Modelos Atômicos: o que são, quais existem e qual é o modelo atômico atual

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História dos modelos atômicos

A história dos modelos atômicos começa com o filósofo grego Demócrito, no século V a.C., que propôs que a matéria era formada por pequenas partículas indivisíveis chamadas átomos. Essa ideia permaneceu como hipótese por muitos séculos, até o desenvolvimento da química moderna.

No início do século XIX, John Dalton formulou o primeiro modelo científico do átomo, sugerindo que cada elemento químico era formado por átomos idênticos entre si, indivisíveis e diferentes dos átomos de outros elementos. Dalton também explicou como os átomos se combinam para formar compostos.

Em 1897, J.J. Thomson descobriu o elétron e propôs o modelo do “pudim de passas”, no qual o átomo era uma esfera de carga positiva com elétrons distribuídos internamente. Esse modelo mostrou que o átomo não era indivisível, como Dalton acreditava.

Em 1911, Ernest Rutherford realizou experimentos de dispersão de partículas alfa, concluindo que o átomo possui um núcleo pequeno e denso, carregado positivamente, ao redor do qual os elétrons se movem. Esse modelo apresentou uma estrutura mais próxima da realidade, mas ainda não explicava totalmente a estabilidade do átomo.

Em 1913, Niels Bohr aperfeiçoou o modelo de Rutherford, introduzindo níveis de energia quantizados nos quais os elétrons orbitam o núcleo. Esse modelo explicou fenômenos como as linhas espectrais do hidrogênio.

Com o avanço da mecânica quântica, surgiu o modelo quântico, desenvolvido principalmente por Erwin Schrödinger na década de 1920. Nesse modelo, os elétrons não seguem órbitas fixas, mas ocupam regiões chamadas orbitais, onde existe maior probabilidade de encontrá-los. Esse modelo é o atual, sendo a base para a química moderna e o estudo das interações atômicas.

A evolução dos modelos atômicos mostra como o conhecimento científico se constrói a partir de hipóteses, experimentos e revisões teóricas, aproximando cada vez mais a compreensão da estrutura da matéria.

Conforme mencionado, a evolução dos modelos atômicos ao longo da história pode ser sintetizada da seguinte forma:

• Modelo atômico de Dalton (modelo bola de bilhar) em 1808.
• Modelo atômico de Thomson (modelo pudim de passas) em 1898.
• Modelo atômico de Rutherford (modelo planetário) em 1911.
• Modelo atômico de Bohr (modelo Rutherford-Bohr) em 1913.
• Modelo atômico de Schrödinger (modelo mais aceito atualmente) em 1926.

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:

1. 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.

2. 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.

3. Princípio da Incerteza: Não podemos conhecer a posição exata e o momento de um elétron simultaneamente com precisão total.

4. Números Quânticos: Descrevem propriedades e posições prováveis dos elétrons.

5. 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:

1. Átomos como Esferas Indivisíveis:

   • No modelo de Dalton, o átomo era visto como uma esfera sólida e indivisível, sem partes internas distinguíveis. Essa visão era um contraste significativo com a ideia anterior de que a matéria poderia ser dividida indefinidamente.

2. Átomos de Elementos Diferentes:

   • De acordo com Dalton, cada elemento é composto de átomos de um tipo único e esses átomos de um elemento específico são idênticos em massa e propriedades. Átomos de diferentes elementos, no entanto, têm massas diferentes.

3. Reações Químicas:

   • Dalton propôs que as reações químicas envolvem a rearrumação dos átomos. Em uma reação química, os átomos não são criados nem destruídos, nem são eles alterados. Em vez disso, eles simplesmente se rearranjam para formar novos compostos.

4. Compostos Químicos:

   • Os compostos são formados pela combinação de átomos de dois ou mais elementos em proporções fixas. Isso significa que, por exemplo, a água sempre terá duas vezes mais átomos de hidrogênio do que oxigênio.

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:

1. Natureza Elétrica dos Átomos:

   • Thomson propôs que o átomo era composto principalmente de matéria carregada positivamente, formando uma espécie de "pudim" ou "bolo".

2. Elétrons Incrustados:

   • Dentro deste "pudim" carregado positivamente, estavam incrustados os elétrons, que são partículas de carga negativa. Estes elétrons estariam distribuídos aleatoriamente, assim como passas ou ameixas em um pudim ou bolo.

3. Equilíbrio Elétrico:

   • O átomo como um todo seria eletricamente neutro. Isso significa que a quantidade de carga positiva no "pudim" compensaria exatamente a carga negativa dos elétrons.

4. Descoberta Experimental:

   • O modelo foi baseado na descoberta de Thomson dos elétrons usando tubos de raios catódicos. Ele observou que os raios, que eram feitos de elétrons, eram atraídos por um eletrodo positivo, indicando que os raios tinham carga negativa. Daí veio a ideia de que os átomos deveriam conter essas partículas carregadas negativamente.

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:

1. Núcleo Atômico:

   • O aspecto mais significativo da proposta de Rutherford foi a introdução do núcleo, uma pequena região central no átomo que contém toda a carga positiva e praticamente toda a massa do átomo.

2. Elétrons em Órbita:

   • Os elétrons orbitam este núcleo central, semelhante a planetas orbitando o Sol. No entanto, o modelo não especificava como esses elétrons orbitavam ou por que eles não caíam no núcleo, devido à atração da carga positiva.

3. Átomo Principalmente Vazio:

   • Uma conclusão surpreendente dos experimentos foi que a maior parte do átomo é espaço vazio. A maioria das partículas alfa passou direto pela folha de ouro sem desvio, indicando que elas estavam passando por regiões desocupadas.

4. Desvios Pequenos e Grandes:

   • Enquanto a maioria das partículas alfa passava direto, algumas eram desviadas por pequenos ângulos e, muito raramente, algumas partículas alfa eram desviadas por ângulos muito grandes ou até refletidas de volta. Isso sugeria que a carga positiva no átomo estava concentrada em um pequeno volume central, e quando as partículas alfa se aproximavam desse núcleo, elas experimentavam um desvio significativo.

5. Refutação do Modelo de Pudim de Passas:

   • Os resultados do experimento de Rutherford contradiziam o modelo "pudim de passas" de Thomson, onde a carga positiva era pensada para ser distribuída uniformemente por todo o átomo.

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:

1. Órbitas Quantizadas:

   • Bohr propôs que os elétrons só podem orbitar o núcleo em camadas específicas ou órbitas, onde cada órbita corresponde a um nível de energia específico. Essas órbitas são muitas vezes referidas como "níveis de energia".

2. Transições entre Níveis de Energia:

   • Um elétron pode saltar de uma órbita para outra. Se um elétron salta para uma órbita de maior energia, ele absorve energia (geralmente na forma de um fóton de luz). Se ele salta para uma órbita de menor energia, ele emite energia. As cores específicas ou frequências de luz emitidas ou absorvidas durante essas transições são características de cada elemento e deram origem às linhas espectrais observadas em espectros atômicos.

3. Estabilidade dos Elétrons:

   • Nos níveis de energia permitidos, os elétrons não irradiam energia e, portanto, não espiralam em direção ao núcleo. Eles só irradiam ou absorvem energia durante transições entre níveis de energia.

4. Modelo Aplicado ao Hidrogênio:

   • O modelo de Bohr foi inicialmente desenvolvido para explicar o espectro do átomo de hidrogênio, que é o átomo mais simples. Ele teve um sucesso impressionante nisso, mas teve dificuldades em explicar espectros de átomos mais complexos com mais elétrons.