Átomo, Estrutura Atômica e Modelos Atômicos


Historicamente, quando os homens começaram a pensar sobre a composição da matéria, os filósofos gre­gos afirmavam que ela é constituída por partículas pe­quenas e indivisíveis, o átomo – do grego a (não) e tomos (divisível). Atualmente, sabemos, por meio de pesquisas expe­rimentais, que o átomo é divisível em inúmeras partícu­las.. Mesmo assim, sua importância não diminuiu, pois ele é a partícula fundamental de estruturação da matéria.

Átomo, Estrutura Atômica

Estrutura atômica básica

O átomo é composto por três partículas fundamentais, que são, por ordem de descobrimento, elétrons, prótons e nêutrons. Todos os fenômenos químicos e físicos podem ser explicados por meio delas. Os elétrons, que foram descobertos por Thomson (l856-1940), apresentam massa de 9,108 • IO”28 g e carga elétrica de 1,6021 • IO”19 C (negativa). Os prótons, que foram descobertos por Goldstein, apresentam massa de 1,673 • IO’24 g e carga elétrica de 1,6021 • 10~19 C (positiva). Os nêutrons, cuja existência foi proposta por Rutherford (1871-1937) e comprovada experimentalmente por Chadwick(1891-1974), apresentam massa de 1,675 • 10 ~24 g e carga elétrica nula.

Corno os valores absolutos de massa e carga dessas partículas são muito pequenos, em termos práticos, deve-se trabalhar com os conceitos de carga e massa relativas, que são a razão entre a massa e a carga da partícula e a massa e a carga de uma partícula padrão. A partícula padrão é o próton.
A seguir, é apresentada uma tabela que reúne as principais informações citadas anteriormente.

O átomo apresenta duas regiões: o núcleo e a eletrosfera. O núcleo é uma região maciça, densa, positiva e muito pequena. Nessa região encontram-se os prótons e os nêutrons. A eletrosfera é um “grande vazio” de carga negativa. Nela encontramos os elétrons que orbitam em torno do núcleo. O diâmetro do átomo é cerca de 10 000 a 100 000 vezes maior que o diâmetro do núcleo.

O átomo pode ser caracterizado por seu número atômico e por seu número de massa. O número atômico, representado pela letra Z, é a quantidade de prótons que o átomo apresenta. O número de massa, representado pela letra A, é a soma da quantidade de prótons com a quantidade de nêutrons que ele tem.

Representação do átomo e seus números, em que X e, genericamen­te, o símbolo do elemento. O átomo, apesar de apresentar partículas que possuem carga elétrica, é um sistema neutro e tem a mesma carga elétrica em módulo do próton. Desse modo, pode-se concluir que a quantidade de prótons é igual à quantidade de elétrons.

Para adquirir a estabilidade química, o átomo pode ganhar ou perder elétrons. Quando isso acontece, ele passa a ser chamado de ípn. Se o átomo perde elétrons, transformando-se em um íon de carga positiva, ele é chamado de cátion. Se ganha elétrons, transformando-se em um íon negativo, ele passa a ser chamado de ânion.

8O2~ (ânion oxigênio) 13A£3+ (cátion alumínio)

Elemento químico

É o conjunto de todos os átomos que apresentam o mesmo número de prótons. O átomo mais simples tem um próton e um elétron e é denominado prótio. O que apresenta, além do próton e do elétron, um nêutron, é denominado de deutério. O átomo que apresenta um nêutron a mais que o deutério é denominado trítio. Todos eles fazem parte do mesmo elemento químico denominado hidrogênio, cujo símbolo é H; ou seja, todos os três são átomos de hidrogênio. Então, percebemos que, na realidade, há três tipos diferentes desse elemento. Os átomos que diferem entre si apenas pela quantidade de nêutrons, apresentando o mesmo número de prótons e elétrons, são chamados isótopos.

Os átomos que apresentam o mesmo número de massa, o mesmo número atômico e número diferente de nêutrons, são os isóbaros. Os átomos que apresentam o mesmo número de nêutrons e diferem em seus números atômicos e de massa são os isótonos. As espécies químicas que apresentam a mesma quantidade de elétrons são ditas isoeletrônicas. No exemplo anterior, como a carga do cálcio é positiva, houve a perda de dois elétrons. Logo, seu número de elétrons é igual a 1 8 (Z – 2, ou seja, 20 – 2). O enxofre, como apresenta carga negativa, ganhou dois elétrons, ficando com 1 8 elétrons (Z + 2, ou seja, 16 + 2).

