Modelos Atômicos

Logo após a descoberta das partículas subatômicas de um átomo, os cientistas estavam ansiosos para descobrir a distribuição dessas partículas dentro do átomo. Vários modelos atômicos foram propostos para explicar a estrutura do átomo. Contudo, muitos deles não conseguiam explicar a estabilidade do átomo. Vamos aprender sobre dois desses modelos atômicos que levaram ao nosso conceito atual do átomo.

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Modelo Atómico da Thomson

Em 1898, J. J. Thomson propôs o primeiro de muitos modelos atómicos a vir. Ele propôs que um átomo tenha a forma de uma esfera com um raio de aproximadamente 10-10m, onde a carga positiva é uniformemente distribuída. Os electrões estão embutidos nesta esfera de modo a dar a disposição electrostática mais estável.

A figura acima não lhe faz lembrar uma melancia cortada com sementes no interior? Ou, você também pode pensar nela como um pudim com os elétrons sendo a ameixa ou as passas de uva no pudim. Portanto, este modelo também é referido como o modelo da melancia, o modelo do pudim de ameixa ou o modelo do pudim de passas.

Um aspecto importante deste modelo é que ele assume que a massa do átomo está uniformemente distribuída sobre o átomo. O modelo atômico de Thomson foi bem sucedido em explicar a neutralidade geral do átomo. Contudo, suas proposições não foram consistentes com os resultados de experimentos posteriores. Em 1906, J. J. Thomson recebeu o Prêmio Nobel de Física por suas teorias e experimentos sobre condução de eletricidade por gases.

Você pode baixar a Estrutura da Chacota Atômica clicando no botão de download abaixo

Modelo Atômico de Rutherford

O segundo dos modelos atômicos foi a contribuição de Ernest Rutherford. Para criar seu modelo, Rutherford e seus alunos – Hans Geiger e Ernest Marsden realizaram uma experiência onde bombardearam uma fina folha de ouro com partículas do α. Vamos entender este experimento.

α-Particle Scattering Experiment

Experiment

Neste experimento, partículas de alta energia α de uma fonte radioativa foram direcionadas para uma fina folha (cerca de 100nm de espessura) de ouro. Uma tela circular, fluorescente de sulfeto de zinco estava presente em torno da fina folha de ouro. Um pequeno flash de luz era produzido em um ponto da tela sempre que partículas de α o atingissem.

Resultados

Baseado no modelo de Thomson, a massa de cada átomo na folha de ouro deveria ser distribuída uniformemente por todo o átomo. Portanto, quando as partículas do α atingem a folha de alumínio, espera-se que elas diminuam e mudem de direção apenas por pequenos ângulos à medida que passam pela folha de alumínio. Entretanto, os resultados do experimento de Rutherford foram inesperados –

• A maior parte das partículas do α passou sem desvio através da folha.
• Um pequeno número de partículas do α foi desviado por pequenos ângulos.
• Muitas poucas partículas do α (cerca de 1 em 20.000) retornaram.

Conclusões do experimento de dispersão do α

Baseado nos resultados acima, Rutherford fez as seguintes conclusões sobre a estrutura do átomo:

• Desde que a maioria das partículas do α passou através da folha sem ser desviada, a maior parte do espaço no átomo está vazia.
• A deflexão de algumas partículas do α carregadas positivamente deve ser devido à enorme força repulsiva. Isto sugere que a carga positiva não está uniformemente espalhada por todo o átomo como Thomson tinha proposto. A carga positiva tem de ser concentrada num volume muito pequeno para desviar as partículas positivas α-partículas.
• Os cálculos de Rutherford mostram que o volume do núcleo é muito pequeno comparado com o volume total do átomo e o raio de um átomo é cerca de 10-10m, enquanto que o do núcleo é de 10-15m.

Modelo Nuclear do Átomo

Com base nas suas observações e conclusões, Rutherford propôs o seu modelo da estrutura do átomo. De acordo com este modelo –

• A maior parte da massa do átomo e a carga positiva está densamente concentrada em uma região muito pequena do átomo. Rutherford chamou esta região de núcleo.
• Elétrons circundam o núcleo e se movem em torno dele a velocidades muito altas em trajetos circulares chamados órbitas. Este arranjo também se assemelha ao sistema solar, onde o núcleo forma o sol e os elétrons são os planetas giratórios. Portanto, também é referido como o Modelo Planetário.
• Forças de atração eletrostáticas mantêm o núcleo e os elétrons juntos.

