Teoria Atômica
Professor: Marcelo Marques
Universidade Estadual do
Rio de Janeiro
Em 430 a.C, Leucipo formula a primeira teoria científica
sobre a composição da matéria.
Em 400 a.C, Demócrito confirma esta teoria de que a matéria é
constituída por partículas minúsculas e indivisíveis:
Átomo
Modelo proposto por Demócrito:
Toda a matéria é constituída por
átomos e vazio;
O átomo é uma partícula pequeníssima,
invisível e que não pode ser dividida;
Os átomos encontram-se em constante
movimento;
(384 a.C. - 322
a.C.)
Aristóteles acreditava que a matéria
era contínua e composta por:
O Modelo de Demócrito permaneceu na sombra durante
mais de 20 séculos...
Ar
Água
Terra
Fogo
Alquimia
Os árabes herdaram, na Idade Média, a cultura do
mundo antigo e, no que diz respeito à química,
aprofundaram-se no desenvolvimento da alquimia.
Na busca da Pedra Filosofal que transformaria tudo
em Ouro, ou ainda do Elixir da Longa Vida, os
alquimistas acumularam grande experiência em
diversos processos, que foram muito úteis na evolução
da química através dos tempos.
Século XVIII
: Antoine Lavoisier (1789)
Lavoisier mediu cuidadosamente as massas de um sistema antes e depois de uma reação em recipientes fechados.
.
Lavoisier constatou que a massa do sistema antes e depois da reação é a mesma.
"Numa reação química, não ocorre alteração na massa do sistema".
A matéria é constituída
de diminutas
partículas amontoadas
como laranjas.
Átomo
Modelo proposto por Dalton:
Com base em estudos de outros cientistas,
anteriores a ele, criou um modelo de átomo onde
pregava as seguintes idéias:
toda matéria é composta por átomos;
os átomos são indivisíveis;
os átomos não se transformam uns nos outros;
os átomos não podem ser criados nem destruídos;
os elementos químicos são formados por átomos
simples;
os átomos de determinado elemento são idênticos
entre si em tamanho, forma, massa e demais
propriedades;
O primeiro experimento dá indícios de que átomos poderiam ser constituídos de partes menores; ainda partículas mais simples surgiram em 1850.
William Crookes, um físico britânico, foi o primeiro de vários cientistas a construir tubos de descarga de gás, geralmente chamados de tubos Crookes.
Os experimentos dos tubos Crookes podem ser interpretados da seguinte forma: a baixas pressões, é evidente que alguma coisa deixa o cátodo e viaja para o ânodo.
Em 1887, o físico inglês J. J. Thomson mostrou que as partículas em raio catódico são carregadas negativamente.
Provou a afirmação mostrando que o raio pode ser desviado se passar entre placas de metais carregados opostamente em um tubo de Crookes .
A direção do desvio (para a placa carregada positivamente) mostra que as partículas do raio catódico carregam um carga elétrica negativa.
Hoje, geralmente provamos a existência desta carga negativa mostrando o desvio das partículas em um campo magnético.
Pelo ano de 1896, o físico britânico John Thomson, descobriu o elétron,
e encontrou o valor da sua massa (9,11 . 10-31 Kg) .
Porém um ano depois Thomson tentou considerar a carga elementar,
assim como pouco antes, também Townsend tentou calcular a carga do elétron e o resultado adquirido por ele foi 1.10-19 C.
Thomson na tentativa de determinar a carga do elétron, usou a câmara
Em 1909, o cientista americano Robert Millikan iniciou as suas tentativas na determinação da carga dos elétrons. Para tal ele começou por carregar um curso de água com um campo eléctrico. Os resultados sugeriram que a carga nas gotas era um múltiplo da carga eléctrica elementar, mas a experiência não era suficientemente precisa para convencer.
Ele obteve resultados mais precisos em 1910 com a substituição da água por óleo, pois a água tendia a evaporar-se mais depressa do que o óleo. Usando um pulverizador de perfume, borrifou gotas de óleo numa câmara transparente. Na parte de cima e na de baixo havia placas de metal ligadas a uma bateria, que fazia que uma delas fosse positiva e a outra, negativa. Como cada gota recebia uma pequena carga de eletricidade estática enquanto viajava pelo ar, a velocidade de sua descida podia ser controlada pela alteração da voltagem nas placas (quando essa força eléctrica se igualava à força da gravidade, a gota - "como uma estrela brilhante sobre um fundo negro" - levitava no ar).
No interior da ampola de descarga em gases rarefeitos é colocado um cátodo
perfurado. Do cátodo perfurado partem os elétrons ou raios catódicos (representados em vermelho), que se chocam com as moléculas do gás (em azul claro) contido no interior do tubo. Com o choque, as moléculas do gás perdem um ou mais elétrons, originando íons positivos (em azul escuro) que repelidos pelo ânodo, são atraídos pelo cátodo, atravessam os furos e colidem com a parede do tubo de vidro, enquanto os elétrons são atraídos pelo ânodo e ao colidirem com a parede de vidro do tubo produzem fluorescência.
A descoberta dos raios X
A descoberta dos raios catódicos e os trabalhos posteriores de
Crookes despertaram um grande nº de físicos no final do século XIX, Entre eles o alemão Wilheim Konrad Röentgen(1845-1923).
Em um de seus experimentos com raios catódicos, percebeu que um negativo de filme fotográfico virgem tinha sido sensibilizado, posteriormente o cientista concluiu que eles não podiam ser partículas com cargas elétricas, como os raios catódicos, e denominou-os
Raios X.
