Modelos Atômicos - 6a Parte

Rutherford, auxiliado por dois alunos doutorandos, Geiger e Marsden, desnvolve uma série de experimentos envolvendo o bombardeamento de finas lâminas metálicas com feixe de partículas alfa. A partir dos dados obtidos propõe um novo modelo para explicar a estrutura atômica: o "modelo planetário". Segundo Rutherford o átomo seria composto por uma pequeníssima região de alta densidade e carga elétrica positiva constituída por prótons (partículas positivas e massa semelhante à do átomo de hidrogênio), a qual denominou núcleo. Os elétrons estariam fora desta região descrevendo órbitas circulares de raios aleatórios em torno dela.

Experimento de Rutherford

Um fluxo de partículas alfa (α) é emitido pelo elemento radioativo Polônio (Po) (fonte de partículas alfa) em lâminas de ouro. Ele observou que as partículas alfa atravessavam a lâmina em linha reta, mas algumas se desviavam e se espalhavam. Mas porque somente algumas partículas se desviavam enquanto as outras atravessavam a lâmina em linha reta? Somente em 1911, Rutherford esclareceu esse fato. Ele decifrou o que os resultados experimentais realmente significavam: 1. Na eletrosfera dos átomos de ouro existem espaços e algumas partículas atravessavam a lâmina passando por tais espaços. 2. As partículas alfa se desviavam porque colidiam com o núcleo dos átomos de ouro. 3. O núcleo é positivo, por isso repele as partículas alfa de carga positiva. 4. O núcleo é pequeno em relação ao átomo.

A falha do modelo de Rutherford é mostrada pela teoria do electromagnetismo, de que toda partícula com carga elétrica submetida a uma aceleração origina a emissão de uma onda electromagnética.

O elétron em seu movimento orbital está submetido a uma aceleração centrípeta e, portanto, emitirá energia na forma de onda eletromagnética.

Essa emissão, pelo Princípio da conservação da energia, faria com que o elétron perdesse energia cinética e potencial, caindo progressivamente sobre o núcleo, fato que não ocorre na prática.

Esta falha foi corrigida pelo Modelo atômico de Bohr.

Modelos Atômicos - 5a parte

Em 1911, Ernest Rutherford revoluciona a teoria atômica com a proposição da descontinuidade da matéria lançando a teoria de que no átomo predominam espaços vazios. Rutherford concluiu, a partir de uma série de experimentos envolvendo emissões radioativas praticados por Geiger e Marsden, seus auxiliares, que o átomo seria dividido em duas regiões distintas: núcleo e eletrosfera.

Para entendermos melhor vamos a uma breve sequencia temporal.

• Em 1895, o físico Wilhelm Konrad Roentgen anunciava a descoberta de misteriosos "raios" que eram capazes de atravessar diversos materiais. A estes raios ele denominou "raios X".
• Em 20 de janeiro de 1896, semanas depois de Roentgen ter feito sua descoberta, Henri Poincaré fez uma relatório sobre os Raios X para a academia Francesa de Ciências. Além de sua explicação sobre os raios X, estavam algumas observações referentes a fosforescências estranhas que ele observou. Este fenômeno interessou Henri Becquerel, filho de Alexandre-Edmound Becquerel (que havia estudado extensivamente os materiais fosforescentes).

  Becquerel pensou em investigar se todos os corpos fosforescentes poderiam emitir raios similares. Ao investigar os materiais fosforescentes, descobriu evidências do que queria descobrir e apresentou ensaios à academia sustentando a idéia completamente falsa de que substâncias fosforescentes produziriam raios penetrantes, como os raios X.

  Com esta idéia, ele iniciou suas investigações utilizando um composto à base de Urânio. Colocando o composto sobre uma chapa fotográfica, Becquerel exponha-os ao Sol por um período e, então, revelava a chapa. Assim, constatou que este material afetava a chapa de forma similar aos raios X.

  Mas as investigações adicionais, de 26 e 27 de fevereiro, foram adiadas por causa do céu nublado de Paris e o Urânio, que Becquerel pretendia expor ao Sol, foi colocado em um envelope que ficou sobre a chapa dentro de uma gaveta. No primeiro dia de março, ele revelou a chapa fotográfica com a expectativa de obter uma imagem fraca e, para sua surpresa, a imagem foi clara e forte. Isto significou que o Urânio emitia radiação sem a necessidade de uma fonte de energia do tipo do Sol. Becquerel havia descoberto a Radioatividade, a espontânea emissão de radiação vinda de um material.

