CONCEITOS BÁSICOS O modelo de Rutherford-Bohr

SECRETARIA DE ESTADO DE EDUCAÇÃO DE MINAS GERAIS

CONCEITOS BÁSICOS O modelo de Rutherford-Bohr

O cientista dinamarquês Niels Bohr (1885-1962) aprimorou, em 1913, o modelo atômico de Rutherford, utilizando a teoria de Max Planck. Em 1900, Planck já havia admitido a hipótese de que a energia não seria emitida de modo contínuo, mas em “pacotes”.

A cada “pacote de energia” foi dado o nome de quantum.

Surgiram, assim, os chamados postulados de Bohr:

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

II. movendo-se em uma órbita estacionária, o elétron não emite nem absorve energia;

III. ao saltar de uma órbita estacionária para outra, o elétron emite ou absorve uma quantidade bem definida de energia, chamada quantum de energia (em latim, o plural de quantum é quanta).

Essa emissão de energia é explicada a seguir.

Recebendo energia (térmica, elétrica ou luminosa) do exterior, o elétron salta de uma órbita mais interna para outra mais externa; a quantidade de energia recebida é, porém, bem definida (um quantum de energia). Pelo contrário, ao “voltar” de uma órbita mais externa para outra mais interna, o elétron emite um quantum de energia, na forma de luz de cor bem definida ou outra radiação eletromagnética, como ultravioleta ou raios X (daí o nome de fóton, que é dado para esse quantum de energia).

Esses saltos se repetem milhões de vezes por segundo, produzindo assim uma onda eletromagnética, que nada mais é do que uma sucessão de fótons (ou quanta) de energia.

Figura 1 — Representação dos possíveis saltos do elétron do elemento hidrogênio

Fonte: FELTRE, Ricardo. Química Geral. 6. ed. São Paulo: Moderna, 2004. v. 1, p. 384.

Um breve estudo de ondas

Há muito tempo sabe-se que quando a luz solar atravessa um prisma, semelhante ao da figura acima, ocorre a dispersão dos componentes da luz. Esse conjunto de cores que vai do vermelho ao violeta é co- nhecido como espectro contínuo, pois a passagem de uma cor para a outra é praticamente imperceptível.

Essas cores compõem o que chamamos de luz visível ou radiação visível, que são compostas por ondas eletromagnéticas. Ou seja, ondas formadas por oscilações no campo elétrico e no campo

magnético que ocorrem simultaneamente, sendo perpendiculares entre si.

Figura 2 — Onda eletromagnética

Fonte: ”Espectro Eletromagnético dos Elementos Químicos”; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/ espectro-eletromagnetico-dos-elementos-quimicos.htm. Acesso em: 13 de julho de 2020.

Essas ondas apresentam frequências (f) — número de vibrações dessa onda por segundo — e compri- mento de onda — a distância da crista de uma onda até a outra, representado pela letra grega lambda

(λ). Assim, a diferença entre uma cor e outra é a frequência e o comprimento de onda de cada onda eletromagnética que constitui as cores.

Entretanto, esse fenômeno da observação do espectro não é somente obtido com a luz solar. Podemos também fazer com que outras luzes atravessem um prisma. Assim, obteremos outros espectros. Po- rém, esses espectros serão descontínuos, com espaçamento entre as cores, que denominamos no espectro como raias ou bandas.

Digamos que, por exemplo, façamos a luz emitida por um tubo de descarga de gás, preenchido com o gás hidrogênio, passar por um prisma. O espectro obtido seria semelhante ao mostrado abaixo:

Figura 3 — Espectro descontínuo

Se fosse o gás de outro elemento, o espectro também seria descontínuo, porém, teria um aspecto diferente. Dessa forma, cada espectro serve como uma “digital” para a identificação dos elementos químicos; pois cada um tem um espectro diferente; nunca se repete.

Figura 4 — Espectro descontínuo

Hoje em dia é possível obter e visualizar os espectros dos elementos por meio de um aparelho denomi- nado espectroscópio.

