Modelos Atômicos – Sequência Histórica Modelos Atômicos devem: -Explicar observações...

Modelos Atômicos – Sequência Histórica

Modelos Atômicos devem:-Explicar observações experimentais;-Predizer novas observações;-Ser passível de novas modificações quando novos fatos forem descobertos.

Gregos Antigos:-Quatro elementos (fogo, ar, terra e água) se combinariam para formar tudo na natureza;- Obs: atualmente: mais de 100 elementos (111, em 2003), sendo 90 naturais.

Leucipo e Demócrito (idéia filosófica):- toda matéria era constituída por partículas indivisíveis denominadas átomos.


Quanto à natureza elementar da matéria (gregos antigos):-Dois pontos de discussão:

-Questão da partícula contínua: átomo indivisível;-Termo hyler para descrever a natureza contínua da matéria

-Hoje:-Concepção atômica da matéria (descontínua);-Mas:

-algumas áreas da ciência:-natureza têm um comportamento contínuo;-Campos elétrico, gravitacional e magnético.


Relembrando, Modelos Atômicos devem:-Explicar observações experimentais;-Predizer novas observações;-Ser passível de novas modificações quando novos fatos forem descobertos.

Sendo assim:Características do modelo atômico pressupõem que o mesmo possa evoluir ao

longo do tempo


Fim do Século XVIII: Leis Ponderais (Leis das Combinações Químicas)

-Lei da Conservação de Massa (Lavoisier):‘Num sistema fechado, a massa total dos reagentes é igual a dos produtos”

-Lei da Composição Definida (Lei de Proust):-Lei das proporções constantes (múltiplas):“Toda substância apresenta uma proporção em massa constante em sua composição”


Neste momento, cabe um parênteses:

-Lei:-Generalização que resume similaridades, regularidades e coerências reveladas a partir da análise cuidadosa dos dados científicos

-Teoria:-Respostas oferecidas para elucidar o porquê das leis;-Seu sucesso está na habilidade em sugerir novas propriedades ou comportamentos não observados anteriormente;-Usada para previsões que podem ser testadas posteriormente, por meio de novas experiências:

-Novos experimentos:-Concordam teoria tornam-na mais confiável;-Não concordam teoria modifica-se ou abandona-se a teoria


Dessa Maneira: Leis Ponderais Teoria para explicá-las

1808: Teoria Atômica de Dalton (Modelo Atômico de Dalton):- Toda matéria é constituída de partículas fundamentais, os átomos;- Os átomos são permanentes e indivisíveis, eles não podem ser criados nem destruídos;- Todos os átomos de um elemento específico são iguais, têm o mesmo peso;- Átomos de elementos diferentes têm pesos diferentes;- As reações químicas consistem em uma combinação, separação ou rearranjo de átomos;- Compostos químicos são formados por átomos de dois ou mais elementos em uma razão fixa.

Modelos Atômicos – Sequência HistóricaLeis Ponderais à luz do modelo atômico de Dalton:Lei da Conservação das Massas:

-Teoria Atômica de Dalton:- cada átomo tem a sua própria característica;- átomos são rearranjados durante uma reação química.

-Consequência::- massa total dos átomos dos reagentes deve ser a mesma que a dos átomos dos produtos (Lei de Conservação das massas).

-Lei da Composição definida:-Teoria Atômica de Dalton:

-Compostos químicos são formados por átomos de dois ou mais elementos em uma razão fixa;-Todos os átomos de um elemento específico têm o mesmo peso;

-Consequência::- Toda substância apresenta uma proporção em massa constante em sua composição


Modelo Atômico de Dalton:

Elementos Químicos e Massas Atômicas

-Época de Dalton: conhecidos aproximadamente 30 elementos;

-50 anos seguintes: 25 novos elementos;

-Hoje: mais de 100 elementos, dos quais 90 ocorrem naturalmente.

