Modelo Rutherford

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Desenvolvimentos sobre Modelo Atómico de Rutherford.

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Modelo Rutherford

  1. 1. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Modelos Atómicos -3Modelo de Rutherford28-01-2012 Por : Luís Timóteo 1
  2. 2. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica A RADIOACTIVIDADE William Crookes (1832-1919)Modelo de Rutherford William Crookes (1832-1919)  A descoberta dos raios catódicos e os trabalhos posteriores de Crookes despertaram um grande número de físicos no final do século XIX. Entre eles o alemão Wilheim Konrad Röentgen. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 2 Professor Fabiano Ramos Costa
  3. 3. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Wilhelm K. Roentgen RAIOS X RAIOS ELETRÓLISE CATÓDICOS V III 1807 1833 1869 1875 1876 1895 ELEMENTOS 1º MODELO 1ª TABELA PROTÃO PERIÓDICA (1845 - 1923)Modelo de Rutherford 1901  Roentgen concluiu que o tubo emitia, além dos raios catódicos, algum tipo de radiação desconhecida, razão pela qual lhe deu o nome provisório de raios X. Preferiu então aperfeiçoar seus experimentos antes de divulgá-los, mas em apenas dois meses já tinha acumulado conclusões suficientes para publicar seus resultados. Pouco mais tarde, fez uma demonstração pública da capacidade desses raios de fotografar o interior do corpo. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 3
  4. 4. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Wilhelm Röntgen (1895) A RADIOACTIVIDADE  Como muitos físicos da época. Roentgen pesquisava o tubo de raios catódicos inventado pelo inglês William Crookes anos antes.  Quando Roentgen ligou o tubo naquele dia, algo muito estranho aconteceu:  Perto do tubo, uma placa de materialModelo de Rutherford fluorescente chamado platino cianeto de bário brilhou.  Ele desligou o tubo e o brilho sumiu. Ligou de novo e lá estava ele. O brilho persistiu mesmo quando Roentgen colocou um livro e uma folha de alumínio entre o tubo e a placa. Alguma coisa saía do tubo, atravessava barreiras e atingia o platino cianeto. Por seis semanas, o físico ficou enfunado no laboratório, tentando entender o que era aquilo. No dia 22 de Dezembro, fez a radiação atravessar por 15 minutos a mão da mulher, Bertha, atingindo do outro lado uma chapa fotográfica. Revelada a chapa, viam-se nela as sombras dos ossos de Bertha, na primeira radiografia da história. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 4
  5. 5. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Wilhelm Röntgen (1895) A RADIOACTIVIDADE Noutra experiência, tirou a radiografia de seu rifle de caça e observou uma pequenaModelo de Rutherford falha interna. Com isso, ele antecipou um dos usos actuais dos raios-X: descobrir falhas internas em peças industriais. Fascinado, mas ainda confuso, Roentgen decidiu chamar os raios de "X" - símbolo usado em ciência para designar o desconhecido. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 5
  6. 6. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Wilhelm Röntgen (1895) A RADIOACTIVIDADE  Também radiografou uma caixa de madeira fechada com peças metálicas no interior. Fez, portanto, o que hoje se vê nos aeroportos, onde as bagagens são radiografadas pelo pessoal da segurança.  O nome Radioactividade não era usado naquela época, este nome veio porque essas radiações afectavamModelo de Rutherford as emissões de Rádio, atrapalhando o seu funcionamento. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 6
  7. 7. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Henri Becquerel (1852-1908) RAIOS ELETRÓLISE CATÓDICOS V III 1807 1833 1869 1875 1876 1895 ELEMENTOS 1º MODELO 1ª TABELA PROTÃO PERIÓDICA A RADIOACTIVIDADE Em 1895, Roentgen descobriu que os raios X, podiam provocar fluorescência em certos materiais. Becquerel ficou, então curioso para saber se o contrário também era possível: se umaModelo de Rutherford substância fluorescente emitiria raios X.  Para verificar essa possibilidade, envolveu uma chapa fotográfica com papel preto, colocou sobre ele cristais de um material fluorescente (um composto de urânio) e expôs o conjunto à luz solar. Caso a luz provocasse fluorescência nos cristais e eles passassem a emitir raios X, a chapa seria impressionada. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 7