Drawbacks Of Rutherford’s Atomic Model

• De acordo com o modelo atômico de Rutherford, os elétrons (planetas) se movem ao redor do núcleo (sol) em órbitas bem definidas. Como um corpo que se move em uma órbita deve sofrer aceleração, os elétrons, neste caso, devem estar sob aceleração. De acordo com a teoria eletromagnética de Maxwell, as partículas carregadas quando aceleradas devem emitir radiação eletromagnética. Portanto, um elétron em uma órbita emitirá radiação e, eventualmente, a órbita irá encolher. Se isto for verdade, então o electrão irá entrar em espiral no núcleo. Mas isto não acontece. Assim, o modelo de Rutherford não explica a estabilidade do átomo.
• Contrariamente, vamos considerar que os elétrons não se movem e são estacionários. Então a atração eletrostática entre os elétrons e o núcleo denso puxará os elétrons para dentro do núcleo para formar uma versão em miniatura do modelo de Thomson.
• O modelo de Rutherford também não diz nada sobre a distribuição dos elétrons ao redor do núcleo e as energias desses elétrons.

Os modelos atômicos de Thomson, Thomson e Rutherford revelaram aspectos chave da estrutura do átomo, mas falharam em abordar alguns pontos críticos. Agora que conhecemos os dois modelos atômicos, vamos tentar entender alguns conceitos.

Número Atômico e Número de Massa

Como sabemos agora, uma carga positiva no núcleo é devida aos prótons. Além disso, a carga sobre o próton é igual, mas oposta à do elétron. Número Atômico (Z) é o número de prótons presentes no núcleo. Por exemplo, o número de prótons no sódio é 11 enquanto que é 1 no hidrogênio, Portanto, os números atômicos de sódio e hidrogênio são 11 e 1, respectivamente.

Além disso, para manter a neutralidade elétrica, o número de elétrons em um átomo é igual ao número de prótons (número atômico, Z). Portanto, o número de elétrons em sódio e hidrogênio é 11 e 1, respectivamente.

Número atômico = o número de prótons no núcleo de um átomo

= o número de elétrons em um átomo neutro

A carga positiva no núcleo é devida aos prótons, mas a massa do átomo é devida aos prótons e nêutrons. Eles são conhecidos coletivamente como núcleons. O número de massa (A) do átomo é o número total de núcleons.

Número de massa (A) = o número de prótons (Z) + o número de nêutrons (n)

Por isso, a composição de um átomo é representada usando o símbolo do elemento (X) com o número de massa (A) como super-escrito à esquerda e o número atômico (Z) como sub-escrito à esquerda – AZX.

Aprenda sobre número atómico aqui em mais detalhe.

Isobars e Isotopes

Isobars são átomos com o mesmo número de massa mas com um número atómico diferente. Por exemplo, 146C e 147N.

Saiba mais sobre Isobars aqui em detalhes aqui.

Isotopos, por outro lado, são átomos com o mesmo número atômico mas com um número de massa diferente. Isto significa que a diferença nos isótopos é devida à presença de um número diferente de neutrões no núcleo. Vamos entender isto usando o hidrogénio como exemplo –

• 99,985% dos átomos de hidrogénio contêm apenas um próton. Este isótopo é protium (11H).
• O isótopo contendo um próton e um nêutron é deutério (21D).
• O isótopo com um próton e dois nêutrons é tritium (31T). Este isótopo existe em quantidades vestigiais na terra.

Outros isótopos comuns são – átomos de carbono com 6 prótons e 6, 7, ou 8 nêutrons (126C, 136C, 146C) e átomos de cloro com 17 prótons e 18 ou 20 nêutrons (3517Cl, 3717Cl).

Nota: As propriedades químicas dos átomos estão sob a influência do número de elétrons, que dependem do número de prótons no núcleo. O número de neutrões tem um efeito muito pequeno sobre as propriedades químicas de um elemento. Portanto, todos os isótopos de um elemento mostram o mesmo comportamento químico.

Saiba mais sobre isótopos aqui em mais detalhes.

Exemplos resolvidos para você

Questão 1: Combine as colunas:

1. Número de massa:	a. Modelo Nuclear do Átomo
2. J.J. Thomson	b. Número de prótons
3. Rutherford	c. Número de núcleons
4. Número atómico	d. Modelo de pudim de ameixa

Solução: 1 → c, 2 → d, 3 → a, 4 → b.

Pergunta 2: Calcular o número de prótons, neutrões e elétrons em 5626Fe.

Solução: Em 5626Fe, número atômico (Z) = 26, número de massa (A) = 56,

Número de prótons = número de elétrons = Z = 26,

Número de nêutrons = A – Z = 56 – 26 = 30,