  Depois, Becquerel demonstrou que a radiação emitida pelo Urânio compartilhava certas características como os raios X. Porém não era como os raios X, pois podia ser desviado por um campo magnético e, por essa razão, deveria ser composto por partículas carregadas. Por sua descoberta, Becquerel foi laureado, em 1903, com um Prêmio Nobel em Física.

  Após a divulgação das estranhas emissão de radiação vinda de alguns materiais, houve um pequeno período de grande interesse por este fenômeno e um intervalo de cinco anos sem maiores estudos. Até que, ao iniciar os estudos para obter seu doutorado, Marie Sklodowska-Curie interessou-se pelo fenômeno observado por Becquerel. A relativa negligência de Becquerel com relação aos raios uma das razões que fizeram Marie Curie decidir estudá-los, além de ser um excelente assunto para ser apresentado como tese de doutorado.

• Marie e seu marido, Pierre, souberam desta estranha emanação e que ela ionizava o ar à volta do material. Sendo Pierre um mecânico telentoso, que preferia fazer sua própria aparelhagem (e o descobridor da piezoeletricidade: eletricidade obtida através de alta pressão em cristais), desenvolveram um método com o qual poderiam medir o quanto era radioativo uma amostra de material com relação a outra.

  Através de seus trabalhos, Marie e Pierre descobriram e divulgaram a radioatividade de determinados materiais. Com esta descoberta muitas pessoas se interessaram pelas pesquisas neste campo. Destre estas pessoas, estava Ernest Rutherford, pupilo de J.J. Thomson.

  Em seu primeiro ensaio escrito, Rutherford observou que as substâncias radioativas têm alto peso atômico e sua radioatividade parece ser independente de estados químicos (implicando atividade em altos níveis).

  Com isto, não estava-se muito longe de responder como a radioatividade estava ligada à composição atômica. O que confundia era o fato de não haver fonte para a emissão desta energia.

  Para compreender a explicação de Rutherford sobre a radioatividade, era preciso um salto de imaginação muito grande com relação a qualquer uma das duas explicações já existentes. Radioatividade é uma manifestação da desintegração dos núcleos atômicos. Quando o rádio emite radiação, está enviando partículas subatômicas: minúsculos elétrons e partículas maiores (embora extremamente pequenas) com cargas positivas, que hoje sabemos serem núcleos de hélio, bem como raios gama (onda eletromagnética de comprimentos de onda muito mais curtos do que a luz visível). Todos os elementos mais pesados, com se verifica, são inerentemente instáveis e se acham em contínua transmutação. Um átomo de urânio ou rádio repetidamente altera a si mesmo, algumas vezes após segundos ou minutos e, em outras vezes, após milhares de anos. Agora chamamos este processo de "decadência" e temos um conhecimento detalhado de cadeias de decadência. Por exemplo:

Urânio ® Tório ® Rádio ® Radônio ® Polônio ® Chumbo

• Em 1903, os Curie e Becquerel deram contribuições decisivas, bem como também alguns pesquisadores alemães. Mas os grandes saltos teóricos da transmutação foram dados pelos britânicos e, particularmente, por Ernest Rutherford.

• O primeiro passo foi dado por seu mentor, Thomson, quando propôs o elétron (1897). Em 1899, ele publicou um ensaio, onde afirmava o fato de que as emisões radioativas são compostas de ,no mínimo, dois tipos diferentes de "raios" (raios beta, que penetram através de grossas barreiras; e os raios alfa, que levavam uma carga bem maior mas não atravessavam nem mesmo uma fina barreira ).

  Tempos depois, Pierre, Marie e Becquerel fizeram ensaios nos quais mostraram que os raios beta eram, de fato, idênticos às partículas com cargas negativa de Thomson. Rutherford demonstrou através de experimentos que os raios alfa eram na verdade partículas de carga positiva idênticos a núcleos de hélio, tinham carga positiva e eram quatro vezes mais pesados que o átomo de hidrogênio.

  Por suas investigações na desintegração dos elementos e a química das substâncias radioativas, Ernest Rutherford recebeu, em 1908, um prêmio Nobel de Química.