  8. 8. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Henri Becquerel (1895) A RADIOACTIVIDADE  Isso de fato ocorreu. Procurou então repetir a experiência nos dias seguintes, mas eles foram todos nublados. Na última tentativa, desmontou o conjunto e resolveu revelar a chapa assim mesmo. Surpreso, verificou que ela fora intensamente impressionada. A radiação que atingira não dependera, então, da incidência de luz solar nos cristais. Eles emitiam radiações por si mesmos! Em 1899, Becquerel descobriu que a trajectória dessa radiação podia serModelo de Rutherford alterada por campos magnéticos fortes, o que indicava ser ela constituída por partículas com carga eléctrica. No ano seguinte, concluía que essas partículas tinham carga negativa, e eram electrões acelerados. Em mais um ano, identificou a fonte desses electrões: eles provinham dos átomos de urânio. Registo obtido por Becquerel em chapa fotográfica de radiações emitidas naturalmente. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 8
  9. 9. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Henri Becquerel (1895) A RADIOACTIVIDADE  Físico francês Antoine-Henri Becquerel, que se dedicava ao estudo de substâncias fluorescentes, percebeu que um sal de urânio (sulfato duplo potássio e uranila) era capaz de sensibilizar não só o negativo de um filme fotográfico, mesmo quando esse filme era recoberto por papel preto, mas também finas lâminas de metal. Becquerel descobridor doModelo de Rutherford Urânio, percebeu que esse material emitia raios com propriedades semelhantes às dos raios X, a ela deu o nome de Radioactividade.  É a capacidade que certos átomos possuem de emitir radiações electromagnéticas e partículas de seus núcleos instáveis com o objectivo de adquirir estabilidade. A emissão de partículas faz com que o átomo radioactivo de determinado elemento químico se transforme num átomo de outro elemento químico diferente. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 9
  10. 10. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica RAIOS ELETRÓLISE CATÓDICOS V III 1807 1833 1869 1875 1876 1895 A RADIOACTIVIDADE ELEMENTOS 1º MODELO 1ª TABELA PROTÃO RAIOS X PERIÓDICA Pierre Curie (1859-1906) 1903 Marie Curie (1867-1934) 1903 1911  Em 1880, Pierre Curie constatou que uma corrente eléctrica surgia em certos cristais quando submetidos a pressões. Deram aModelo de Rutherford esse fenómeno o nome de efeito piezoeléctrico.  Em 1895, casou-se com Marie Sklodowska, que o acompanharia na realização de muitos trabalhos científicos.  Estimulada pela descoberta dos raios X, feita por Roentgen, e das radiações do urânio por Becquerel, Marie Curie iniciou trabalhos de pesquisa que a levariam a identificar três diferentes tipos de emissão radioactivas - mais tarde chamadas de alfa, beta e gama. Foi ela também que criou o termo radioactividade. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 10
  11. 11. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Pierre Curie (1859-1906) Marie Curie (1867-1934)  Apoiando-se na descoberta do efeito piezoeléctrico feita por seu marido, criou um método para medir a intensidade das emissões radioactivas de materiais diversos. Trabalhando com diferentes compostos de urânio, conseguiu também demonstrar que as emissões eram directamente proporcionais à quantidade de urânio nelas presente. Isso provava que os átomos desse elemento eram os únicos responsáveis pelaModelo de Rutherford radioactividade daquelas substâncias. Em 1898, ela conseguiu também demonstrar a radioactividade do Tório. No mesmo ano, já auxiliada pelo marido, isolou, em meio a amostras de minério de urânio, diminutas quantidades de um novo elemento, ao qual deu o nome de polónio. Em Dezembro, identificara outro elemento, e quantidades menores ainda: o rádio. Em 1903, dividiram com Becquerel o prémio Nobel de Física. Após a morte de Pierre Curie, em 1906, Marie assumiu seu cargo de professor na Universidade de Sorbonne, tornando-se a primeira mulher a ali leccionar. Em 1911, ela receberia também o Prémio Nobel de Química Faleceu devido à leucemia, adquirida pela excessiva exposição à radioactividade. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 11
  12. 12. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica A RADIOATIVIDADE E O DERRUBE DO MODELO ATÔMICO DE THOMSON Pierre Curie (1859-1906) Marie Curie (1867-1934) Estudaram incansavelmente os fenómenos Relacionados com a radioactividade, mas não puderam explicar a origem da radiação emitida por determinados átomos.Modelo de Rutherford Um outro pesquisador, Ernerst Rutherford, convencido por J. J. Thomson, começa a pesquisar materiais radioactivos e, aos 26 anos de idade, notou que havia dois tipos de radiação: Uma positiva (alfa) e outra negativa (beta). Assim inicia-se o processo para determinação de:NOVO MODELO ATÓMICO. Entretanto outras pesquisas se desenrolavam acerca da luz… 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 12
