Modelos Atômicos
Demócrito
Por volta de 400 anos a.C. filósofo grego
Demócrito sugeriu que a matéria não é
contínua, isto é, ela é feita de minúsculas
partículas indivisíveis. Essas partículas
foram chamadas de átomos (a palavra átomo
significa, em grego, indivisível)
Demócrito postulou que todas as variedades de
matéria resultam da combinação de átomos de
quatro elementos: terra, ar, fogo e água.
Demócrito baseou seu modelo na intuição e na
lógica. No entanto foi rejeitado por um dos
maiores lógicos de todos os tempos, o filosofo
Aristóteles. Este reviveu e fortaleceu o modelo
de matéria contínua, ou seja, a matéria como
"um inteiro". Os argumentos de
Aristóteles permaneceram até a Renascença.
Modelo de Dalton
Todo modelo não deve ser somente lógico, mas
também consistente com a experiência. No
século XVII, experiências demonstraram que o
comportamento das substâncias era inconsistente
com a idéia de matéria contínua e o modelo de
Aristóteles desmoronou.
Em 1808, John Dalton, um professor inglês,
propôs a idéia de que as propriedades da
matéria podem ser explicadas em termos de
comportamento de partículas finitas, unitárias.
Dalton acreditou que o átomo seria a partícula
elementar, a menor unidade de matéria.
Surgiu assim o modelo de Dalton: átomos vistos
como esferas minúsculas, rígidas e
indestrutíveis. Todos os átomos de um elemento
são idênticos.
Modelo de Thomson
Em 1987, o físico inglês J.J. Thomson
demonstrou que os raios catódicos poderiam ser
interpretados como um feixe de partículas
carregadas que foram chamadas de elétrons. A
atribuição de carga negativa aos elétrons foi
arbitrária.
Thomson concluiu que o elétron deveria ser um
componente de toda matéria, pois observou que a
relação q/m para os raios catódicos tinha o
mesmo valor, qualquer que fosse o gás colocado
na ampola de vidro.
Em 1989, Thomson apresentou o seu modelo
atômico: uma esfera de carga positiva na qual os
elétrons, de carga negativa, estão
distribuídos mais ou menos uniformemente. A
carga positiva está distribuída,
homogeneamente, por toda a esfera.
Modelo nuclear (Rutherford)
Em 1911, Lord Rutherford e colaboradores (Geiger
e Marsden) bombardearam uma lâmina metálica
delgada com um feixe de partículas alfa
atravessava a lâmina metálica sem sofrer desvio
na sua trajetória (para cada 10.000 partículas
alfa que atravessam sem desviar, uma era
desviada).
Para explicar a experiência, Rutherford concluiu
que o átomo não era uma bolinha maciça.
Admitiu uma parte central positiva muito pequena
mas de grande massa ("o núcleo") e uma
parte envolvente negativa e relativamente enorme
("a eletrosfera ou coroa"). Se o átomo
tivesse o tamanho do Estádio do Morumbi, o
núcleo seria o tamanho de uma azeitona.
Surgiu assim o modelo nuclear do átomo.
O modelo de Rutherford é o modelo planetário do
átomo, no qual os elétrons descrevem um
movimento circular ao redor do núcleo, assim
como os planetas se movem ao redor do sol.
Modelo de Bohr
O modelo planetário de Rutherford apresenta duas
falhas:
Uma carga negativa, colocada em movimento ao
redor de uma carga positiva estacionária,
adquire movimento espiralado em sua direção
acabando por colidir com ela.
Essa carga em movimento perde energia, emitindo
radiação. Ora, o átomo no seu estado normal
não eite raidação.
Em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr expôs
uma idéia que modificou o modelo planetário do
átomo.
Um elétron num átomo só pode ter certas
energias específicas, e cada uma destas energias
corresponde a uma órbita particular. Quanto
maior a energia do elétron, mais afastada do
núcleo se localiza a sua órbita.
Se o elétron receber energia ele pula para uma
órbita mais afastada do núcleo. Por
irradiação de energia, o elétron pode cair
numa órbita mais próxima do núcleo. No
entanto, o elétron não pode cair abaixo de sua
órbita normal estável.
Mais tarde, Sommerfeld postulou a existência de
órbitas não só circulares mas elípticas
também.
Modelo orbital
Sabe-se hoje que é impossível determinar a
órbita (trajetória) de um elétron. Pode-se
determinar a probabilidade relativa de encontrar
o elétron numa certa região ao redor do
núcleo.
Imagindo uma pessoa munida de uma lanterna em um
quarto escuro. Essa pessoa move-se ao acaso pelo
quarto e de tempo em tempo ela acende e apaga a
lanterna. Em um papel milimetrado vamos marcar a
posição da pessoa. Quando a lanterna acende
sabe-se onde a pessoa estava, mas não onde está
agora. O papel milimetrado ficaria com o aspecto
dado na figura ao lado.
Em outras palavras, é impossível determinar a
trajetória de um elétron num átomo.
Surge então o modelo orbital.
Orbital é a região de máxima probabilidade de
encontrar o elétron.
Orbital é a região onde o elétron gasta a
maior parte do seu tempo.
Teoria dos Quarks
A teoria mais moderna afirma que existe apenas 12
partículas elementares: seis chamadas léptons
(o elétron faz parte deste grupo) e outras seis
chamadas quarks.
Dois tipos de quarks, o up (para cima) e o down
(para baixo), formam os prótons e os nêutrons.
O quark up tem carga +2/3 enquanto o down tem
carga -1/3. O próton é um agregado de dois up e
um down enquanto o nêutron é constituído por
um up e dois down.
Dois outros quarks foram batizados de charm
(charme) e strange (estranho). O charm tem carga
+2/3 enquanto o strange tem carga -1/3. Existem
nos raios cósmicos.
Em 1997, foi descoberto o quinto quark, o bottom,
enquanto o sexto e último quark, o top, foi
identificado em 1995.
O top tem carga -2/3 e o bottom, -1/3.
O top é o mais pesado dos quarks (200 vezes mais
pesado que um próton) e não está presente nem
em fenômenos normais da natureza nem em raios
cósmicos, devido à alta energia exigida para
sua formação. O top deve ter sido produzido no
início do universo e depois pode ter
desaparecido.