Acompanhando a figura 1 anterior, verifique que: quando o elétron volta da órbita número 4 para a de

número 1, ele emite luz de cor azul; da 3 para a 1, produz luz verde; e, da 2 para a 1, produz luz vermelha. É fácil entender que átomos maiores, tendo maior número de elétrons, darão também maior núme- ro de raias espectrais. Além disso, quando o elemento químico é aquecido a temperaturas mais altas (isto é, recebe mais energia), o número de “saltos eletrônicos” e, consequentemente, o número de raias espectrais também aumenta; no limite as raias se “juntam” e formam um espectro contínuo, como o produzido pela luz solar ou pelo filamento de tungstênio de uma lâmpada incandescente, quando acesa. Assim, ao modelo atômico de Rutherford, corrigido pelas ponderações de Bohr, foi dado o nome de modelo atômico de Rutherford-Bohr (1913).

Estudos posteriores mostraram que as órbitas eletrônicas de todos os átomos conhecidos se agrupam em sete camadas eletrônicas, denominadas K, L, M, N, O, P, Q. Em cada camada, os elétrons possuem uma quantidade fixa de energia; por esse motivo, as camadas são também denominadas estados es- tacionários ou níveis de energia. Além disso, cada camada comporta um número máximo de elétrons, conforme é mostrado no esquema a seguir:

Figura 2 — Representação das camadas ou níveis de energia

Fonte: FELTRE, Ricardo. Química Geral. 6. ed. São Paulo: Moderna, 2004. v. 1, p. 384. Fonte: FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. “Espectro Eletromagnético dos Elementos Químicos”; Brasil Escola. Disponível em: https:// brasilescola.uol.com.br/quimica/espectro-eletromagnetico-dos-elementos-quimicos.htm. Acesso em: 13 de julho de 2020

Para Pensar

Sabendo do uso da radiação na medicina, pesquise e descreva sobre as implicações que as partículas radioativas podem causar no corpo humano. Indique os outros usos da radiação e aponte se esses usos beneficiam ou prejudicam o ser humano.

Clique no link e assista ao Vídeo — Quais são os efeitos da radiação no corpo. Sky Brasil Lifestyle. Dispo- nível em: <https://www.youtube.com/watch?v=CdGMTLVlotQ>. Acesso em: 23 jun 2020.

Fonte: Exercício sobre o Uso da radioatividade na Medicina. LISBOA, J. C. F. Química — SER PROTAGONISTA. 1. ed. São Paulo: SM, 2010. p. 791.

ATIVIDADES

Agora é hora de testar seus conhecimentos, lembre-se que as pesquisas e consultas são permitidas e bem-vindas para que você realize com sucesso as atividades.

1 — (UFAL-2011) De acordo com o modelo atômico de Bohr, elétrons giram ao redor do núcleo em órbitas

específicas, tais como os planetas giram em órbitas específicas ao redor do Sol. Diferentemente dos planetas, os elétrons saltam de uma órbita específica para outra, ganhando ou perdendo energia. Qual das afirmações abaixo está em discordância com o modelo proposto por Bohr?

a) Ao saltar de uma órbita mais próxima do núcleo, para outra mais afastada, o elétron absorve energia.

b) Ao saltar de uma órbita mais afastada do núcleo para outra mais próxima, o elétron emite energia.

c) Dentro de uma mesma órbita, o elétron se movimenta sem ganho ou perda de energia.

d) O processo no qual o elétron absorve energia suficiente para escapar completamente do átomo é chamado ionização.

2 — (UFG-2011 — Adaptada) Leia o poema apresentado a seguir.

Pudim de passas Campo de futebol Bolinhas se chocando

Os planetas do sistema solar Átomos

Às vezes

São essas coisas Em química escolar

LEAL, Murilo Cruz. Soneto de hidrogênio. São João del Rei: Editora UFSJ, 2011.

a) Sobre o poema, responda: Quais os modelos atômicos mencionados no texto? Justifique sua resposta.