  13. 13. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Espectros atómicos Chama-se espectro atómico de um elemento químico ao resultado da decomposição de uma radiação electromagnética complexa em todas as radiações simples que a compõem, caracterizadas cada uma por um valor de comprimento de onda, λ Infravermelhos Raios Gamma Ultravioletas Microondas Vermelho Amarelo Raios X Laranja Violeta Rádio Verde Azul AnilModelo de Rutherford (λ) f Espectro Visível 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 13
  14. 14. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Linhas Espectrais (1848) Johann Jakob Balmer foi um físico e matemático suíço. O seu nome é particularmente conhecido pela descoberta da fórmula que determina o comprimento das linhas espectrais do hidrogénio. Essa fórmula, embora contendo apenas uma constante, representa com exactidão todas as linhas do hidrogénio atómico visíveis e também nas regiões próximas ao ultravioleta. As linhas espectrais que podem ser calculadas por essa fórmula constituem a chamada série de Balmer, a primeira das séries espectrais a serem observadas experimentalmente. A fórmula deModelo de Rutherford Balmer serviu como modelo para as fórmulas de outras séries espectrais, sendo fundamental na espectografia atómica. Ele achou que as séries observadas de comprimentos de onda espectrais poderiam ser expressa por: n = 3, 4, 5 ..... onde n se supôs serem valores inteiros, isto é, n = 3,4,5,6,..... e R é uma constante que agora é denominada de constante de Rydberg. Na época o valor desta constante era de: 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 14
  15. 15. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Linhas Espectrais (1848) Em 1885, Johann Balmer encontrou uma fórmula empírica para determinar o comprimento de onda no visível das linhas espectrais para o átomo de hidrogénio : nm (onde k = 3,4,5…)Modelo de Rutherford 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 15
  16. 16. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Linhas Espectrais (1848) Em seguida, outras séries espectrais foram determinadas teoricamente com base na expressão de Balmer. A primeira delas foi apresentada por Paschen (1908) usando a relação; Paschen: n = 4, 5, 6 ... Em seguida vieram as séries de Lyman e Brackett, as quais referiam a região do infravermelho e ultravioleta do espectro de emissão do gás de hidrogénio,Modelo de Rutherford Diagrama de níveis de energia do hidrogénio: transições de Paschen, Balmer e Lyman. Lyman: Brackett: n = 5, 6, 7 ..... n = 2, 3, 4 ..... Assim foi determinou-se, empiricamente, que os espectros de linhas distintas emitidos pelo hidrogénio poderiam ser ajustados pela relação de Balmer generalizada; n>m Onde m e n são números inteiros. Como λ é positivo, os inteiros m e n devem satisfazer a desigualdade m < n.; A Figura mostra as séries espectrais conhecidas e descritas pela regra de Balmer. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 16
  17. 17. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Teoria Quântica Max Planck (1900) A teoria quântica refere-se a energia: A luz só pode absorver ou emitir uma determinada quantidade de energia, pelo que se definiu uma unidade mínima de energia, chamada “quantum” (que será o equivalente em energia ao que é o átomo para a matéria);  Propôs que a luz só pode assumir alguns valores específicos deModelo de Rutherford energia.  Qualquer quantidade de energia que se emita ou se absorva, deverá ser um número inteiro de “quantums”. Quando a energia está em forma de radiação electromagnética (quer dizer, de uma radiação similar á luz), se denomina de energia radiante e a sua unidade mínima recebe o nome de “fotão”. A energia de um fotão é dada pela equação de Planck: E = h×f h: constante de Planck = 6,62×10-34 Joule/segundo f: frequência da radiação. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 17
  18. 18. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica  A Radiação do Corpo Negro e a Teoria de Planck Um corpo em qualquer temperatura emite energia – a radiação térmica. Corpo negro é um sistema ideal que absorve toda a radiação incidente. Modelo de corpo negro: uma pequena abertura numa cavidade.Modelo de Rutherford  Qualquer radiação que entra na cavidade será reflectida e absorvida nas paredes internas e acaba por ser totalmente absorvida. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 18