Algumas questões para praticar

Questão 1

Em relação à estrutura atômica, pode-se afirmar que a massa do átomo

a) está igualmente repartida entre o núcleo e as camadas eletrônicas.

b) está toda concentrada nos prótons.

c) está toda concentrada nos elétrons.

d) está praticamente toda concentrada no núcleo.

Questão 2

Indique a alternativa que melhor descreve as características dos átomos: 55Mn, 56Fe e 58Ni.

a) São isótonos e possuem número atômico diferente.

b) São isótopos, com número de massa diferente.

c) São isótonos, com mesmo número atômico.

d) São isótopos, com mesmo número de massa.

Questão 3

Uma seqüência de cinco átomos está organizada por ordem crescente de seus números

atômicos, cujos valores são regidos por uma progressão aritmética de razão 4. Já o número de

nêutrons desses mesmos átomos é regido por uma progressão aritmética de razão 5.

Se o átomo mais pesado pertence ao elemento ferro e o mais leve possui o número de prótons

igual ao número de nêutrons, o número de massa do terceiro átomo da série é:

a) 18

b) 20

c) 26

d) 38

Questão 4

Em quais níveis de energia o Césio (Z = 55) apresenta 18 elétrons?

a) 2 e 3

b) 2 e 4

c) 2 e 5

d) 3 e 4

e) 3 e 5

Questão 5

As películas radiográficas são formadas por um suporte de poliéster, revestido com uma fina

camada de emulsão fotossensível contendo cristais de AgBr ou AgI, responsáveis pelo registro

das imagens radiológicas. Um íon Ag+

de número atômico igual a 47 e número de massa igual

a 107 possui:

a) 47 prótons, 46 elétrons e 60 nêutrons.

b) 61 prótons, 47 elétrons e 46 nêutrons.

c) 47 prótons, 47 elétrons e 60 nêutrons.

d) 61 prótons, 46 elétrons e 46 nêutrons.

Questão 6

Isótopos radiativos de iodo são utilizados no diagnóstico e tratamento de problemas da tireóide,

e são, em geral, ministrados na forma de sais de iodeto. O número de prótons, nêutrons e

elétrons no isótopo 131 do iodeto, ânion monovalente do iodo ( Z = 53 ) são, respectivamente:

a) 53, 78 e 52

b) 53, 78 e 54

c) 53, 131 e 53

d) 131, 53 e 131

e) 52, 78 e 53

Questão 7

A água contendo isótopos hidrogênio-2 é denominada “água pesada’’, porque esta molécula quando comparada com a molécula de água constituída por isótopos hidrogênio-1 possui:

a) maior número de nêutrons.

b) maior número de prótons.

c) maior número de elétrons.

d) menor número de elétrons.

e) menor número de prótons

Modelos Atômicos - 4a parte

Em 1897, J. J. Thomson propôs que o átomo seria como um tipo de fluido com uma distribuição esférica contínua de carga positiva onde se incrustavam um certo número de elétrons, com carga negativa, o suficiente para neutralizar a carga positiva.

Modelos Atômicos - 3a parte

Em 1808, John Dalton, físico inglês, impulsionado por estudos sobre os gases, interessado no desenvolvimento de máquinas a vapor propôs uma série de postulado para explicar a natureza atômica da matéria. Foi o primeiro modelo adotado cientificamente para explicar o átomo. Postulados de Dalton:

• a matéria é formada por partículas extremamente pequenas chamadas átomos;
• os átomos são esferas maciças, indestrutíveis e intransformáveis;
• átomos que apresentam mesmas propriedades (tamanho, massa e forma) constituem um elemento químico;
• átomos de elementos diferentes possuem propriedades diferentes;
• os átomos podem se unir entre si formando "átomos compostos";
• uma reação química nada mais é do que a união e separação de átomos.

O modelo de Dalton era baseado principalmente nas proposições de Lavoisier sobre a conservação da massa durante as transformações químicas.

Modelos Atômicos - 2a parte

Em 1650 d.C. o conceito de átomos foi novamente proposto por Pierre Gassendi, filósofo francês. Proposição na época apoiada por Sir Isaac Newton. Palavras de Newton: "parece-me provável que Deus, no início, formou a matéria sob a forma de partículas móveis, sólidas, com peso, duras, impenetráveis, com tamanhos e formatos, e com outras propriedades, em tais proporções em relação ao espaço, de modo a serem as mais adequadas para o fim para as quais elas foram formadas..."