-Teoria Atômica de Dalton:

-Essencialmente adequada para acomodar todas essas novas descobertas;

-Exceção: existência dos isótopos



Elementos Químicos e Massas Atômicas

Teoria Atômica de Dalton:-Átomos de um dado elemento têm uma massa que é característica do elemento e que não

é afetada por transformações químicas;

-Elemento A reage com elemento B, formando composto AB:

-massas de A e B consumidas estão na proporção fixa 2:1;

-então, um átomo de A pesa o dobro do átomo de B;

-Elemento A reage com elemento B, formando composto A2B:

-massas de A e B consumidas estão na proporção fixa 2:1;

-então, um átomo de A pesa o mesmo que um átomo de B;

-Para ter confiança neste sistema:

-necessário conhecer as fórmulas corretas de muitos compostos;

-1805 a 1860: discordância considerável entre os cientistas quanto às fórmulas corretas de muitos

compostos;

-Culpa: Dalton e outros, que não consideravam as moléculas poliatômicas, tais como:

-O2, H2, N2



Elementos Químicos e Massas Atômicas- Tabela de massas atômicas elaborada:

-base: massa relativa dos átomos;

-estabeleceu-se um padrão arbitrário:

-massa de todos os átomos comparadas em relação a ele;

-Hoje: utiliza-se o isótopo do carbono-12.


A Descoberta do elétronExperimentos em Tubos de Crookes:

-eletrodos do tubo são ligados a uma fonte de alta voltagem;

-tubo é conectado a uma bomba de vácuo;

-tubo é evacuado gradualmente por um pequeno tubo lateral;

- amostra de gás colocada em seu interior.

De acordo com a variação da pressão dentro do tubo, vários fenômenos são observados:

- pressões próximas à atmosférica: nada parece acontecer;

-pressões intermediárias: gás residual no tubo começa a emitir uma leve incandescência;

-baixas pressões:

-interior incandescente desaparece gradualmente;

-vidro na extremidade ânodo começa a emitir uma incandescência esverdeada;


A Descoberta do elétronTubos de Crookes (baixas pressões):

-contendo uma amostra de sulfeto de zinco;

- lado da amostra voltado para o cátodo:

- emite uma incandescência fosforescente;

- sombra da amostra pode ser vista no ânodo no final do tubo;

- exame da superfície incandescente do sulfeto de zinco:

- incandescência composta de incontáveis e minúsculos flashes de luz brilhante

- todos os resultados podem ser obtidos:

- usando qualquer metal como eletrodo

- usando qualquer gás no tubo

Modelos Atômicos – Sequência HistóricaA Descoberta do elétron

Interpretação dos experimentos do Tubo de Crookes:

-é evidente que alguma coisa deixa o cátodo e viaja para o ânodo:

- denominado originalmente raio catódico;

-incandescência observada no sulfeto de zinco, indica que:

- raio catódico seja composto de um fluxo de minúsculas partículas;

- cada vez que uma partícula individual bate na superfície do sulfeto de zinco:

- um flash de luz é emitido

- partículas emitidas do cátodo viajam em linha reta:

- se pudessem percorrer vários caminhos em torno do sulfeto de zinco:

- a sombra no ânodo na extremidade do tubo seria indefinida

Modelos Atômicos – Sequência HistóricaA Descoberta do elétron

- pressões intermediárias:

- incandescência emitida pelo gás resulta da colisão das partículas em movimento com

moléculas do gás;

- baixas pressões:

- concentração de moléculas do gás muito baixas para produzir luz visível;

- sob estas condições, muitas partículas atingem o vidro no ânodo na extremidade do

tubo, causando incandescência


A Descoberta do elétron1887 (Físico Inglês J.J. Thomson):

- mostrou que as partículas em raios catódicos são carregadas negativamente:

- raios podem ser desviados se passar entre placas de metais carregados opostamente

em um tubo de Crookes;

- direção do desvio (para a placa carregada positivamente):

- mostra que as partículas do raio catódico carregam uma carga elétrica negativa.

