Os Modelos Atômicos e a Descoberta do Próton - Aleksander de Souza

Os Modelos Atômicos e a Descoberta do Próton - Aleksander de Souza

Aleksander de Souza Minguta, e-mail: a.16.br@hotmail.com.

Instituto Federal do Espírito Santo – Campus de Vitória/Curso Técnico de Edificações Integrado como Ensino Médio.

Palavras-chave: modelo, átomo, próton, elétron, química.

Resumo:

O objetivo dessa pesquisa é selecionar as principais informações a respeito dos modelos atômicos e da descoberta do próton. Os modelos atômicos apresentados vão desde as definições dos filósofos da Grécia Antiga até a mais recente compreensão de átomo. Nesta linha, apresenta-se a descoberta do próton, ressaltando-se os principais aspectos dos experimentos realizados e os cientistas envolvidos.

Muitas são as teorias sobre a estrutura atômica da matéria, ou modelo atômico. Atualmente, é o Modelo da Mecânica Quântica ou da Mecânica Ondulatória ou Modelo Orbital ou da Nuvem Eletrônica aceito para definir a estrutura atômica.

Na antiguidade acreditava-se que dividindo a matéria em pedaços cada vez menores, chegaria-se num ponto onde partículas, cada vez menores, seriam invisíveis ao olho humano e, segundo alguns pensadores, indivisíveis. Graças a essa propriedade, receberam o nome de átomos, termo que significa indivisíveis, em grego. Foi quando surgiu entre os filósofos gregos o termo atomismo.

O Capítulo 1, a seguir, dedica-se à evolução do modelo atômico, onde veremos as mudanças ocorridas na concepção de átomo no decorrer do tempo. Em seguida, no Capítulo 2, temos a história da descoberta do próton em seus aspectos principais.

1. A EVOLUÇÃO DO MODELO ATÔMICO

Por volta de 400 anos a.C. filósofo grego Demócrito sugeriu que a matéria não é contínua, isto é, ela é feita de minúsculas partículas indivisíveis. Essas partículas foram chamadas de átomos (a palavra átomo significa, em grego, indivisível). Demócrito postulou que todas as variedades de matéria resultam da combinação de átomos de quatro elementos: terra, ar, fogo e água. Demócrito baseou seu modelo na intuição e na lógica. Nesta época existia a idéia de atomismo que foi a teoria cujas intuições mais se aproximaram das modernas concepções científicas sobre o modelo atômico.

Antes de Demócrito, porém, Parmênides de Eléia já havia proposto a teoria da unidade e imutabilidade do ser. Esta estava em constante mutação através dos postulados de Heráclito. Este postulava que não-ente (vácuo) e matéria (ente) desde a eternidade interagem entre si dando origem ao movimento. E que os átomos apresentam as propriedades de: forma; movimento; tamanho e impenetrabilidade e, por meio de choques entre si, dão origem a objetos.

Tales, apontado como um dos sete sábios da Grécia Antiga, considerava a água como sendo a origem de todas as coisas. Seus seguidores, embora discordassem quanto à “substância primordial” (que constituía a essência do universo), concordavam com ele no que dizia respeito à existência de um “princípio único" para essa natureza primordial. Entre os principais discípulos de Tales de Mileto merecem destaque: Anaxímenes que dizia ser o "ar" a substância primária; e Anaximandro, para quem os mundos eram infinitos em sua perpétua inter-relação.

Os filósofos, porém, adotaram o modelo atômico de Aristóteles, de que a matéria é contínua. Tal modelo foi seguido pelos pensadores e cientistas até o Renascimento.

1.1. O MODELO ATÔMICO DE DALTON

Em 1803, John Dalton, acreditando nas leis da conservação de massa e da composição definida, propôs uma teoria que explicava estas e outras generalizações químicas. De fato, Dalton ressuscitou o conceito grego da existência dos átomos e foi capaz de sustentar este conceito com evidências experimentais que ele e outros obtiveram. A teoria atômica de Dalton foi baseada no seguinte modelo:

1. Toda matéria é composta de partículas fundamentais, os átomos. 2. Os átomos são permanentes e indivisíveis, eles não podem ser criados nem destruídos. 3. Os elementos são caracterizados por seus átomos. Todos os átomos de um dado elemento são idênticos em todos os aspectos. Átomos de diferentes elementos têm diferentes-propriedades. 4. As transformações químicas consistem em uma combinação, separação ou rearranjo de átomos. 5. Compostos químicos são formados de átomos de dois ou mais elementos em uma razão fixa.

O modelo de Dalton foi capaz de explicar satisfatoriamente dois entraves da época que eram a Lei da Conservação da Matéria, proposta por Lavoisier, e a Lei das Proporções Constantes, de Proust.

Apesar das muitas diferenças em relação ao modelo atualmente aceito, a contribuição de Dalton para o entendimento químico foi de grande valor. Não somente foi capaz de fornecer respostas satisfatórias para alguns problemas químicos complexos, mas também forneceu estímulo ao mundo científico para começar a pensar seriamente sobre a existência dos átomos.