3 — (UFRGS-RS) Uma moda atual entre as crianças é colecionar figurinhas que brilham no escuro. Es-

sas figuras apresentam em sua constituição a substância sulfeto de zinco. O fenômeno ocorre porque alguns elétrons que compõem os átomos dessa substância absorvem energia luminosa e saltam para níveis de energia mais externos. No escuro, esses elétrons retornam aos seus níveis de origem, liberando energia luminosa e fazendo a figurinha brilhar. Essa característica pode ser explicada considerando o modelo atômico proposto por:

a) Dalton. b) Thomson. c) Lavoisier. d) Rutherford. e) Bohr

4 — (ENEM-2019) Em 1808, Dalton publicou o seu famoso livro o intitulando Um novo sistema de fi-

losofia química (do original A New System of Chemical Philosophy), no qual continha os cinco postulados que serviam como alicerce da primeira teoria atômica da matéria fundamentada no método científico. Esses postulados são numerados a seguir:

1. A matéria é constituída de átomos indivisíveis.

2. Todos os átomos de um dado elemento químico são idênticos em massa e em todas as outras propriedades.

3. Diferentes elementos químicos têm diferentes tipos de átomos; em particular, seus átomos têm diferentes massas.

4. Os átomos são indestrutíveis e nas reações químicas mantêm suas identidades.

5. Átomos de elementos combinam com átomos de outros elementos em proporções de números inteiros pequenos para formar compostos.

Após o modelo de Dalton, outros modelos baseados em outros dados experimentais evidencia- ram, entre outras coisas, a natureza elétrica da matéria, a composição e organização do átomo e

Com base no modelo atual que descreve o átomo, qual dos postulados de Dalton ainda é consi- derado correto? a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5

5 — Frente às estratégias em utilizar radiação ultravioleta no combate à COVID 19, conforme descrito

na reportagem na introdução do plano de estudo tutorado, pesquise e responda a importância da evolução da ciência como mecanismo para auxiliar na medicina e, sobretudo no combate ao co- ronavírus. Assim, faça um paralelo de como o desenvolvimento de modelos atômicos contribuiu para o desenvolvimento da sociedade?

Fonte: FELTRE, Ricardo. Química Geral. 6. ed. São Paulo: Moderna, 2004. v. 1, p. 384. Fonte: Exercício sobre modelo atômico. IFSC. Disponível em: <https://docente.ifsc.edu.br/marcel.piovezan/MaterialDidatico/QGE_PQ/ Lista%201%20modelos%20atomicos%20e%20distribui%C3%A7%C3%A3o%20PQ%20QGE.pdf>. Acesso em: 19 junho 2020.

UNIDADE(S) TEMÁTICA(S):

Eixo Temático V: Força e Movimento — Tema 12: Equilíbrio e Movimento.

OBJETO DE CONHECIMENTO:

30. Primeira Lei de Newton.

HABILIDADE(S):

30.1. Compreender a 1ª Lei de Newton.

CONTEÚDOS RELACIONADOS:

30.1.2. Compreender o conceito de peso de um corpo como a força com que a Terra o atrai. 30.1.4. Compreender o conceito de inércia.

30.1.5. Saber a diferença entre massa e peso de um corpo e suas unidades de medida. 30.1.12. Saber enunciar a primeira lei de Newton e resolver problemas de aplicação dessa lei.

INTERDISCIPLINARIDADE:

Matemática.

PLANO DE ESTUDO TUTORADO

SECRETARIA DE ESTADO DE EDUCAÇÃO DE MINAS GERAIS

COMPONENTE CURRICULAR: FÍSICA

ANO DE ESCOLARIDADE: 1º ANO – EM

NOME DA ESCOLA: ESTUDANTE: TURMA: MÊS:

NÚMERO DE AULAS POR SEMANA: 2

TURNO:

TOTAL DE SEMANAS: 4

NÚMERO DE AULAS POR MÊS: 8

SEMANA 1

No documento PET 1º ano Vol III (páginas 77-83)