-Hoje:

- prova-se a existência desta carga negativa, mostrando o desvio destas cargas em um

campo magnético;

- Determinou também a razão e/m (carga por massa do elétron)


A Descoberta do elétron-Partículas que emergem do cátodo em um tubo de Crookes:

-Possuem sempre as mesmas propriedades;

- independentes do material do cátodo;

- conclui-se: as partículas estão presentes em toda a matéria;

- Atualmente: estas partículas são chamadas elétrons

Modelos Atômicos – Sequência Histórica1909 (Físico Robert Millikan):

- experiência da gota de óleo:

- determinou a magnitude da carga negativa no elétron;

- vaporizou gotas de óleo entre duas placas metálicas carregadas opostamente;

- observou que tais gotículas caíam pelo ar sob influência da gravidade;


- irradiou o espaço entre as placas com raio X:

- que, chocando com as moléculas do ar:

-refletiam elétrons destas moléculas;

-alguns elétrons eram capturados pelas gotículas de óleo.

- carregando a placa superior positivamente e a inferior negativamente:

- poderia parar a queda de uma gota de óleo:

- ajuste da quantidade de carga elétrica nas placas;

- determinaria a carga;

- calcularia a dimensão da carga em uma única gotícula;

- cada gotícula poderia captar apenas um número inteiro de elétrons


- repetiu o experimento várias vezes:

- cada gotícula poderia captar apenas um número inteiro de elétrons

- cada gotícula era carregada por um múltiplo inteiro de -1,6 x 10 -19 C

- concluindo, dessa forma, que cada elétron possuía carga igual a -1,6 x 10 -19 C

- Thomson:

- tinha determinado razão carga-massa = 1,76 x 1011 C/kg

- de posse dessa informação:

- Millikan:

- massa do elétron = 9,1 x 10-28 gramas

- Millikan mostrou:

- todos os elétrons são idênticos (mesma massa e mesma carga)

- Elétrons:

- presentes em toda matéria;

- são idênticos


A Descoberta do próton e do Neutrôn-Eugene Goldstein (1888):

-Tubo de Crookes modificado:

- 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;


A Descoberta do próton e do Neutrôn-Eugene Goldstein (1888):

-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.

Modelos Atômicos – Sequência HistóricaA Descoberta do Próton e do Neutrôn

-Goldstein:

-Chamou este fluxo de íons positivos de raio canal;

- pela observação da direção da deflexão do raio canal (campo magnético ou elétrico):

-Provou que os raios eram carregados positivamente

-Diferente dos elétrons de um raio catódico:

-Partículas de um raio canal não são todas semelhantes:

-Mesmo que apenas um gás puro esteja presente no tubo;

-Elas detêm diferentes cargas (todas múltiplas de 1,6 x 10-19 C);

-Massas muito maiores que as de um elétron


-Para todos os outros elementos, excetuando o hidrogênio:

-massa dos seus átomos maior que a soma das massas dos seus elétrons e prótons;

-Durante alguns anos da década de 20:

-Diferença atribuída a uma outra partícula fundamental:

-O nêutron

-Mas ninguém a havia identificado

-1933 (J. Chadwick):

-Descobriu o nêutron;

-Desde então: reconhecemos o nêutron como uma partícula fundamental na estrutura atômica


-1933 (Descoberta do nêutron (Chadwick)):

- Num acelerador de partículas subatômicas:

- partícula alfa (núcleo átomo de hélio):

- lançada contra o núcleo do átomo de berílio;

-Na colisão:

-átomo de berílio adiciona a partícula alfa e transmuta-se:

- no elemento químico carbono-13, que por ser instável:

-elimina um nêutron e transmuta-se no carbono estável C-12

-O nêutron eliminado, ao atravessar um campo elétrico, não sofre desvio;

-Conclusão:

-o nêutron é uma partícula que não possui carga elétrica;

-mas que possui massa praticamente igual a do próton.