  19. 19. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Efeito Foto eléctrico Em 1901, Max Planck propôs que a luz só podia ter alguns valores específicos de energia, chamados “quantum” . Em 1905, Albert Einstein ampliou esta ideia e propôs que a luz era feita de partículas que só podiam ter determinados valores de energia.Modelo de Rutherford Max Planck e Albert Einstein A energia destas partículas, ao atingiram um metal, fariam expelir deste electrões!... 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 19
  20. 20. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford RAIOS ELETRÓLISE CATÓDICOS RAIOS X V III 1803 1850 1869 1875 1876 1895 1905 ELEMENTOS 1º MODELO 1ª TABELA PRÓTON PERIÓDICA Albert Einstein 1921 “Eu não estou interessado neste ou naquele fenómeno. Eu quero saber como Deus criou o mundo, quais são os Seus pensamentos. O resto é detalhe”Modelo de Rutherford (1879-1955) E=mc² 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 20
  21. 21. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Albert Einstein Efeito Fotoeléctrico (1905) O efeito fotoeléctrico é a emissão de electrões por um material, geralmente metálico, quando exposto a uma radiação electromagnética (como a luz) de frequência suficientemente alta, que depende do material. Ele pode ser observado quando a luz incide numa placa de metal, literalmente arrancando electrões da placa. Esse efeito é bem observado quando se coloca algum objecto de metal noModelo de Rutherford microondas… Os electrões que giram à volta do núcleo são aí mantidos por forças de atracção. Se a estes for fornecida energia suficiente, eles abandonarão as suas órbitas. O efeito fotoeléctrico implica que, normalmente sobre metais, se faça incidir um feixe de radiação com energia superior à energia de remoção dos electrões do metal, provocando a sua saída das órbitas: sem energia cinética (se a energia da radiação for igual à energia de remoção) ou com energia cinética, se a energia da radiação exceder a energia de remoção do electrão. A explicação correcta para esse efeito foi dada em 1905, por Albert Einstein, que em 1921, deu ao cientista alemão o prémio Nobel de Física... 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 21
  22. 22. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Efeito Fotoeléctrico (Albert Einstein -1905) Analisando o efeito fotoeléctrico quantitativamente usando o método de Einstein, as seguintes equações equivalentes são usadas: Energia do fotão = Energia necessária para remover um electrão + Energia cinética do electrão emitido. -Algebricamente: hf Ec max Onde h é a constante de Planck; f é a frequência do fotão incidente; hfo é a função trabalho, ou energia mínima exigida paraModelo de Rutherford remover um electrão de sua ligação atómica; 1 2 Ecmax mv m 2 é a energia cinética máxima dos electrões expelidos; •f0 é a frequência mínima para o efeito fotoeléctrico ocorrer; •m é a massa de repouso do electrão expelido; •vm é a velocidade dos electrões expelidos. Nota: Se a energia do fotão (hf) não é maior que a função trabalho (φ), nenhum electrão será emitido. A função trabalho é ocasionalmente designada por W. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 22
  23. 23. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Efeito Fotoeléctrico (Albert Einstein -1905) Os detalhes observados no efeito Fotoeléctrico estavam em perfeito desacordo com a bem desenvolvida Física Clássica. A sua explicação marcou um passo importante na direcção do que se viria a chamar de Teoria Quântica. Os aspectos extraordinário do Efeito Fotoeléctrico quando foi primeiramente observado são:  1. Os electrões eram emitidos imediatamente, sem retardo. ( no time lag).Modelo de Rutherford  2. Aumentando a intensidade da luz, aumenta o número de fotoelectrões, mas não a sua máxima energia cinética.  3. A luz vermelha não causa a ejecção de electrões, seja a que intensidade for.  4. Uma luz ultravioleta fraca, fará ejectar somente alguns electrões, mas a sua energia cinética máxima, é maior do que a dos electrões ejectados com luz mais intensa de maiores comprimentos de onda. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 23
