Modelos Atômicos: Dalton, Thomson, Rutherford – ENEM

Para prosseguir com os estudos da química, faz-se necessário entender esses três modelos atômicos, para quando for abordado alguns assuntos de química orgânica e pH, por exemplo.

Desde o ensino fundamental há uma definição clássica que nossos professores sempre diziam: “matéria é tudo aquilo que tem massa e que ocupa lugar no espaço”. Mas de quê é formada a matéria? Os filósofos mais antigos tentavam responder  essa e outras perguntas. Empiricamente, eles definiram como átomo (do grego  ἄτομος) a menor parte indivisível da matéria. (BROWN et al, 2005).

Antes de falarmos dos modelos atômicos propriamente dito, é necessário entender algumas leis que foram utilizadas para criá-los, sendo as de maior importância a Lei de Lavoisier ou Lei de Conversação das Massas e a Lei de Proust ou Lei da Proporção Definida. A primeira, formulada pelo Químico Antoine Laurent de Lavoisier, dizia que a massa total dos reagentes deve ser exatamente igual a massa dos produtos, já que os átomos não são destruídos e nem criados, mas apenas rearranjados: “Na natureza nada se cria, nada se perde; tudo se transforma”.

Já a segunda Lei, a Lei de Proust, dizia que toda substância possui uma proporção constante, isto é, a proporção entre as massas dos reagentes e a massa dos produtos é sempre a mesma. Para entender melhor vamos tomar como exemplo uma receita de bolo: se com 3 ovos e 1 kg de massa eu consigo fazer 2 bolos, com 6 ovos e 2 kg de massa eu conseguirei fazer 4 bolos e assim sucessivamente.

Essas leis foram definidas muito antes dos modelos atômicos e contribuíram para o desenvolvimento do primeiro modelo formulado por  Dalton no século XIX. (FELTRE, 2004)

Modelo Atômico de Dalton

Em 1808, o cientista inglês John Dalton  formulou a primeira teoria atômica com embasamento científico, pois o modelo proposto por ele tinha o apoio das Leis de Lavoisier e Proust; ficando conhecido também como Modelo da Bola de Bilhar. As proposições ou postulados para o modelo de Dalton são as seguintes:

1 – A matéria é formada por átomos indivisíveis e indestrutíveis;
2 – Átomos de um determinado elemento são idênticos ;
3 – Átomos de elementos diferentes possuem massa e propriedades diferentes;
4 – Átomos de elementos diferentes se combinam com uma proporção fixa, originando compostos específicos;
5 – Durante as reações químicas, os átomos não são criados e nem destruídos, mas apenas rearranjados;
6 – Átomos de determinado elemento químico não podem se converter em outro elemento. (BERNOULLI)

Algumas considerações sobre os postulados de Dalton:
* Atualmente, sabe-se que com o modelo atômico foi possível a descoberta de partículas menores que os átomos, como os próton, elétrons, nêutrons, fótons, etc.;
* Dalton achava que a “identidade química” dos átomos era representada pela sua massa. Hoje, sabe-se que dois átomos de elementos químicos diferentes podem apresentar a mesma massa, conhecido como isóbaros. Os átomos de mesmo elemento devem ter, obrigatoriamente, o mesmo número atômico e as mesmas propriedades químicas;
* o 4º Postulado pode ser demonstrado pela Lei de Proust: dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio formam a molécula de água; e dois átomos de hidrogênio com mais dois de oxigênio formam o peróxido de hidrogênio (água oxigenada);


* Com o avanço da tecnologia descobriu-se que um átomo pode ganhar uma nova “identidade” , através de processos de fusão e fissão nuclear, por exemplo; processos também conhecidos como transmutação nuclear. Essa descoberta invalida o 6º postulado de Dalton.

Apesar dos equívocos demonstrados acima pelo modelo atômico de Dalton, o trabalho do cientista foi considerado de extrema importância para o desenvolvimento da nossa querida Química.

O Experimento de Crookes

Em 1850 o cientista inglês William Crookes fez experiências com alguns tubos de raios catódicos  (capazes de transportar elétrons devido a diferença de potencial entre as cargas), que popularmente são chamados de tubos de Crookes. De modo resumido, o experimento ocorreu da seguinte forma:

Crookes retirou todo o ar que podia dos tubos com o objetivo de estabelecer pressões muito baixas dentro deles, facilitando, assim, a passagem dos “raios”, para que fosse possível visualizá-los. Internamente aos tubos, foram acoplados eletrodos metálicos comuns, que se ligavam ao polo negativo (chamado de cátodo) e ao polo positivo (chamado de ânodo), presos a um gerador elétrico de altíssima voltagem. Quando tais condições eram satisfeitas, observava-se que um feixe de luz atravessava os tubos de uma ponta a outra, como mostrado na imagem acima. Crookes e outros pensadores da época determinaram que tais raios seriam apenas ondas eletromagnéticas ou simplesmente luz. (POLIEDRO, 2015)

O Modelo Atômico de Thomson

Em 1897, o cientista inglês Jhon Thomsom reuniu todas as informações encontradas por estudos anteriores e conseguiu provar a relação entre carga e massa dos raios catódicos, provando experimentalmente que tais “raios” eram dotados de cargas elétricas.