1.2. O MODELO ATÔMICO DE THOMSON

Desde 1850 já se faziam experimentos utilizando tubos de descarga de gás, conhecidos por tubos de Crookes, em homenagem a Willian Crookes que foi o primeiro a construir esse aparato.

Utilizando esses tubos em suas experiências, em 1887 o físico inglês J. J. Thomson mostrou que as partículas no raio catódico são carregadas negativamente. Provou a afirmação mostrando que o raio pode ser desviado se passar entre placas de metais carregadas opostamente em um tubo de Crookes. A direção do desvio (para a placa carregada positivamente) mostra que as partículas do raio catódico carregam uma carga elétrica negativa.

Como veremos à frente, um cientista alemão chamado E. Goldstein, utilizando um tubo de Crookes modificado, produziu um tipo diferente de raio (ao qual chamou de raio canal). Através de métodos semelhantes aos utilizados por Thomson para concluir que os raios catódicos eram compostos por partículas carregadas negativamente, comprovou que partículas carregadas positivamente compunham este raio.

Então, em 1898, Thomson sugeriu que um átomo poderia ser uma esfera carregada positivamente na qual alguns elétrons estão incrustados, e apontou que isto levaria a uma fácil remoção de elétrons dos átomos. Este modelo de átomo é conhecido por modelo do "pudim de ameixas". Mais tarde, Thomson postulou que os elétrons estavam arranjados em anéis e circundavam completamente em órbitas a esfera positiva.

1.3. O MODELO DE RUTHERFORD

Em resumo, o modelo de Rutherford representa o átomo consistindo em um pequeno núcleo rodeado por um grande volume no qual os elétrons estão distribuídos. O núcleo carrega toda a carga positiva e a maior parte da massa do átomo. Devido ao modelo atômico de Thomson não ser normalmente usado para interpretar os resultados dos experimentos de Rutherford, Geiger e Marsden, o modelo de Rutherford logo o substituiu. De fato, isto é a base para o conceito do átomo.

1.4. O MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD-BOHR

O cientista dinamarquês Niels Bohr aprimorou, em 1913, o modelo atômico de Rutherford, utilizando a teoria de Max Planck. Em 1990, Planck já havia admitido a hipótese de que a energia não seria emitida de modo continuo, mas em “pacotes”. A cada “pacote de energia” foi dado o nome de quantum.

Surgiram, assim, os chamados postulados de Bohr:

Os elétrons se movem ao redor do núcleo em um número limitado de órbitas bem definidas, que são denominadas órbitas estacionárias;

Movendo-se em uma órbita estacionária, o elétron não emite nem absorve energia;

Ao saltar de uma órbita estacionária para outra, o elétron emite ou absorve uma quantidade bem definida de energia, chamada quantum de energia.

Como visto, absorção ou liberação de energia no átomo implica em saltos dos elétrons entre as camadas. Quando um átomo recebe energia seus átomos tendem a saltar para órbitas mais afastadas do núcleo. Ao se moverem no sentido das órbitas mais internas, no entanto, liberam essa energia em forma de luz. Essa luz é característica a cada átomo, o que explica o espectro luminoso, em que cada átomo possui determinadas faixas e cores bem definidas.

1.5. MODELO DOS ORBITAIS ATÔMICOS

Baseado nas definições dos cientistas De Broglie, Werner Heisenberg e Erwin Schrodinger, neste modelo o elétron é uma partícula-onda que se desloca (ou vibra) no espaço, mas estará com maior probabilidade dentro de uma esfera (orbital) concentrada ao redor do núcleo. Devido a sua velocidade, o elétron fica tipo que “esparramado” dentro do orbital, semelhante a uma nuvem eletrônica.

2. A DESCOBERTA DO PRÓTON

Em 1886, o físico alemão E. Goldstein usou um tubo Crookes modificado para produzir um novo tipo de raio. O cátodo no tudo de Goldstein tinha uma fenda montada próximo ao meio do tubo. Goldstein observou um fluxo incandescente que parecia começar na fenda e moverse em direção ao ânodo. Chamou este fluxo de um raio canal e, pela observação da direção de deflexão do raio canal em um campo elétrico e magnético, ele foi capaz de provar, que o raio consistia em partículas carregadas positivamente, os prótons.

A partir do exposto pode-se concluir que a evolução dos métodos experimentais conduziu às modelos atômicos cada vez mais próximos da realidade e, pelo mesmo motivo, mais confiáveis. Além disso, deve-se ressaltar o fato de que, independentemente da exatidão ou proximidade da realidade, cada modelo descrito (os principais) representam um passo importante no desenvolvimento da Química e mais especificamente na descrição da estrutura atômica. A evolução do modelo atômico não se iniciou pronta. Pelo contrário, é uma sucessão de experiências, análises e posteriores definições. Um processo contínuo que está em constante atualização na medida em que os recursos tecnológicos avançam e se tornam mais precisos.

REFERÊNCIAS: 1. RUSSELL, John B. Química Geral, volume 1. Makron Books, 1994.

2. VIANNA, Victória. A evolução dos modelos atômicos. Disponível em: <http://quimicacoma2108.blogspot.com/2010/03/modelos-atomicos_29.html>. Acesso em: 2 de fevereiro de 2011.

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