  24. 24. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Efeito Fotoeléctrico (Explicação Quântica) A Análise destes dados mostrou que a energia dos electrões ejectados era proporcional á frequência da luz iluminante. O facto da energia de ejecção ser independente da energia iluminante pressupõe um comportamento de um partícula que cedeu toda a sua energia ao electrão  Isto encaixa perfeitamente na Hipótese de PLank na experiência de irradiação de um corpo negro, em que a luz poderia existir apenas em pacotes discretos de energia.Modelo de Rutherford 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 24
  25. 25. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Efeito Fotoeléctrico Teoria de Einstein Einstein propõe uma explicação para o efeito fotoeléctrico  Generalizou o conceito da quantização de Planck, e supôs que a luz pode ser considerada como um feixe de quanta. Actualmente chamamos de fotões a esse quanta. Cada fotão tem um quantum de energiaModelo de Rutherford E h onde v é a frequência da luz e h é a constante de Planck. h Alternadamente E  onde  2 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 25
  26. 26. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Efeito Fotoeléctrico Teoria de Einstein Pela conservação de energia - h 1 2 mv 2 max Energia antes (fotão) = Energia depois (electrão) ou Electron kinetic energy h K m áx onde é a função trabalho do metal (energia potencial a ser superadaModelo de Rutherford antes do electrão poder escapar). Aplicamos uma diferença de potencial que cesse a corrente – é o potencial de corte (potencial freio) V V0 W eV0 - trabalho realizado pelo campo eléctrico entre as placas Pelo teorema trabalho-energia: W K K m áx eV0 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 26
  27. 27. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Efeito Fotoeléctrico Métodos de emissão de electrões: Emissão Termiónica: aplicação de calor permite que os electrões ganhem energia suficiente para escapar do material. Emissão Secundária: o electrão do material ganha energia através deModelo de Rutherford transferência de energia num processo de colisão com uma partícula de alta velocidade que incide neste material. Emissão de campo: um campo eléctrico externo intenso arranca o electrão para fora do material. Efeito fotoeléctrico: Uma radiação electromagnética incide sobre o material e transfere energia para os electrões, permitindo que eles escapem do material. Chamamos a estes electrões ejectados de fotoeléctrões. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 27
  28. 28. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Efeito Fotoeléctrico Esquema de um Aparelho para o Efeito Fotoeléctrico Os electrões são atraídos e Os electrões são colectados pela placa carregada ejectados pela luz positivamenteModelo de Rutherford Medidor que indica Bateria o fluxo de electrões 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 28
  29. 29. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Efeito Foto eléctricoModelo de Rutherford http://www.chemistryland.com/CHM130W/10-ModernAtom/Spectra/ModernAtom.html# 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 29
  30. 30. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Efeito Fotoeléctrico: Observações  A energia cinética dos fotoeléctrões é independente da intensidade da luz.  A energia cinética dos fotoeléctrões, para um dado material emissor, depende somente da Electron frequência da luz kinetic energy  Classicamente, a energia cinética dos fotoelectrões deveria aumentar com a intensidade da luz e não depender daModelo de Rutherford frequência.  Existe uma frequência de corte para a luz abaixo da qual nenhum fotoelectrão é ejectado (relacionado à função trabalho do material emissor) .  A existência de uma frequência de corte é completamente inexplicável pela teoria clássica. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 30
  31. 31. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Efeito Fotoeléctrico: Observações  Quando fotoelectrões são produzidos, seu número é proporcional a intensidade da luz.Modelo de Rutherford  Também, os fotoelectrões são emitidos quase instantaneamente assim que o foto cátodo é iluminado, independente da intensidade da luz.  A teoria clássica prediz que, para intensidades extremamente baixas da luz, um longo período de tempo deveria se passar antes que qualquer electrão pudesse obter energia suficiente para escapar do foto cátodo. Entretanto, foi observado, que os fotoelectrões eram ejectados quase que imediatamente. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 31
