Teoria

Afinal, do que é feita a matéria?

Na química, um conceito muiiito importante é o de matéria.

A matéria é qualquer coisa que tem massa e ocupa um espaço! Ou seja, quase tudo que a gente lida na vida hahaha! O ouro, a água e até o ar que a gente respira são exemplos de matéria.

O rolê dos cientistas era definir do que é feita a matéria, e eles chegaram a conclusão de que o átomo era fundamental para defini-la. Mas até chegarmos no conceito de átomo que a gente tem hoje em dia, muitos cientistas fizeram a sua contribuição. Vamos estudar o modelo deles?

Modelo de Dalton

O primeiro conceito de átomo vem da ideia de que qualquer coisa pode ser dividida em pedaços cada vez menores até chegar a uma partícula indivisível: o átomo.

O conceito se tornou um pouco mais científico quando Dalton viu que os elementos se combinavam sempre nas mesmas proporções (tipo pra formar água, oxigênio e hidrogênio se combinam sempre na mesma razão mássica de 2:1).

O modelo atômico de Dalton ficou conhecido como modelo bola de bilhar. E os átomos desse modelo são pequenas esferas maciças, indivisíveis e indestrutíveis.

De acordo com o modelo de Dalton:

  • Todos os átomos de um mesmo elemento são idênticos e caracterizados por terem a mesma massa;
  • Elementos diferentes tem átomos de massas diferentes;
  • Um composto seria a combinação em proporções específicas de átomos de elementos;
  • Em reações químicas os átomos não são criados nem destruídos, mas recombinados para formarem novos compostos.

O que tem de errado nisso aí?

Hoje a gente já sabe que os átomos de um mesmo elemento não são idênticos (lembra que existe carbono 12 e carbono 14, por exemplo?). Os átomos de um mesmo elemento são caracterizados pelo mesmo número de prótons, e não de massa.

Mas o modelo de Dalton nem próton tem... Ou seja, esse modelo é bem incompleto!

Modelo de Thomson

O modelo de Thomson é bem importante porque ele descobriu a existência dos elétrons!

Na real, ele estava fazendo um experimento sobre raios catódicos. O experimento era o seguinte: ele colocava uma fonte metálica carregada negativamente (o catodo) e uma outra fonte metálica carregada positivamente. Entre as duas, no vácuo, ele colocou duas placas carregadas, como na figura abaixo:

Thomson viu que esses raios eram, na verdade, um fluxo de partículas carregadas negativamente (já que eram atraídos pela placa positiva) e que eram idênticos, independentes do metal que ele utilizava.

Conclusão: existe uma partícula negativa comum em todos os átomos. Voilà o primeiro conceito de elétron.

Thomson disse, então, que o átomo deveria ser formado por um fluído positivo onde esses elétrons estariam mergulhados. Assim surge o modelo pudim de passas.

Ainda não chegamos nos prótons, certo? Então segura aí.

Modelo de Rutherford

Num belo dia de sol, Rutherford resolveu bombardear uma placa de ouro muito, muito, muito fina (espessura de alguns poucos átomos) com partículas alfa (positivas).

Resultado: algumas partículas α passaram pela placa no maior estilo no problem; menos de 1% das partículas α sofriam um desvio superior a 90°; algumas eram completamente refletidas na direção da fonte. O que nós concluímos com isso? Muito pouco ou quase nada. Mas Rutherford concluiu que:

  • O átomo é formado por um núcleo e uma eletrosfera (ao redor do núcleo);
  • O núcleo tem carga líquida positiva e concentra a massa do átomo;
  • Ele concluiu isso a partir das partículas alfa que foram refletidas! Por esse núcleo ser carregado positivamente, houve uma repulsão de cargas de mesmo sinal que causou a reflexão das partículas alfa!

  • A eletrosfera é constituída, principalmente, por espaço vazio e é nela que ficam os elétrons, ao redor do núcleo.

As partículas que foram desviadas o foram pela sua interação com os elétrons! Mas como só algumas partículas foram desviadas, Rutherford concluiu que tinha que existir um espaço vazio no átomo, que deixou as partículas passarem sem serem afetadas.

O modelo de Rutherford ficou conhecido como modelo planetário.

Muito inteligente esse modelo, né? Mas como as partículas positivas ficam juntas no núcleo de boas sem se repelirem? Afinal, elas tem todas a mesma carga!

O modelo final: de Rutherford-Bohr

Enquanto Rutherford trabalhou pra provar a existência dos prótons, Chadwick constatou a existência dos nêutrons, partículas presentes no núcleo que serviam para estabilizar a repulsão entre os prótons do núcleo!

O modelo atômico mais aceito passou a ser formado por:

É importante você notar que a massa do elétron é irrisória perto das massas do próton e do nêutron. Por isso o número de massa de um átomo é simplesmente a soma do número de nêutrons com o número de prótons.

Lembra que a gente falou que os átomos de um mesmo elemento são caracterizados pelo mesmo número de prótons? A partir de agora o número de prótons = número atômico, combinado? Então átomos de um mesmo elemento possuem o mesmo número atômico. E a gente vai representar o número atômico pela letra Z .

Beleza, até agora os elétrons estão ali na eletrosfera, em movimento ao redor do núcleo. Mas a física clássica dizia que esses elétrons deveriam perder energia, ficando cada vez mais próximos do núcleo até colapsar tudo (você nunca achou estranho o núcleo positivo não atrair os elétrons até que todo mundo ficasse amontoado lá no meio?).

Pois bem, no meio desse dilema Bohr, todo trabalhado na cara de pau, mandou logo que: eu não sei porque funciona, mas sei que funciona.

Na época de Bohr, os cientistas estavam intrigados com os espectros atômicos (veremos mais pra frente 😊) e Bohr escreveu uma série de postulados pra lançar um novo modelo atômico capaz de explicar os espectros. De acordo com esses postulados:

  • Os elétrons giram ao redor do núcleo em órbitas bem definidas, sem perder energia ao permanecer na mesma órbita;
  • Os elétrons podem migrar para uma órbita mais externa se absorverem uma quantidade adequada de energia;
  • Os elétrons podem migrar para uma órbita mais interna se emitirem uma quantidade de energia;
  • Cada uma dessas órbitas ficou conhecida como nível.

Acontece que Bohr propôs seu modelo baseado em postulados. Ou seja, afirmações que não precisavam ser provadas.

E o modelo dele não foi aceito por geral, não!!!

Mas, com os pitacos de Bohr, o átomo de Rutherford ficou com essa carinha aqui:

Mas a história não terminou aí.

A partir do modelo de Bohr a quântica se desenvolveu muito e, hoje em dia, o modelo atômico mais aceito se parece com algo assim:

Mas isso a gente explica com calma nos próximos tópicos.

Beleza, hora de praticar!

Modelo de Thomson

Modelo de Rutherford

O modelo final: de Rutherford-Bohr

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