Esse modelo ficou conhecido como pudim com passas porque se assemelhava a um doce inglês de mesmo nome, que para nós brasileiros é equivalente ao panetone.  Thomson chegou a sua conclusão ao modificar o experimento dos raios catódicos: ele colocou um redemoinho dentro do tubo de Crookes e caso o raio o movimentasse ao passar de um polo a outro , então esse era composto por massa. Thomson ficou intrigado com o que viu e fez outra modificação: ele deixou, além uma pequena quantidade de gás dentro do tubo, dois eletrodos ligados a uma fonte elétrica externa. Quando o circuito era ligado, aparecia um feixe de raios indo em direção do cátodo para o ânodo (como no experimento de Crookes), porém esses eram desviados na direção de um polo positivo de um campo elétrico, como mostra a imagem abaixo: (USBERCO & SALVADOR, 2002)

Thomson chegou a três seguintes conclusões que são aceitas até os dias de hoje:
* O átomo apresenta natureza elétrica;
* O átomo é divisível, ao contrário do que pensava Dalton;
* Como os raios eram desviados para o polo positivo, então esses mesmos raios deveriam ter cargas opostas, já que “os opostos se atraem” (Lei de Coulomb). Essas partículas negativas foram chamadas, posteriormente, de elétrons. (BROWN et al, 2005)

Obs.: Thomson só chegou a essas três conclusões devido a estudos anteriores de outros pesquisadores e novos experimentos que ele fez, que não serão citados neste artigo ou o mesmo tornar-se-à muito grande. Segundo Feltre (2004), o pesquisador também concluiu outras coisas, como a eletrização por atrito; formação de íons e também a descarga elétrica de gases.

Modelo Atômico de Rutherford e Descoberta da Radioatividade

Estudos de Becquerel & Curie demonstraram que o Urânio conseguia emitir radiações semelhantes as do Raio X; demonstrando que a intensidade da radiação é proporcional a quantidade de urânio presente na amostra. Curie, porém, descobriu também que esse fenômeno era ainda maior nos elementos químicos polônio e rádio. Em 1900, Becquerel observou que o urânio, ao emitir radiações, produzia outros elementos químicos.
Rutherford, intrigado com esses experimentos, realizou uma experiência muito importante com o objetivo de descrever o comportamento correto dos átomos: (FELTRE, 2004; HEXAG, 2016)

No experimento acima Rutherford bombardeou, em uma lâmina de ouro fina, partículas de carga elétrica positiva de um elemento radioativo, chamadas, posteriormente, de partículas alfa (α). Com isso, ele fez as seguintes observações: (USBERCO & SALVADOR, 2002)

Porém, surge a pergunta: se o ouro apresenta núcleos positivos, como explicar o fato de a lâmina de ouro ser eletricamente neutra?
Rutherford imaginou que, ao redor do núcleo, estariam girando os elétrons, uma vez que se estivessem parados, acabariam por se chocar com o núcleo positivo devido à atração eletrostática (quando cargas de sinais diferentes se atraem). A partir disso, ele criou um modelo atômico baseado no sistema solar: o sol seria o núcleo, representado pelos prótons (naquela época ainda não se sabia sobre a existência dos nêutrons) e ao redor dele estariam girando os planetas, representado pelos elétrons.

O modelo de Rutherford, porém, deixou uma dúvida no ar: se o núcleo atômico é formado por partículas positivas, por que essas partículas não se repelem e o núcleo não desmorona? A resposta veio em 1932, quando o cientista James Chadwick verificou que o núcleo do elemento berílio radioativo emite partículas sem carga elétrica e de massa praticamente igual a dos prótons. Essa partícula foi denominada nêutron, confirmando-se, assim, a existência da terceira partícula subatômica. Os nêutrons seriam isolantes dos prótons, evitando suas repulsões e o consequente “desmoronamento” do núcleo. Tal descoberta fez o cientista ganhar o Prêmio Nobel em 1935.

Esses foram os principais modelos atômicos da história da química, porém vários outros foram criados e derrubados por pesquisas futuras, como é o caso dos três que foram mostrados neste artigo. Abaixo há uma tabela com o resumo dos principais modelos e outras características importantes. (ANJOS et al)

Referências:

BROWN, T. L. QUÍMICA: A CIÊNCIA CENTRAL. 9ª ed. São Paulo: Pearson Education, 2005.
FELTRE, R. QUÍMICA GERAL. 6ª ed. São Paulo: Editora Moderna, 2004.
QUÍMICAEditora Bernoulli.
QUÍMICAEditora Poliedro, 2015.
USBERCO, J.; SALVADOR, E. QUÍMICA. 5ª ed. São Paulo: Editora Saraiva, 2002.
QUÍMICA. São Paulo: Editora Hexag, 2016.
ANJOS, L.; JAYNE; VIZEU, Y. QUÍMICA ZERO.

Coroataense, 18 anos, acadêmico do 3º período de Farmácia pela Universidade CEUMA de São Luís - MA. Atualmente, é estudante de Iniciação Científica nas áreas de Bioquímica e Biotecnologia, trabalhando nas linhas de pesquisa sobre caracterização físico-química de produtos naturais e desenvolvimento de formulações ecológicas, respectivamente. Também atua como coordenador de ensino em uma liga acadêmica. Tem como objetivo fazer doutorado ao término da graduação.
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Victor Ferreira

Coroataense, 18 anos, acadêmico do 3º período de Farmácia pela Universidade CEUMA de São Luís - MA. Atualmente, é estudante de Iniciação Científica nas áreas de Bioquímica e Biotecnologia, trabalhando nas linhas de pesquisa sobre caracterização físico-química de produtos naturais e desenvolvimento de formulações ecológicas, respectivamente. Também atua como coordenador de ensino em uma liga acadêmica. Tem como objetivo fazer doutorado ao término da graduação.

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