MODELOS ATÔMICOS
Uma das grandes contribuições da mecânica quântica foi a melhor interpretação dos fenômenos nas menores escalas conhecida pela ciência até então, o átomo. O físico que conseguiu dar uma explicação quantitativa para o átomo foi o Dinamarquês Niels Bohr, mas para entendermos qual foi a contribuição dele para a estrutura atômica vamos rever alguns modelos feitos para o átomo que antecederam a ele.
John Dalton (1766 - 1844):
John Dalton dizia que:
- Tudo na Natureza é constituido por átomos
- Átomos não podem ser criados nem destruídos. Isso significa que o número de átomos de qualquer elemento químico deveria permanecer constante no universo desde sua origem.
- Átomos iguais apresentam propiedades iguais, e átomos diferentes propiedades diferentes. Átomos de um determinado elemento são caracterizados por suas massas. (Futuramente provado o contrário, os átomos são caracterizados pelo número atômico e não por suas massas).
- Átomos podem combinar e recombinar entre si para formação de estruturas mais estáveis, chamadas de moléculas, que compõem a estrutura básica de todas as substâncias.
J.J Thompson (1856- 1940):
Thompson conseguiu determinar a relação carga-massa dos raios catódicos, provando experimentalmente que os "raios" eram partículas dotadas de carga. Essa é considerada a descoberta oficial do elétron. O nome elétron vem do grego elektron, que significa âmbar, a resina vegetal atritada pelos antigos com peles de animais, que passaram a adquirir capacidade de atrair objetos leves. A afirmação de Thompson foi a primeira observação experimental da natureza elétrica da matéria. A outra parte da matéria era composta de uma massa positiva, que neutralizava a carga dos elétrons e fazia com que os átomos fossem elétricamente neutros.
Foi em 1898 que Thompson que formulou o seu modelo atômico , em que o átomo é uma massa positiva com elétrons negativos inctrustados. Esse modelo foi batizado como "Pudim de passas" .
Com isso, o modelo atômico de Thompson apresenta duas inovações fundamentais em realação ao átomo de Dalton:
- O átomo aprensenta uma característica elétrica.
- O átomo é disível, ao contrário do que imaginava os pensadores gregos antigos e o própio John Dalton.
Rutherford (1871- 1937):
Rutherford fazia uso de emissões oriundas de átomos de polônio, juntamente aos cientistas Geiger e Marsden e realizou uma das mais importantes experiências na tentativa de se descobrir o comportamento correto dos átomos.
O experimento consiste de um emissor de partículas Alpha (α) como polônio, e estes feixes de partículas eram lançados contra uma lamina finissima de ouro. Quando estas partículas atingiam a lâmina, as particulas sofriam um tipo de desvio, poucas são desviadas mas do pouquissimo que batia na lâmina voltava em sentido contrário. Se o modelo de "Pudim de passas" estivesse correto o que Rutherford e o resto da equipe esperava era que todas as partículas (α) atravessassem a lâmina de ouro, sofrendo apenas leves desvios, pois pela teoria de Thompson, nem os corpúsculos negativos nem as nuvens positivas teriam densidade de massa ou carga suficientes para refletir as partículas (α).
Com isso Rutherford imaginou que o átomo teria uma região muito menor que o tamanho do própio átomo, concentrando quase toda sua massa no seu centro. O átomo seria um grande espaço vazio, com elétrons bem distantes do núcleo e com massa praticamente despresível. O modelo atômico de Rutherford é mostrado na imagem a baixo.
O Átomo moderno:( XX - XXI ):
Outro modelos atômicos mais modernos, envolvendo mecânica ondulatória e mecânica quântica, sucederam e explicaram uma série de falhas no modelo de Rutherford. Um dos cientistas que mostrou uma forma estável e elegante para o átomo foi Niels Bohr.
O modelo de Rutherford havia algumas inconsistências graves para explicar o movimento dos elétrons. De acordo com a mecânica clássica, uma partícula elétrica em movimento deveria emitir ondas eletromagnéticas continuamente. Isso faria com que o elétron perdesse energia até colidir com o núcleo, ou seja, pela mecânica clássica o átomo de Rutherford seria instável.
Niels Bohr em 1903, interessado em explicar a emissão de luz pelos átomos excitados, conseguiu formular um novo modelo atômico. Ja se sabia que as fontes de luz visível dependiam essencialmente do movimento dos elétrons. Os elétrons nos átomos podem ser elevados de seus estados de energia mais baixa até os de energia mais alta por diversos métodos, tais como calor ou corrente elétrica. Quando os elétrons eventualmente retornam aos seus niveis mais baixos, emitem radiação que pode estar na região visível do espectro. Veja abaixo o modelo proposto por Bohr.
Bohr concluiu que o elétron não emitia radiações, enquanto permanecesse na mesma órbita, era somente emitido radiação quando se deslocava de um nível de maior energia para outro de menor energia.
A teoria quântica permitiu-lhe formular uma concepção de forma mais precisa: as órbitas não se localizariam a quaisquer distâncias do núcleo, ao contrário, apenas algumas órbitas seriam possiveis, cada um delas correspondendo a um nivel específico de energia do elétron. A passagem de um elétron para uma órbita teria de ser feita por saltos, o elétron não percorreria o espaço entre estas camadas, pois ao absorver energia, o elétron saltaria para uma órbita mais externa ( conceito chamado de Salto Quântico) e, ao emiti-la passaria para outra mais interna ( conceito conhecido como fóton). Cada uma dessas emissões aparece no espectro como uma linha luminosa bem localizada.
Com todas estas teorias antes citadas, como Radiação de Corpo Negro, Efeitofotoelétrico e a nova teoria atômica de Bohr a Mecânica Quântica esta bem fundamentada em conceitos e teorias. Após estas descobertas a ciência tomou um novo rumo ao qual os cientistas perceberam que para se tratar das menores escalas como o átomo ou menor que ele, quem rege as leis neste universo microscópico são as leis da Mecânica Quântica, leis completamente diferentes ao se tratar do universo cotidiano, macroscópico, ao qual iremos ver em mais detalhes como foi a continuação desta teoria e quais os ramos que ela se aplica.