1

Química – 9º ano – 2011 – Capítulo 1 - Modelos para o átomo

A evolução das pesquisas sobre o átomo

Antiguidade A suposição de que um corpo qualquer é constituído por um agregado de pequeninas partículas

indivisíveis – os átomos – encontra sua origem entre os antigos pensadores gregos. Segundo Aristóteles, o criador da teoria atômica teria sido Leucipo, filósofo que viveu em meados de 500

a.C., cujos escritos lamentavelmente se perderam. As idéias atomísticas de Leucipo foram adotadas e propagadas por Demócrito de Abdera (séc. IV a.C.),

um dos pensadores mais famosos da Antiguidade. Demócrito pensava nos átomos como corpúsculos indestrutíveis, duros, com tamanho e peso extremamente pequenos, de cujas uniões nasceriam as coisas, os seres e os mundos.

As idéias de Demócrito permaneceram inalteradas por aproximadamente 2.200 anos.

Modelo Atômico de Dalton Em 1803, John Dalton, tentando explicar o comportamento dos diversos gases da atmosfera e das

misturas gasosas, retomou a hipótese atômica sob uma nova perspectiva: a experimentação. Baseado em reações químicas e pesagens minuciosas, chegou à conclusão de que os átomos realmente

existiam e que possuíam algumas características: - Toda matéria é formada por diminutas partículas esféricas, maciças, neutras e indivisíveis chamadas átomos. - Existe um número finito de tipos de átomos na natureza. - A combinação de iguais ou diferentes tipos de átomos originam os diferentes materiais.

O modelo atômico de Dalton era o da bola de bilhar em tamanho microscópico.

Modelo Atômico de Thomson O cientista inglês Joseph John Thomson, elaborando melhor as experiências feitas com o tubo de raios catódicos, foi capaz de concluir em 1897 que os raios catódicos são, na verdade, constituídos pelo fluxo de partículas menores que o átomo e dotadas de carga elétrica negativa. Estava descoberta a partícula que chamamos de elétron. Após essa descoberta, estava provado que um átomo não é indivisível como imaginavam os filósofos gregos ou como previa o modelo de Dalton. Havia a necessidade de um novo modelo, e foi J. J. Thomson quem o propôs. O átomo, segundo ele, deveria ser formado por uma esfera de carga elétrica positiva, possuindo, em sua superfície, elétrons incrustados. Assim, a carga elétrica total de um átomo seria nula, pois a carga negativa dos elétrons compensaria a carga positiva da esfera que os contém. Esse modelo é conhecido como modelo de pudim de passas.

Modelo Atômico de Thomson

Ensino Fundamental

2

Descoberta do próton Outras modificações no tubo de raios catódicos, feitas pelo cientista alemão Eugene Goldstein, conduziram à descoberta de outra partícula subatômica, 1836 vezes mais pesada que o elétron e dotada de carga elétrica igual à dele, só que com sinal positivo. Para essa nova partícula foi proposto o nome de próton. Assim, ao final do séc. XIX, com a descoberta do próton e do elétron, já estava comprovado que o átomo não é indivisível e que mesmo o modelo de Thomson era incompleto, uma vez que não levava em conta a existência dos prótons. Um novo modelo se fazia necessário.

Modelo atômico de Rutherford – Modelo Nuclear Ernest Rutherford realizou em 1911 um experimento que conseguiu descartar de vez o modelo atômico de esfera rígida. O raciocínio de Rutherford foi extremamente simples. Imagine que atiraremos com uma metralhadora em um caixote de madeira fechado cujo conteúdo desconheçamos. Se as balas ricochetearem, não atravessando o caixote, concluiremos que dentro dele deve haver algum material como concreto ou ferro maciço. Mas, se as balas o atravessarem, chegaremos à conclusão de que ele deve estar vazio ou que contém materiais leves como isopor, serragem ou similares. Porém, se parte das balas passar e parte ricochetear, concluiremos que materiais dos dois tipos devem estar presentes dentro do caixote. Quanto mais balas o atravessarem, menos material pesado deve existir em seu interior. É óbvio que para descobrir o que há dentro do caixote seria mais sensato abri-lo ao invés de atirar nele. Por outro lado, com o átomo não acontece o mesmo, visto não ser possível enxergá-lo para ver como ele é. Nesse caso, faz sentido atirar nele para tentar descobrir algo sobre sua estrutura interna. Rutherford atirou numa finíssima folha de ouro, cuja espessura se estima em 0,0001 cm. A “metralhadora” usada por ele lançava pequenas partículas radioativas portadoras de carga elétrica positiva, chamadas de partículas alfa. Para saber se essas “balas” atravessavam ou ricocheteavam, ele usou uma tela feita com um material apropriado (fluorescente) que emite uma luminosidade instantânea quando atingida por uma partícula alfa.