  32. 32. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Afinal do que é feita a Luz?!...  A explicações de Einstein Einstein sobre o efeito fotoeléctrico, não invalidam a teoria de Maxwell, portanto a luz é feita de partículas (fotões) que se comportam como ondas!....  A teoria de Einstein, foi confirmada em 1915 por Robert Millikan.  Há duas maneiras de interpretar o que é a luz:  Há a teoria da “onda ” expressa pelo termo onda de luz.  Há a teoria da “partícula” expressa em parte pela palavra fotão. PartículasModelo de Rutherford  Electrão Núcleo do Átomo  Fotão de luz Visível   Radiação é transmissão de energia através do espaço. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 32
  33. 33. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Efeito Fotoeléctrico (Albert Einstein -1905)Modelo de Rutherford http://www.youtube.com/watch?v=bnR1syXU5dU http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric Efeito fotoeléctrico.wmv 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 33
  34. 34. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Efeito Fotovoltaico (Albert Einstein -1905)Modelo de Rutherford 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 34
  35. 35. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Átomo - Modelo Rutherford (1910) Modelo Planetário  O Modelo de Átomo de Rutherford, é devido a Ernest Rutherford. Ele efectuou a famosa experiência Geiger-Marsden (alunos) em 1910, com radiações alfa , que mostrou que o modelo atómico “Pudim de Ameixas” (Plum pudding model) de (J. J. Thomson) estava incorrecto. O novo modelo atómico de Rutherford tinha um número de modernas aplicações, incluindo uma alta concentração de carga num volume muito pequeno em comparação com o resto do átomo (Núcleo). Núcleo ElectrõesModelo de Rutherford - +- + - + + - +- - + - + Órbitas Modelo de Thomson Modelo de Rutherford 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 35
  36. 36. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford RAIOS RELATI- ELETRÓLISE CATÓDICOS RAIOS X VIDADE V III 1803 1850 1869 1875 1876 1895 1897 1905 1911 ELEMENTOS 1º MODELO 1ª TABELA PRÓTON ELÉTRON PERIÓDICA 2º MODELO Ernest Rutterford Modelo “Planetário”Modelo de Rutherford (1871-1937) Rutherford demonstrou que a maior parte do átomo era espaço vazio, estando a carga positiva localizada no núcleo (ponto central do átomo), tendo este a maior parte da massa do átomo. Os electrões estariam girando em torno do núcleo. Rutherford também descobriu a existência dos protões, as partículas com carga positiva que se encontram no núcleo. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 36
  37. 37. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Átomo - Modelo Rutherford (1910) Órbitas Modelo “Planetário” Núcleo Electrões O Átomo é formado por um núcleo muito pequeno em relação ao átomo, com carga positiva, no qual se concentra praticamente toda a massa do átomo. Ao redor do núcleo circulam osModelo de Rutherford electrões de carga negativa em orbita circulares, ou elípticas, que tornam o átomo electricamente neutro.  Segundo este cientista, a força de atracção gravitacional do núcleo (Centrípeta) era compensada pela força centrifuga do electrão em órbita… Nota-se no modelo de Rutherford dois equívocos:  uma carga negativa, colocada em movimento ao redor de uma carga positiva estacionária, adquire movimento em espiral em direcção à carga positiva acabando por colidir com ela;  uma carga negativa em movimento irradia (perde) energia constantemente, (segundo as leis de Maxwell) emitindo radiação. Porém, sabe-se que o átomo no seu estado normal não emite radiação. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 37
  38. 38. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Átomo - Modelo de Rutherford (1913) O átomo consiste de um núcleo (de cerca 10-15 a 10-14 metros). O Núcleo contém toda a carga positiva e quase toda a massa do átomo. Á volta do núcleo, numa área de cerca de 10-10 metro, orbitam os electrões Os electrões rodam em órbitas sem cair no núcleo O núcleo é cerca de 10.000 vezes mais pequeno do que todo o átomo. Cerca de 99,9% da massa do átomo encontra-se no núcleo.Modelo de Rutherford 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 38
  39. 39. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Átomo - Modelo Rutherford (1910) Dois equívocos: Qualquer carga eléctrica em movimento acelerado emite radiação electromagnética…Modelo de Rutherford uma carga negativa, colocada em movimento ao redor de uma carga positiva estacionária, adquire movimento em espiral em direcção à carga positiva acabando por colidir com ela… 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 39
