A atração eletrostática entre o núcleo e os elétrons mantém os elétrons em sua trajetória.
O modelo de Rutherford também revelou que o número de prótons é igual ao número de elétrons e é conhecido como número atômico. Enquanto isso, se o número de prótons e o número de nêutrons forem combinados, o valor será o mesmo que o número da massa atômica.
Infelizmente, o modelo do átomo de Rutherford foi incapaz de explicar a estabilidade do átomo. De acordo com a teoria eletromagnética, as partículas carregadas perdem energia durante a aceleração. A perda de energia pode diminuir a velocidade dos elétrons e, eventualmente, os elétrons serão atraídos para o núcleo e os átomos serão destruídos. Além disso, o modelo de átomo de Rutherford também não explicava nada sobre a distribuição de elétrons e energias eletrônicas. Além disso, este modelo atômico também não é capaz de explicar o espectro de linhas dado por cada elemento.
Modelo Bohr do Atom
Para responder às deficiências do modelo atômico de Rutherford, especialmente em relação ao espectro de linha e estabilidade atômica, Niels Bohr publicou seu próprio modelo atômico. Ele disse que os elétrons giram em torno do núcleo do átomo em certas órbitas circulares chamadas camadas de energia ou níveis de energia. Os elétrons girando na camada de energia estão associados a uma quantidade fixa de energia. Essas camadas de energia são numeradas 1, 2, 3 e assim por diante a partir do núcleo atômico ou são especificadas como camadas k, l, m e assim por diante.
O arranjo dos elétrons em um átomo é conhecido como configuração eletrônica. A configuração do elétron pode ajudar a explicar como os átomos se unem. O preenchimento dos elétrons nas camadas atômicas começa a partir do preenchimento da camada mais interna ou de menor energia. O número máximo de elétrons que podem ocupar a camada é 2n2.
Teoria Atômica da Mecânica Quântica
Infelizmente, o modelo atômico proposto por Bohr não foi capaz de explicar o espectro de átomos de hidrogênio nos campos magnético e elétrico. O físico austríaco Erwin Schrödinger tentou responder. Ele desenvolveu uma teoria atômica baseada nos princípios da mecânica quântica. O modelo proposto por Schrödinger não difere muito do de Bohr, pois o átomo possui um núcleo carregado positivamente e é circundado por elétrons carregados negativamente. A diferença está na posição dos elétrons que circundam o núcleo atômico.
Em sua teoria, Bohr argumentou que os elétrons circundam o núcleo atômico em órbitas a uma certa distância do núcleo atômico, que é chamado de raio atômico. Mas na teoria da mecânica quântica, a posição dos elétrons ao redor do núcleo atômico não pode ser conhecida com certeza, de acordo com o princípio da incerteza de Heisenberg. Portanto, a maior probabilidade da posição de um elétron está nessa órbita. Ou seja, pode-se dizer que a região de maior probabilidade de encontrar elétrons nos átomos está nos orbitais.
O modelo da mecânica quântica também afirma que o movimento dos elétrons ao redor do núcleo atômico tem a propriedade do dualismo, conforme proposto por de Broglie. Como o movimento dos elétrons ao redor do núcleo tem uma natureza ondulatória, a equação para o movimento dos elétrons ao redor do núcleo deve estar relacionada à função de onda.
Schrödinger complementou sua teoria com uma equação que afirma que o movimento dos elétrons ao redor do núcleo atômico associado à natureza dualística da matéria pode ser expresso em termos de coordenadas cartesianas. Essa equação ficou conhecida como equação de Schrödinger.
A partir dessa equação, Schrödinger produziu três números quânticos, a saber, o quantum principal (n), o quantum azimutal (A) e o quantum magnético (m). Esses três números quânticos são inteiros simples que indicam a probabilidade de elétrons ao redor do núcleo atômico. A solução para a equação de Schrödinger produz três números quânticos. O orbital é derivado da equação de Schrödinger para que haja uma relação entre o orbital e todos os três números.
