A Evolução das Teorias Atômicas: A Eterna Busca pelos Modelos

Tales de Mileto Demócrito

Dalton

Geissler e Plucker Crookes

Alessandro Volta Nicholson e Carlisle Thomson

Goldstein Roetgen

A Evolução das Teorias Atômicas:

A Eterna Busca pelos Modelos

Millikan Moseley Rutherford Bohr Sommerfeld De Broglie Schrödinger Planck Heisenberg Pauli

Demócrito

460 a.C. a 370 a.C.

• Discípulo de Leucipo (?);

• Viveu em Abdera na Trácia, hoje Turquia;

• Sistematizou as idéias de Leucipo:

– Toda matéria se subdivide em átomos eternos e indestrutíveis, que não tem causa;

– A matéria é constituída por átomos qualitativamente iguais;

– Os átomos estão em contínuo movimento no vácuo;

– Os diferentes tipos de átomos diferem em forma, tamanho e massa.

• Provavelmente, o modelo foi puro fruto da intuição;

• Salvo exceções, sem receptividade entre os antigos;

• Leucipo → Demócrito → Epicuro → Lucrécio;

• “Feliz adivinhação”, segundo Sir Willian Dampier.

John Dalton

(1766 – 1844)

• Inspirado no atomismo de Demócrito;

• Atomismo quantitativo (1803);

• Explicações admitindo-se que a matéria é feita de átomos;

• Propostas:

– Toda matéria é composta de partículas fundamentais: os átomos;

– São permanentes e indivisíveis;

– Não podem ser criados nem destruídos;

– Átomos de um mesmo elemento químico são idênticos em todas as suas propriedades;

– Uma alteração química consiste em uma

combinação, separação ou rearranjo de átomos;

– Os compostos são constituídos de átomos de elementos diferentes em proporções fixas.

“Como e do que são construídos os átomos?”

• Tales de Mileto (séc. VI a.C.);

– Elektron: palavra grega que significa âmbar;

• Alessandro Volta (1800);

– Pilha elétrica: empilhamento de discos de zinco e cobre intercalados e separados por discos de pano embebidos em ácido sulfúrico;

• Willian Nicholson e Anthony Carlisle (1800);

– Realizaram a eletrólise da água (lise, palavra grega que significa quebra);

“Como e do que são construídos os átomos?”

• Humphrey Davy e Michael Faraday (1932);

– “A quantidade de substância produzida pela eletrólise é proporcional à quantidade de eletricidade utilizada”;

– “Para uma dada quantidade de eletricidade a quantidade de substância produzida é

proporcional ao seu peso equivalente”;

• Experimentos com tubos de descarga de gás:

– Tubo de vidro cilíndrico fechado em ambas as extremidades, com dois eletrodos em forma de discos planos ligados a uma fonte de alta

voltagem (20.000 Volts), conectado a um tubo de vácuo lateral;

– Henrich Geissler;

Ampola ou Tubo de Crookes

– Tubo de Crookes: usados na 2ª metade do século XIX para investigar os efeitos de

descargas elétricas em gases à baixa pressão;

– Pressão atmosférica: pouco se observa;

– Pressão moderada (b): incadescência do gás;

– Pressão baixa (c): incadescência próxima ao cátodo;

– Pressão baixa com sulfeto de zinco (d): linhas luminosas ao microscópio e sombra no tubo.

Ampola ou Tubo de Crookes

– Qualquer metal pode ser utilizado como eletrodo e o tipo de gás muda a cor da incandescência do tubo;

• Interpretação: a baixas pressões algo deixa o cátodo e se dirige em direção ao ânodo. Este algo foi inicialmente chamado de raio catódico.

O raio catódico não é energia radiante, como a luz, mas um feixe de partículas. A sombra

obtida com a presença do sulfeto de zinco indica que elas se movem em linha reta (sombra). A incandescência observada é

resultado da colisão das partículas com o gás, sendo que a pressões baixas a maioria das

partículas atravessa o tubo sem se chocar com ele produzindo uma incandescência no tubo;

• Os raios catódicos podem ser desviados pela aplicação de um campo elétrico ou um campo magnético.

J. J. Thomson

(1856 – 1940)

• Primeiro cientista a realizar o experimento com sucesso em 1897;

• Raio catódico é

composto por partículas de carga negativa;

• Mesma massa e carga;

• Independe do material do qual é feito o cátodo;

• e/m =

-1,76x10⁸ C.g^-1

Aplicações dos Tubos de

Descarga de Gás

Ampola ou Tubo de Goldstein

• Cátodo perfurado;

• Linha luminosa através das fendas: raios canais;

• Cor também depende do gás no tubo;

• Raio é uma mistura de

partículas, mesmo se o gás for um só;

• Partículas são carregadas positivamente;

• Valores são múltiplos de 1,6 x 10^-19 C;

• Choques retiram elétrons, atribuindo caráter positivo ao átomo que migra para o cátodo.

O Modelo Atômico de Thomson (1898)

• Elétrons podem ser retirados do átomo, deixando-o com carga positiva;

• O cátion formado é muito maior do que o elétron;

• Átomo é uma esfera de carga elétrica positiva, onde estavam contidos alguns elétrons (Pudim de ameixas);

• A parte positiva

continha a maior parte da massa do átomo;

• Postulou mais tarde que os elétrons

estariam se movendo

Experimento de Millikan

1909

• Oléo é vaporizado;

• Através de um

microscópio, observa- se a gotícula caindo com a gravidade;

• Irradiação com raios-X retirava elétrons do ar;

• Elétrons eram

capturados pelo óleo;

• Disco metálico com um orifício é ligados a um gerador (+);

• Compensou a queda da gotícula de óleo;

• Determinação da velocidade pela queda no ar;

• Gotículas sempre carregadas com múltiplos de -1,6x10^-19C;

• Combinação da carga com a relação e/m de Thomson, acha-se a massa do elétron.