Modelos Atômicos – Sequência HistóricaEspectrógrafo de Massa

-1898 (Wein):

- observou que os raios positivos também podiam ser desviados por um campo magnético;

-1913 (Thomson):

- aperfeiçoou o instrumento que media a carga e a massa dos raios positivos:

- Método dos desvios parabólicos dos raios canais submetidos a campos elétricos e magnéticos;

- espectrógrafo de massas:

-Feixe de partículas positivas (os raios canais):

-Era defeltido por um campo eletromagnético;

-Formando curvas visíveis;

-Cada uma delas associada a um certo valor e/m da partícula

Modelos Atômicos – Sequência HistóricaEspectrógrafo de Massa

-1913 (Thomson):

- primeiras comparações feitas por Thomson com o seu aparelho de desvios parabólicos:

-Muitos dos elementos pareciam obedecer ao segundo postulado de Dalton (inexistência de isótopos)

- produziu-se parábolas:

- que pareciam provir de grupos de átomos com diferentes velocidades;

- mas com as mesmas massas;

- apenas os inconclusivos resultados com o Neônio pareciam alimentar a crença na existência dos

isótopos não-radioativos;

Modelos Atômicos – Sequência HistóricaEspectrômetro de Massa

-Passos a serem seguidos:

-Preciso bombear o ar para fora do instrumento;

-Deixamos entrar na câmara:

-Um elemento:

- na forma de gás (Neônio, por exemplo);

- ou na forma de vapor de um elemento líquido ou sólido (mercúrio ou zinco, por exemplo);

-Átomos de gás ou vapor expostos a um feixe de elétrons muito rápidos:

-Elétron acelerado colide com um átomo:

-Choca-se com outro elétron, expelindo-o, deixando o átomo com carga positiva;

-Íons positivos:

-São acelerados para fora da câmara:

- forte campo elétrico aplicado entre as duas grades metálicas;

-Velocidades atingidas pelos íons:

-Dependem de suas massas

Modelos Atômicos – Sequência HistóricaEspectrômetro de Massa

-Íons positivos se movendo rapidamente:

-Passam entre os pólos de um eletroimã;

-Campo Magnético:

-Encurva a trajetória dos íons, conforme:

-Velocidade;

-Intensidade do campo;

-Cada íon que chega a um detector produz um sinal;

-O instrumento combina os sinais em um espectro de massas:

-Gráfico do sinal detectado contra a intensidade do campo magnético;

-Posições dos picos: fornecem a massa dos íons;

Modelos Atômicos – Sequência HistóricaRadioatividade e Partículas subatômicas

-Conceito de Radioatividade:

-Ajuda a discernir a estrutura atômica;

-Serve de instrumento para o estudo experimental da estrutura do átomo;

-Primeira observação da Radioatividade (1896):

-Exemplar clássico da descoberta acidental em Química;

-Henry Becquerel

-Dava continuidade às pesquisas sobre as propriedades dos Raios X:

-Descobertos recentemente por Wil¨helm Röentgen;

-Observou que tanto os raio-x quanto a luz solar induziam certos minerais à fluorescência;

-Descobriu que o filme fotográfico, mesmo quando acondicionado numa caixa à prova de luz:

-Era afetado pelos raio-X;

-Objetivo da pesquisa:

-verificar se o mineral, depois de exposto à luz, continuava a emitir algum tipo de radiação:

-Igual aos raios-X que sensibilizavam o material fotográfico


-Henry Becquerel

-Num dia nublado: suspendeu as suas experiências;

-Guardou a amostra de óxido de urânio em uma gaveta que continha algumas placas fotográficas;

-Composto de urânio: escureceu as placas;

-Apesar de as placas estarem cobertas com um material opaco

-Percebeu que o composto de urânio devia estar emitindo algum tipo de radiação.

-Marie Slodowska Curie:

-Mostrou que a radiação, que ela chamava de radioatividade:

-Era emitida pelo Urânio, independentemente do composto em que ele estava;

-Concluiu: que os átomos de Urânio eram a fonte da radiação;

-Juntamente com Pierre, seu marido, concluiu ainda:

- tório, rádio e polônio também eram radioativos


-Apesar das descobertas de Curie e Becquerel:

-A origem da radiação foi inicialmente um mistério;

-Existência dos núcleos atômicos desconhecida até o momento;

-1898 (Ernest Rutheford):

-Deu o primeiro passo para a descoberta da origem da radiação:

-Ao observar o efeito do campo elétrico sobre emissões radioativas:

-Identificou três tipos de radiação:

(alfa):

- constituída de partículas contendo, cada uma:

- duas unidades de carga positiva;

- massa quatro vezes a massa do átomo de hidrogênio

(beta):

- simplesmente uma corrente de elétrons;

(gama):

- radiações eletromagnéticas extremamente penetrantes;

- de comprimento de onda muito curto.