  40. 40. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Rutherford: (1910) Partículas (Experiência Geiger-Marsden)  Inicialmente Rutherford esperava, de acordo com o modelo de Thomson, que a maioria das partículas atingissem o alvo sem desvios, ou somente com pequenos desvios, provocados por eventuais efeitos magnéticos do electrões !....Pelo que ficou perplexo com o que observou!...Modelo de Rutherford Estudo do desvio de raios por uma folha de ouro. As partículas são desviadas pelo efeito repelente do núcleo, e devido á sua densidade!... Observações: Conclusões:  A maioria das partículas passam através da folha de  O átomo é 99.99% de espaço vazio. ouro.  O núcleo contem um carga positiva e a maior  Algumas das partículas sofrem pequenos desvios. parte da massa do átomo.  Muito poucas das partículas sofrem grandes  O núcleo é aproximadamente 100.000 vezes desvios. mais pequeno que o átomo.  Muitíssimo poucas partículas são completamente reflectidas. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 40
  41. 41. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Rutherford: Partículas Experiência Geiger-Marsden (1910) Observação Conclusão A maior parte do átomo a) A maior parte das deve ser vazio. Nesse partículas espaço (electrosfera) atravessava a lâmina devem estar localizados sem sofrer desvios. os electrões. b) Poucas partículas a Deve existir no átomoModelo de Rutherford (1 em 20.000) não uma pequena região atravessavam a onde está concentrada lâmina e voltavam. sua massa (o núcleo). O núcleo do átomo deve c) Algumas partículas ser positivo, o que sofriam desvios de provoca uma repulsão trajectória ao nas partículas atravessar a lâmina. (positivas). 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 41
  42. 42. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Rutherford Experiência Geiger-Marsden (1910)Modelo de Rutherford Rutherford Experiment.wmv http://www.youtube.com/watch?v=5pZj0u_XMbc 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 42
  43. 43. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Rutherford: Partículas Experiência – partículas  Rutherford descobriu, que em campos eléctricos, partículas de radiação alfa ( ) que têm carga positiva, idêntica ao núcleo dum átomo de helium-4, ao qual foram retirados os electrões. São espontaneamente emitidas por substâncias radioactivas, consistindo de 2 protões e dois neutrões ligados, tendo uma massa atómica de 4, e a carga eléctrica de 2 (protões).  Rutherford descobriu que a radiação alfa ( ) é atraída pelo pólo negativo (partículas positivas), enquanto a beta ( ) é atraída pelo positivo (partículas negativas) de um campo eléctrico. Nos seus estudos, foi mostrado que as partículas alfa são iguais a átomos de hélio sem os electrões, e que o baixo poder de penetração se deveModelo de Rutherford à sua elevada massa.  Rutherford descobriu também que a radiação beta é constituída por partículas negativas que possuem massa igual á dos electrões e um poder de penetração maior do que a radiação alfa.  As partículas ( ) não são reflectidas, comportando-se como luz de onda curta (mais tarde chamada de Fotões). 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 43
  44. 44. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Rutherford: Partículas Três tipos de radiação foram descobertos por Ernest Rutherford: Partículas ; Partículas ; Raios . Material RadioactivoModelo de Rutherford (+) Raios Raios Raios (-) Caixa de Placas com alta carga Placa fotográfica Chumbo eléctrica 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 44
  45. 45. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Rutherford: partículas Experiência – partículas Ernest Rutherford descobriu três tipos de radiação:  As partículas ;  As partículas ;  Os raios .Modelo de Rutherford alfa_beta_gamma.wmv 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 45
  46. 46. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Rutherford: partículasModelo de Rutherford http://www.youtube.com/watch?v=vuGvQjCOdr0 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 46