É a capacidade que certos átomos possuem de emitir radiações eletromagnéticas e partículas de seus núcleos instáveis com o objetivo de adquirir estabilidade. A emissão de partículas faz com que o átomo radioativo de determinado elemento químico se transforme num átomo de outro elemento químico diferente.
Em 1896, o físico francês Antoine-Henri Becquerel, que se dedicava ao estudo de substâncias fluorescentes, percebeu que um sal de urânio( sulfato duplo potássio e uranila) era capaz de sensibilizar não só o negativo de um filme fotográfico- mesmo quando esse filme era recoberto por papel preto, mas também finas lâminas de metal. Becquerel descobridor do Urânio, percebeu que esse material emitia raios com propriedades semelhantes às dos raios X , a ela deu o nome de Radioatividade.
No mesmo ano o físico inglês Rutherford criou uma aparelhagem que permitiu identificar as partículas alfa e beta e ainda concluir que as partículas alfa possuíam maior massa e posteriormente descobriu que eram constituídas de 2 prótons e 2 nêutrons.
Em 1900 Becquerel concluiu que as partículas beta eram iguais aos elétrons.
Nesse mesmo ano, o físico francês Paul Villard, repetindo as experiências de Rutherford percebeu a existência de outros raios que eram afetados pelo campo eletromagnético. Esses raios não apresentavam nem massa, nem carga e eram constituídos por ondas eletromagnéticas e foram denominados de raios gama.
Para explicar esse fenômeno,Becquerel imaginou que o urânio, ao emitir radiação,se transformava em outro elemento químico
.
Essa suposição levou os cientistas a admitirem que o átomo seria constituído de partículas menores, as quais, por sua vez, sofreriam um rearranjo ao emitir radiação, originando átomos de elementos químicos diferentes.
O químico inglês Frederick Soddy, assistente de Rutherford elaborou as primeiras leis da Radioatividade.
1ª Lei: Ao emitir uma partícula alfa, o átomo de um elemento radioativo dá origem a um novo elemento que apresenta nº de massa A com 4 unidades a menos e o nº atômico Z com 2 unidades a menos.
2ª Lei: Lei de Soddy,Fajans e Russel
Ao emitir uma partícula beta, o átomo de um elemento radioativo se transforma em um novo elemento de mesmo nº de massa, mas com nº
atômico que apresenta uma unidade a mais.A partícula beta se
desprende em alta velocidade
Nesta emissão um nêutron presente no núcleo se decompõe e dá origem, a um próton, a um elétron e uma subpartícula atômica (antineutrino).
Protegem uma pessoa de uma emissão beta: roupas,madeira e
até o papel.
O neutrino é uma partícula de carga nula e massa
aproximadamente 300 vezes menor que a do elétron e é estável
não se decompõe e possui alta energia .
Radiações gama
São ondas eletromagnéticas que acompanham asemissões alfa
e beta. Possuem a velocidade da luz e mais ou menos,100
vezes mais penetrantes que as beta tendo mais energia que
elas.
Fissão nuclear é a divisão de um núcleo atômico pesado e instável através do seu bombardeamento com nêutrons - obtendo dois núcleos menores, nêutrons e a
liberação de uma quantidade enorme de energia.
Em 1934, Enrico Fermi, bombardeando átomos de urânio com nêutrons, observou que os núcleos bombardeados capturavam os nêutrons, originando um material radioativo. Em 1938, Hahn e Strassmann, repetindo a mesma experiência, constataram a existência do bário entre os produtos obtidos. Equacionando
92U235 + 0n1 = 56Ba142 + 36Kr91 + 3 0 n1 + 4,6 . 109kcal
(Condições de temperatura e pressão: 106 ºC , 104 atm)
Fusão nuclear é a junção de dois ou mais núcleos atômicos produzindo um único núcleo maior, com liberação de grande quantidade de energia. Nas estrelas como o Sol, ocorre a contínua irradiação de energia (luz, calor, ultravioleta, etc.)proveniente da reação de fusão nuclear:
4 1H1 =
2He4 + outras partículas + energia
(1871 - 1937)
Ele é da Nova Zelândia
Em 1893, com 22 anos,
Rutherford já se aprofundava
em matemática e física,
sob a orientação de
J. J. Thomson, o
modelo de Rutherford representa o átomo
Rutherford concluiu que, embora os prótons contivessem toda a carga do núcleo, eles sozinhos não podem compor sua massa.
O problema da massa extra foi resolvido quando, em 1932, o físico inglês J. Chadwick descobriu uma partícula que tinha aproximadamente a mesma massa de um próton, mas não era carregada eletricamente.
Em resumo, podemos então descrever um átomo como apresentando um núcleo central, que é pequeníssimo, mas que contém a maior parte da massa do átomo e é circundado por uma enorme região extranuclear contendo elétrons (carga -1). O núcleo contém prótons (carga +1) e nêutrons (carga 0).
Um átomo individual (ou seu núcleo) é geralmente identificado especificando dois números inteiros: o número atômico Z e o número de massa A.
O número atômico Z é o número de prótons no núcleo.
O número de massa A é o número total de núcleons (prótons mais nêutrons) no núcleo.
Um átomo específico é identificado pelo símbolo do elemento com número atômico Z como um índice inferior e o número de massa como um índice superior. Assim,
