Evolução dos Modelos Atômicos – Leis Ponderais

A composição da matéria foi uma das questões que sempre intrigou estudiosos e até filósofos. Qual a composição da matéria? Qual a menor parte em que podemos dividi-la? Certamente, muitas teorias foram concebidas e vários modelos atômicos foram propostos, sendo substituídos por novas teorias tão logo se tornavam comprovadamente equivocados ou incompletos.

As Leis Ponderais e a relação com os modelos atômicos

Através de experimentos, os cientistas Lavoisier e Proust observaram que as reações químicas obedeciam a determinadas regras, que relacionavam as massas dos compostos usados como reagentes e as massas dos produtos das reações.

Antoine Laurent Lavoisier elaborou a lei da conservação das massas a qual determinava que, em sistemas de reações fechadas (sem perda de produtos ou subprodutos para o ambiente, como ocorre com reações que tem produtos gasosos em sistemas abertos), a soma das massas dos produtos correspondia à soma das massas dos reagentes que os originaram.

Joseph Louis Proust percebeu que essas mesmas massas obedeciam a proporções que se demonstravam constantes, ou seja: ao dobrar a massa dos reagentes, a massa dos produtos obtidos também dobrava.

Essas leis, que surgiram no final do século XVIII, foram fundamentais para as posteriores teorias dos modelos atômicos. Foi baseado nessas leis que o cientista John Dalton, no início do século XIX, elaborou a teoria que ficou conhecida como Modelo Atômico de Dalton, que foi a primeira teoria científica a respeito do tema.

A evolução dos modelos atômicos

A primeira ideia a respeito da constituição do átomo surgiu no século V a.C., quando os filósofos Leucipo e Demócrito, respectivamente mestre e discípulo, afirmavam que a matéria não poderia ser dividida infinitamente, mas que haveria um ponto a partir do qual fosse impossível continuar a fracioná-la. Este, então, seria o átomo, cujo nome tem como origem as palavras gregas “a + thomos”, que significam “sem divisão”.

Mas o modelo atômico de Dalton foi o primeiro a ser apresentado cientificamente, como já dito, e os demais foram complementando-se e se corrigindo até chegarmos ao modelo atual.

Cronologicamente, os modelos atômicos propostos foram:

• Modelo Atômico de Dalton: sugerindo um átomo semelhante a uma bola de bilhar, Dalton propôs que a matéria era formada por partículas muitíssimo pequenas, maciças e indivisíveis. Sua teoria também diz que os átomos de mesma propriedade juntos constituem um elemento químico, cada qual com suas propriedades peculiares e que as reações químicas se constituem de rearranjos de átomos, através de sua união e separação. Observemos que as teorias de Dalton, apesar de datarem de 1808, já traziam muitas informações importantes para a química atual.

• Modelo de Thomson: Joseph John Thomson foi um brilhante físico britânico laureado com o prêmio Nobel por descobrir as propriedades ondulatórias dos elétrons. Ele descobriu a existência dessas partículas de carga negativa através da experiência conhecida como “Ampola de Crookes”: em um tubo de vidro ou quartzo com vácuo interior, duas placas metálicas são ligadas a uma fonte de tensão elétrica. Com um lado ligado a um polo positivo e outro a um polo negativo, um feixe luminoso surge e atravessa o tubo. Thomson deduziu que os raios eram compostos por feixes de partículas carregadas eletricamente e providas de massa. Em 1874, fins do século XIX, ele propôs um átomo constituído de uma pasta de carga positiva onde estavam incrustrados os elétrons, em uma distribuição uniforme que explicaria a neutralidade de carga do átomo. Thomson foi o primeiro a propor um modelo de átomo que poderia ser dividido em partículas menores. Esse modelo ficou conhecido como “pudim de passas”.

• Modelo Planetário de Rutherford: Ernest Rutherford foi um físico e químico neozelandês, conhecido como o pai da física nuclear. Em 1911, sua teoria de modelo atômico propunha um átomo constituído de um núcleo que concentraria a carga positiva dos átomos. Através de um experimento conhecido como “folha de ouro”, ele provou o que ficou conhecido como “dispersão de Rutherford”, em que bombardeava uma folha de ouro muito fina com partículas α (alfa).

Nessa experiência, ele observou que a maioria das partículas atravessava a lâmina, enquanto uma pequena parte tinha a trajetória desviada ou não atravessava. Logo, ele deduziu que a massa dos átomos da folha de ouro era concentrada em uma área muito pequena, que foi denominada núcleo e o restante dele era constituído por espaços vazios. A esses espaços vazios, Rutherford denominou eletrosfera, pois nele os elétrons giravam ao redor do núcleo do átomo. Pela semelhança com o sistema solar, em que os planetas orbitam ao redor do sol, essa teoria ficou conhecida como “Modelo Planetário”.

• Modelo de Bohr: olhando o modelo de Rutherford através das leis da física clássica, observa-se que é impossível que os elétrons girem indefinidamente ao redor do núcleo, uma vez que perderiam energia constantemente pelo movimento orbital. Eles acabariam por, em algum momento, cair no núcleo. Mas, sendo os átomos estáveis, isso certamente não acontecia.

O físico dinamarquês Niels Bohr, que trabalhava com Thomson e Rutherford e haveria de receber também o prêmio Nobel em 1922, conseguiu aperfeiçoar a teoria de seu colega, complementando a definição da estrutura do átomo com teorias que explicavam a distribuição e o movimento realizado pelos elétrons. Segundo os postulados de Bohr, os elétrons circulavam ao redor do núcleo em órbitas circulares chamadas de camadas eletrônicas, cada qual com uma energia determinada e constante diferente das demais. O movimento dos elétrons dentro de sua camada original não resulta em perda ou ganho de energia, mas entre diferentes camadas eletrônicas, sim. Um elétron que receba energia externa salta para uma camada eletrônica mais externa, mais longe do núcleo. Entretanto, essa energia recebida torna-o instável e ele tende a retornar à camada original. Quando o faz, libera energia em forma de luz ou de calor.

O modelo aceito hoje pela ciência, chamado Modelo de Rutherford-Bohr, é baseado nessa teoria de Bohr e embora não traga explicações completas e definitivas sobre a estrutura do átomo, ainda é o mais difundido e ensinado em escolas de ensino médio.