A experiência mostrou que a grande maioria das partículas alfa atravessava a folha de ouro. Apenas algumas poucas eram desviadas ou ricocheteavam. Assim, os átomos não poderiam ser maciços, pois as partículas alfa não conseguiriam atravessá-los. Essa experiência permitiu a Rutherford concluir que: - o átomo não é maciço, apresentando mais espaço vazio do que preenchido; - a maior parte de massa do átomo se encontra em uma pequena região central (que chamaremos de núcleo) dotada de carga positiva, onde estão os prótons; - ao redor do núcleo (que chamaremos de eletrosfera) estão os elétrons, muito mais leves (1836 vezes) que os prótons; - a contagem do número de partículas que atravessam e que ricocheteiam permite fazer uma estimativa de que o raio de um átomo de ouro (núcleo + eletrosfera) é da ordem de 10 mil vezes maior que o raio do núcleo. A partir da experiência de dispersão das partículas alfa, Ernest Rutherford propôs seu modelo atômico, que ficou conhecido como “modelo planetário”, uma vez que nele o átomo se assemelha ao Sistema Solar, com os elétrons girando em torno do núcleo como os planetas ao redor do Sol.

Ernest Rutherford Modelo atômico de Rutherford

3

Descoberta do nêutron Em 1932, o inglês James Chadwick descobriu uma outra partícula subatômica de massa muito próxima à do próton, porém sem carga elétrica. Essa partícula, que passou a ser chamada de nêutron, localiza-se no núcleo do átomo, juntamente com os prótons. Comparação entre as Partículas Fundamentais Massa relativa Carga relativa Próton 1 +1 Nêutron 1 zero Elétron 1/1840 -1

Diferenças entre átomos - 1ª PARTE Número Atômico A caracteristica que identifique a natureza dos átomos de um Elemento Químico é o número de prótons no núcleo dos átomos do elemento. Por exemplo, átomos de Hidrogênio têm 1 próton, átomos de Hélio possuem 2 prótons. Portanto, não existem átomos de Hidrogênio com 2 prótons ou átomos de Hélio com 1 próton. Denomina-se o número de prótons em um átomo de Número Atômico (Z).

Número de Massa Apesar de átomos do mesmo elemento químico possuirem o mesmo número de prótons podem possuir massas diferentes, causadas por quantidades diferentes de nêutrons. Para identificar essas diferenças utiliza-se contar a quantidade de partículas nucleares a qual chamm]amos de Número de Massa (A). Relações importantes nos átomos:

Z = p A = p + n p = e n = A – Z

Z = número atômico p = número de prótons A = número de massa n = número de nêutrons e = número de elétrons

Representação de um átomo

Número de Massa →

Número Atômico →

Exercícios I - MODELO ATÔMICO NUCLEAR 1) São consideradas partículas fundamentais do átomo : a) somente os prótons b) somente os nêutrons c) os prótons e os nêutrons d) os prótons e os elétrons e) os prótons, os nêutrons e os elétrons 2) Expresse com quatro algarismos significativos : A) o número de elétrons que perfaz a massa de um próton, B) o número de prótons que totalizam a massa de mil nêutrons, a partir dos seguintes dados: massa de repouso do próton = l, 673 . 10-27 kg; massa de repouso do elétron = 9,110 . 10-31 kg; massa de repouso do nêutron = 1,675 . lO-27 kg.