Modelos Atômicos – Sequência HistóricaModelo Atõmico de Thomson

-A partir de 1890:

-Ficou evidente para a maioria dos cientistas:

-Átomos consistem uma parte carregada positivamente e alguns elétrons;

-Mas isto não estava plenamente claro.

-Persistia a pergunta: De que os átomos são constituídos?

-1898 (Thomson)

-Sugeriu:

-átomo poderia ser uma esfera carregada positivamente;

-Na qual alguns elétrons estão incrustados

- o que facilitaria a fácil remoção de elétrons dos átomos.

-A partir de 1890:

-Modelo “pudim de ameixas”

Modelos Atômicos – Sequência HistóricaO Átomo Nuclear de Rutherford

-Período de 1909 a 1911:

-Rutherford, H. Geiger e EMarsden:

-Desenvolveram engenhosa experiência para estudar o interior do átomo:

-Focalizando um raio de partículas alfa numa folha fina de metal:

-Observaram o efeito deste projéteis de alta velocidade:

-À medida que eram projetados na folha de metal;

-Resultado:

- maioria das partículas alfa:

-Passava direto pela folha de metal;

-podendo ser detectadas, conforme atingiam uma tela fluorescente

- ocasionalmente:

- esses projéteis de alta velocidade eram desviados;

- voltando, algumas vezes, diretamente à fonte


-Análise da Experiência de Rutherford, Geiger e marsden (À Luz do modelo de Thomson):

-Não causou espanto

-Maioria das partículas alfa atravessarem em linha reta a folha metálica:

-Com pouca ou nenhuma deflexão;

-Raciocínio:

- massas e cargas elétricas positiva e negativa:

- espalhadas ao acaso através de cada átomo na folha

-Essa distribuição difusa poderia significar:

-Nada seria muito sólido que impedisse uma partícula alfa de passar;

-Carga positiva carregada pela partícula alfa:

-não seria influenciada por nenhuma concentração alta de:

- carga positiva ou negativa localizada na folha

-Problema: como os maiores desvios experimentados pelas partículas alfa poderiam ser explicados?


-Grande Questão:

-Como os maiores desvios experimentados pelas partículas alfa poderiam ser explicados?

-Rutherford, buscando a resposta:

-Retomou idéia proposta em 1904 pelo físico Japonês H. Nagaoka;

-Átomo poderia ser composto por um pequeníssimo núcleo carregado positivamente (no centro do átomo);

-Rodeado por uma região comparativamente maior: contendo os elétrons

-Argumentou que só ocorreria o desvio de uma partícula alfa:

-Se ela se aproximasse do núcleo maciço, compacto e positivamente carregado;

-E, aproximando bastante, experimentariam grandes desvios;


-Rutherford, buscando a resposta:

-Reconheceu:

-Resultados de Geiger-Marsden:

- não serviriam para distinguir entre um núcleo carregado positivamente e um carregado

negativamente;

-Núcleo negativo pesado: poderia também provocar deflexões grandes;

-Admitiu que o núcleo era positivo:

-Por saber que os elétrons têm massas relativamente baixas;

-Se um núcleo fosse constituído por elétrons:

-Uma partícula alfa mais provavelmente removeria o núcleo do átomo ao invés de se desviar


-Mis do que admitir que o núcleo era positivo:

-Resultados de Geiger-Marsden:

- serviu para estimar que:

-Maior parte da massa do átomo responsável pelos desvios:

- estaria dentro de uma região 1/10000 do diâmetro do átomo todo.

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