Modelos atômicos são representações teóricas que descrevem a estrutura e o comportamento do átomo, a menor unidade de matéria. Desde o modelo simplista de Dalton, passando pelo átomo "plum pudding" de Thomson, até o modelo planetário de Bohr e a complexa mecânica quântica, esses modelos evoluem com o avanço científico, explicando a organização dos elétrons, nêutrons e prótons.
Os modelos atômicos são representações teóricas da estrutura do átomo, desenvolvidas ao longo da história para explicar observações experimentais sobre a natureza da matéria. Esses modelos evoluíram à medida que novas descobertas foram feitas, e cada um reflete o entendimento da estrutura atômica na época em que foi proposto.
Os modelos atômicos são teorias elaboradas por cientistas com o objetivo de desvendar o funcionamento da matéria e seus fenômenos. Todos esses modelos têm como base a concepção do átomo como a partícula fundamental.
A compreensão do átomo tem evoluído ao longo do tempo, acompanhando os avanços científicos da época. Entre os modelos atômicos desenvolvidos, destacam-se: modelo atômico de Dalton, modelo atômico de Thomson, modelo atômico de Rutherford, modelo atômico de Bohr e modelo atômico de Schrödinger.
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Confira a evolução dos modelos atômicos ao longo da história:
O modelo atômico atualmente aceito pela comunidade científica é baseado na teoria da mecânica ondulatória desenvolvida por Erwin Schrodinger. De acordo com Schrodinger, os átomos possuem regiões onde é mais provável encontrar os elétrons, chamadas de orbitais eletrônicos. Este modelo é amplamente aceito e considerado como o mais válido na atualidade.
O modelo atômico atual é baseado na Mecânica Quântica:
Orbitais Atômicos: Em vez de órbitas definidas como no modelo de Bohr, os elétrons são descritos por "orbitais", que são regiões de probabilidade ao redor do núcleo onde é mais provável encontrar um elétron.
Natureza Dual: Os elétrons exibem propriedades de ondas e partículas. Não podemos especificar sua localização exata, apenas a probabilidade de encontrá-los em um lugar.
Princípio da Incerteza: Não podemos conhecer a posição exata e o momento de um elétron simultaneamente com precisão total.
Números Quânticos: Descrevem propriedades e posições prováveis dos elétrons.
Spin: Uma propriedade dos elétrons, similar a um giro em torno de seu próprio eixo, com dois possíveis valores: +1/2 ou -1/2.
Este modelo quântico é fundamental para a física e química modernas, descrevendo com precisão o comportamento dos elétrons nos átomos.
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O modelo atômico proposto por John Dalton no início do século XIX é frequentemente comparado a uma bola de bilhar em termos de sua simplicidade e natureza maciça. Vamos detalhar as características fundamentais desse modelo:
Átomos como Esferas Indivisíveis:
Átomos de Elementos Diferentes:
Reações Químicas:
Compostos Químicos:
A analogia da "bola de bilhar" serve para destacar a simplicidade e natureza maciça do átomo no modelo de Dalton. Esse modelo foi fundamental na história da química, pois forneceu uma base sólida para a ideia de que a matéria é feita de partículas discretas, ou átomos. No entanto, com o avanço da pesquisa e descobertas subsequentes, o modelo de Dalton foi refinado e modificado para incorporar subpartículas dentro do átomo, levando a modelos atômicos mais avançados e detalhados.
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O modelo atômico proposto por J.J. Thomson no final do século XIX é frequentemente descrito como "pudim de passas" ou "bolo de ameixa" devido à sua representação visual. Esse modelo foi desenvolvido após a descoberta do elétron por Thomson, que foi a primeira indicação de que os átomos não eram, de fato, as menores partículas indivisíveis, contrariando a proposta anterior de Dalton.
Vamos detalhar as características fundamentais desse modelo:
Natureza Elétrica dos Átomos:
Elétrons Incrustados:
Equilíbrio Elétrico:
Descoberta Experimental:
Apesar de revolucionário na época, o modelo de "pudim de passas" de Thomson foi posteriormente refutado pelos experimentos de Rutherford no início do século XX. Os experimentos de Rutherford com espalhamento de partículas alfa sugeriram que a maior parte da massa do átomo e toda a sua carga positiva estavam concentradas em um núcleo central muito pequeno, levando ao desenvolvimento do modelo planetário ou nuclear do átomo.
O modelo atômico de Rutherford, frequentemente chamado de modelo planetário ou nuclear, foi proposto em 1911 após uma série de experimentos realizados por Ernest Rutherford e seus colaboradores. Estes experimentos envolveram o bombardeamento de finas folhas de ouro com partículas alfa (partículas carregadas positivamente emitidas por substâncias radioativas).
As descobertas principais e características desse modelo:
Núcleo Atômico:
Elétrons em Órbita:
Átomo Principalmente Vazio:
Desvios Pequenos e Grandes:
Refutação do Modelo de Pudim de Passas:
Enquanto o modelo de Rutherford foi uma grande evolução na compreensão da estrutura atômica, ele também levantou questões, principalmente sobre como os elétrons se mantêm em órbita sem cair no núcleo. Essas questões eventualmente levaram ao desenvolvimento do modelo atômico de Bohr, que introduziu órbitas quantizadas para os elétrons.
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O modelo atômico de Bohr, proposto por Niels Bohr em 1913, foi uma tentativa de resolver alguns dos problemas apresentados pelo modelo de Rutherford. A principal questão era: por que os elétrons, ao orbitar o núcleo carregado positivamente, não espiralavam em direção ao núcleo e colidiam com ele, já que cargas opostas se atraem? Bohr incorporou ideias da nascente teoria quântica para responder a essa questão.
Aqui estão as características chave do modelo atômico de Bohr:
Órbitas Quantizadas:
Transições entre Níveis de Energia:
Estabilidade dos Elétrons:
Modelo Aplicado ao Hidrogênio:
O modelo de Bohr foi revolucionário porque introduziu conceitos quânticos na estrutura atômica e conseguiu explicar características observadas do átomo de hidrogênio que os modelos anteriores não podiam.
No entanto, com o tempo, foi substituído pelo modelo mais abrangente da mecânica quântica que trata os elétrons como ondas de probabilidade ao redor do núcleo e não como partículas em órbitas definidas. Ainda assim, o modelo de Bohr é frequentemente ensinado em cursos introdutórios de química e física devido à sua abordagem mais simples e conceitual.
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Leia o poema apresentado a seguir.
Pudim de passas
Campo de futebol
Bolinhas se chocando
Os planetas do sistema solar
Átomos
Às vezes
São essas coisas
Em química escolar
(LEAL, Murilo Cruz. Soneto de hidrogênio. São João del Rei: Editora UFSJ, 2011)
O poema faz parte de um livro publicado em homenagem ao Ano Internacional da Química. A composição metafórica presente nesse poema remete