Histórico dos modelos atômicos

Leucipo e Demócrito (aproximamente 450 a. C.), dois filósofos gregos, admitiam que a matéria é formada por pequenas partículas indivisíveis. Em grego, a palavra que define essa ideia é átomo.

Modelo atômico de Dalton

Dalton (1766-1844), cientista inglês que, ao observar os resultados experimentais de massas gasosas reacionais, postulou que o átomo é indivisível, maciço, esférico e minúsculo. Também afirmou que os átomos de mesma massa são átomos do mesmo elemento e que os de massas diferentes são átomos de elementos distintos. O modelo atómico de Dalton é conhecido por “bola de bilhar”.

Modelo atômico de Thomson

Depois da descoberta dos prótons e dos elétrons -partículas menores que o átomo – era insustentável manter o conceito de indivisibilidade atómica. Então, Thomson (1856-1940) definiu o átomo com as seguintes características:
•         divisível;
•         maciço;
•         esférico;
•         minúsculo.

Esse modelo ficou conhecido como “pudim de passas”, pois se refere ao átomo como sendo uma massa positiva com os elétrons incrustados, como uvas-passas. nessa massa.

Modelo atômico de Rutherford

A descoberta das partículas radioativas possibilitou a Rutherford (1871-1937) montar um experimento único, por meio do qual foi comprovada a estrutura da matéria. Trata-se do bombardeamento de partículas alfa (núcleo dojiélio) sobre uma finíssima lâmina de ouro. Era esperado, em termos teóricos, que todas as partículas alfa atravessassem a lâmina sem sofrer desvio em sua trajetória. Mas, para espanto de Rutherford e de seus auxiliares, foram observados os seguintes fatos:
•         a maior parte das radiações atravessou a lâmina sem desvios em sua trajetória;
•         algumas dessas radiações sofreram desvios em sua trajetória;
•         poucas batiam e voltavam.

Isso levou Rutherford a concluir que no átomo predomina o vazio e que ele apresenta uma região central que é densa, pequena e positiva, denominada núcleo.

Rutherford é o pai do átomo nuclear ou planetário. Ele imaginou que os elétrons orbitavam ao redor do núcleo, assim como os planetas orbitam em torno do Sol. No núcleo, estavam os prótons e nêutrons. A respeito dos nêutrons, Rutherford previu sua existência, mas não a comprovou experimentalmente. Isso foi feito, posteriormente, pelo físico britânico Chadwick (1891-1974).

Modelo atômico de Rutherford-Bohr

Bohr (1885-1962), baseado no espectro de emissão da luz do gás hidrogênio, postulou que a eletrosfera está dividida em sete níveis ou camadas eletrônicas. Essas camadas são denominadas K, L, M, N, O, P e Q.

O elétron, ao orbitar por uma camada ou nível, não ganha e nem perde energia, ou seja, sua energia é constante. Mas, caso a receba (na forma de um quantum), saltaria para um nível mais energético. Nesse estado, encontramos o elétron excitado, pois tem mais energia que no estado fundamental. Espontaneamente, o elétron retorna à órbita de origem, liberando a energia recebida na forma de ondas eletromagnéticas (luz). Esses saltos são conhecidos como saltos quânticos.

Modelo atômico atual – princípios

O modelo atômico atual é composto pela contribuição de três cientistas – de Broglie, Heisenberg e Schrõdinger -que são autores dos seguintes princípios:
•         de Broglie (1892-1987) – dualidade do elétron. Por este princípio, pode-se afirmar que o elétron apre­senta comportamento misto de partícula e onda.
•         Heisenberg (1901-1976) – incerteza. Por este prin­cipio, é impossível, ao mesmo tempo, determinar a posição e a energia (velocidade) do elétron.
•         Schrõdinger (1887-1961) – equações de onda.

São equações matemáticas com fator probabilístico. Sua interpretação resulta no conceito de orbital.