16

32S

← Símbolo Químico

4

3) A massa de um átomo está praticamente concentrada no núcleo, porque no mesmo encontram-se : a) prótons e elétrons b) prótons e nêutrons c) prótons, elétrons e nêutrons d) nêutrons e elétrons e) só elétrons 4) Os átomos são neutros quanto as suas cargas elétricas porque: A) O número de prótons e nêutrons são constantes no átomo. B) Os elétrons e os nêutrons são encontrados em mesmo número no átomo. C) Os prótons são neutralizados especificamente pelos nêutrons. D) O número de elétrons e nêutrons são constantes no átomo. E) Os prótons e os elétrons existem em mesmo número em um átomo. II - DIFERENÇAS ENTRE ÁTOMOS - 1ª PARTE 1 ) Qual o número de prótons de um átomo que tem numero atômico igual a 80 e numero de massa igual a 200 ? 2) O átomo de zircônio, de número atômico 40 e número de massa 91 é constituído de: A) 51 prótons, 40 nêutrons, 51 elétrons B) 40 prótons, 40 nêutrons, 51 elétrons C) 51 prótons, 51 nêutrons, 40 elétrons D) 40 prótons, 51 nêutrons, 40 elétrons E) 91 prótons, 40 nêutrons, 40 elétrons 3) O átomo de ferro, de número atômico 26 e número de massa 56 , é constituído de : A) 56 prótons, 26 nêutrons, 26 elétrons B) 30 prótons, 26 nêutrons, 30 elétrons C) 26 prótons, 26 nêutrons, 30 elétrons D) 30 prótons, 30 nêutrons, 26 elétrons E) 26 prótons, 30 nêutrons, 26 elétrons 4) Um átomo neutro de número atômico 23 e número de massa 51 terá : a) 51 prótons d) 28 prótons b) 51 nêutrons e) 31 elétrons c) 28 nêutrons 5) O átomo constituído de 11 prótons, 12 nêutrons e 11 elétrons apresenta, respectivamente, número atômico e número de massa iguais a a) 11 e 11 b) 11 e 12 c) 12 e 11 d) 11 e 23 e) 23 e 11 6) A análise de um átomo neutro de um certo elemento químico revelou que ele continha um total de 294 partículas fundamentais. Dessas, 210 encontravam-se no interior do núcleo. A respeito desse átomo podemos dizer que ELE POSSUI : a) 105 nêutrons b) 105 prótons c) 84 nêutrons d) 84 prótons e) 210 prótons 7) um átomo possui 4 prótons, 5 nêutrons e 4 elétrons. A afirmação falsa é : (A) o átomo tem carga zero; (B) seu número atômico e 4; C) seu número de massa é 9; (D) a massa desse átomo é praticamente , a soma das massas de 4 prótons e 5 nêutrons; (E) existem 13 partículas no núcleo desse átomo. 8) Se um átomo tem carga nuclear +20 e número de massa igual a 52, o numero de nêutrons em seu núcleo é : a) 20 b) 23 c) 32 d) 52 e) 72 9) Considere as seguintes afirmações : I - um primeiro átomo possui 20 elétrons. II - um segundo átomo possui 17 prótons. III - um terceiro átomo possui número de massa 23 e conta com 12 nêutrons. IV - um quarto átomo possui número atômico igual a 8. Trata-se, respectivamente, de átomos dos seguintes elementos químicos : a) Ca, Cl, Sc, S b) Ca, Cl, Sc, O c) Zr, Se, Na, O d) Ca, Cl, Na, O e) Ne, Ca, C, O

10) Os átomos do elemento químico 6

13X contém :

a) 13 prótons b) 7 nêutrons c) 6 neutrons d) 19 prótons e) 13 elétrons

11) Nos átomos 16

32S o número de prótons é igual :

(A) a metade do número de nêutrons (B) ao dobro do número de nêutrons (C) a metade do número de elétrons (D) ao dobro do número de elétrons (E) ao número de nêutrons e ao número de elétrons

5

12) Que item corresponde ao símbolo químico representativo de um átomo no qual o número de prótons e o número de nêutrons são iguais ?

(A) 5

11B (B)

19

40K (C)

20

40Ca (D)

30

64Zn (E)

35

79Br

13) A respeito do átomo, eletricamente neutro, do elemento químico representado por 17

35A é correto afirmar:

a) contem 35 nêutrons b) contem 35 elétrons c) apresenta número de massa 17. d) contem 17 prótons e) apresenta número atômico 35 14) Consultando a classificação periódica dos elementos pode-se afirmar que no U238 , número de nêutrons é: a) 92 b) 119 c) 146 d) 184 e) 238 15) Assinalar a alternativa errada : Tipo de átomo prótons nêutrons elétrons 1) 1H

1 1 0 1

2) 1H

2 1 1 1 3) 1H

3 1 2 1 4) 8O

16 8 8 8 5) 8O

18 9 8 8 16) O átomo

92

238U apresenta, no núcleo :

a) 92 prótons e 238 nêutrons. d) 146 prótons e 146 nêutrons b) 92 prótons e 92 nêutrons e) 92 prótons e 146 nêutrons c)146 prótons e 92 nêutrons