Röntgen e os Raios-X

1896

• Experimento com a ampola de Crookes envolta por papelão negro;

• Radiação desconhecida escapava da ampola e atravessava o vidro, o papel e o papelão

impressionando um filme fotográfico;

• Sem carga elétrica e invisível;

• Por não saber do que se tratava, Röntgen chamou de Raio-X;

• São formados por elétrons de alta energia, parecidas com a luz mas de maior freqüência;

• Nocivos à saúde:

mutações nas células;

A Ampola de Coolidge

1913

• Coolidge aperfeiçoou a ampola de Crookes para aumentar o rendimento na formação dos raio-X;

• Pressão: 10^-9 atm;

• Filamento de tungstênio;

• Anti-cátodo desacelera elétrons, originando ondas eletromagnéticas que foram o raio-X;

Radioatividade

1896

• Descoberta dos raios-X desencadeou a descoberta da radioatividade;

• Becquerel (1852-1908) buscou

comprovar a hipótese de Poincaré e descobriu a radioatividade;

• Sal de urânio continuava emitindo radiações, mesmo depois de cessar a emissão de luz;

• Radiações impressionavam papéis fotográficos;

• Marie (1867–1934) e Pierre Curie (1859-1906) comprovaram a

existência de mais elementos

radioativos: tório, actínio e outros;

• Descobriram dois novos elementos:

Polônio e Rádio;

• Radioatividade é características de

As Emissões Radioativas

• Polônio em um cilindro de chumbo emite

radiações direcionadas que são separadas por placas altamente

eletrizadas, revelando pontos em locais

diferentes de uma placa fotográfica.

Características das Emissões

• Partículas Alfa:

– Velocidade inicial variando de 3000 a 30000 km/s;

– Pequeno poder de penetração. Detidas por uma camada de 7 cm de ar, uma folha de papel ou uma chapa de alumínio, com 0,06 milímetros de espessura. Sobre o corpo humano, são detidas pela camada de células mortas da pele, podendo, no máximo, causar

queimaduras.

• Partículas Beta:

– Velocidade inicial variando entre 100000 e 290000 km/s, ou seja, até 95% da velocidade da luz.

– Médio poder de penetração. 50 e 100 vezes mais penetrantes que as partículas alfa. Atravessam alguns metros de ar e até 16 mm de madeira. Detidas por lâminas de alumínio com 1cm de espessura ou de

chumbo com espessura maior que 2mm. Sobre o corpo humano, podem penetrar até 2 cm e causar sérios danos.

• Radiações Gama:

– Velocidade igual à velocidade da luz, ou aproximadamente 300 000 km/s.

– Alto poder de penetração. os raios gama são mais

penetrantes que os raios X, pois possuem comprimentos de onda bem menores, variando entre 0,1 e 0,001

angstrons. Atravessam milhares de metros de ar, até 25 cm de madeira ou 15 cm de espessura de aço. São

detidos por placas de chumbo com mais de 5 cm de espessura ou por grossas paredes de concreto. Podem

Moseley e o Nº Atômico

• Até 1913 a Tabela Periódica era organizada pela massa atômica;

• Não havia relação entre o nº atômico e a estrutura atômica;

• Espectros de raios-X de vários elementos

mostrou alta regularidade;

• Regularidade foi atribuída à carga positiva do

núcleo, o número atômico (Z);

• Elementos em posições erradas foram

reorganizados originando a Tabela Periódica atual;

• Faleceu com

apenas 30 anos.

O Modelo de Rutherford

• Bombardeamento de uma finíssima placa de ouro (0,0001 mm) com partículas alfa;

• Envolvimento da placa de ouro por um cilindro de sulfeto de zinco ou papel fotográfico;

• Aparecimento de uma fluorescência intensa na direção das emissões e esporadicamente em alguns outros pontos;

A Teoria de Bohr

1913

• Nem todas as leis da física clássica deveriam ser seguidas pelas partículas

atômicas;

• Os elétrons giram em redor do núcleo em órbitas bem

definidas;

• Quando um elétron troca de órbita, ele absorve ou emite energia, segundo as idéias de Planck;

• Postulados baseados no espectro de emissão do hidrogênio

estudado pelos cientistas Lyman, Balmer e Paschen.

• Observações experimentais indicaram que:



 

 

 ₂ 1₂ 1

1 1

R n

 ^_

 



 

 ₂ 1₂ 2

1 1

R n

 ^_

 



 

 ₂ 1₂ 3

1 1

R n



A Teoria de Bohr

1913

• Sommerfeld (1868-1951):

– Órbitas circulares e elípticas de diferentes excentricidades com conteúdos energéticos diferenciados, constituindo uma camada;

• De Broglie:

– Todo corpo apresenta associado ao seu movimento um fenômeno ondulatório;

– O elétron pode sofrer reflexão, refração e etc., como ocorre com o som ou a luz;

• Heisenberg (1901-1976):

– “É impossível determinar simultaneamente a posição exata e a velocidade de uma partícula- onda num dado instante”;

• Schrödinger:

– Orbital é a região do espaço ao redor do núcleo em que é muito grande a probabilidade de se localizar o elétron;

• Planck:

– A energia é recebida ou emitida em uma

quantidade fundamental, denominado quantum, E=hν;

• Pauli:

– Um mesmo orbital conterá, no máximo, dois elétrons de spins contrários;

As Contribuições