  47. 47. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Rutherford: PartículasModelo de Rutherford  As partículas alfa ( ) contêm dois protões e dois neutrões, tal como o núcleo do átomo de Hélio. Por isso, podem ser representadas pela designação 4He2+, além do símbolo ALFA ( ). Estas partículas têm uma massa que é igual ao dobro da molécula do gás hidrogénio, e é a menos energética das radiações. 92U236 2 4 + Th232 +ENERGIA. 90  Os raios beta ( ) são, na verdade, electrões - uma partícula negativa, com uma massa 1/1837 vezes menor que a do protão. É representa pela letra BETA ( ). 6C14 - + N14 +ENERGIA 7  A radiação gama ( ), tal com os raios-X, são formas da radiação electromagnética, que é uma forma de energia quantizada em "pacotes" chamados fotões. 86RN222(*) + 86RN222 +ENERGIA 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 47
  48. 48. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Rutherford: Partículas Radiação Alfa ( ) Beta ( ) Gamma ( ) Poder de Alto. A partícula alfa captura 2 Médio. Por possuírem carga Pequeno. Não possuem carga. electrões, transformando-se em eléctrica menor, possuem menor IonizaçãoModelo de Rutherford átomo de Hélio. poder de ionização. Danos ao Pequenos. São detidos pela Médio. Podem penetrar até 2 cm Alto. Pode atravessar camada de células mortas da e ionizar moléculas gerando completamente o corpo ser pele, podendo causar no radicais livres. humano, causando danos humano máximo, queimaduras. irreparáveis como alteração da estrutura do DNA. Velocidade 5% da velocidade da luz. 95% da velocidade da luz. Igual á velocidade da luz, 300.000 Km/s. Poder de Pequeno. Pode ser detida por Médio. 50 a 100 vezes mais Alto. Os raios gamma são mais uma folha de papel. penetrante que as alfa. É detida penetrantes que os raios x. penetração por um chapa de chumbo de São detidos por uma chapa de 2mm. chumbo de 5 cm. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 48
  49. 49. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Rutherford: Partículas TIPO DE RADIAÇÃO Intervalos dos comprimentos de onda Raios Gamma ( ) Inferiores a 10-2 nanometros Raios (X) Entre 10-2 nanometros e 15 nanometros Entre 15 nanometros e 4×102 Ultravioleta nanometrosModelo de Rutherford entre 4×102 nanometros e 7,8×102 ESPECTRO Visível nanometros (4000 Ángstrom e 7800 Ángstrom) Entre 7,8×102 nanometros e 106 Infravermelho nanometros Entre 106 nanometros e 3×108 Microondas nanometros Ondas de Rádio Maiores de 3×108 manómetros 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 49
  50. 50. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Átomo - Modelo Rutherford (1910) De acordo com os resultados experimentais de Rutherford o raio da trajectória de um electrão num átomo de hidrogénio é: Neutrão 0,53 x 10-10 m. Protão Electrão O Diâmetro de um átomo de Hidrogénio é de: 2,6 x 10-15 m.Modelo de Rutherford O Volume dos electrões e do núcleo são aproximadamente 1/10 000 o do volume total do átomo. A densidade de massa do núcleo do átomo é da ordem de 200 milhões de toneladas/cm3 . A massa de 1 Protão (+) : 1,67 x 10-27 Kg (descoberto entre 1914 por Rutherford). A massa de 1 Neutrão (n) é igual á massa de 1 Protão : (+) 1,67 x 10-27 Kg (descoberto em 1932 por James Chadwick ). A massa de um electrão é: 9,11 x 10-31 kg. O raio clássico do electrão, r0 , é igual a: 2,8 x 10-17 m. 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 50
  51. 51. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Teoria atómica Átomo - Modelo Rutherford O PROBLEMA DO MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD Para os físicos, toda carga eléctrica em movimento, como os electrões, perde energia na forma de luz, Diminuindo sua energia cinética e a consequente atracão entre protões e electrões faria com que houvesse uma colisão entre eles, destruindo o átomo. ALGO QUE NÃO OCORRE. PORTANTO, O MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD, MESMO EXPLICANDO O QUE FOI OBSERVADO NO LABORATÓRIO APRESENTA UMA INCORREÇÃO.Modelo de Rutherford Professor Fabiano Ramos Costa 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 51
  52. 52. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Átomo - Modelo Rutherford (1910)Modelo de Rutherford Modelo de Rutherford.wmv 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 52
  53. 53. Modelo de Rutherford Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Dúvidas? 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 53
  54. 54. Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford Bibliografia UCS - Universidade de Caxias do Sul – Núcleo de Apoio ao Ensino da Química http://hermes.ucs.br/ccet/defq/naeq/ UNICAMP – Laboratório de Química do Estado Sólido http://lqes.iqm.unicamp.br/canal_cientifico/ http://en.wikipedia.org/wiki/Johann_Jakob_Balmer UFSC – Universidade Federal de Santa Catarina http://quark.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/nuclear/ http://astro1.panet.utoledo.edu/~ljc/light3a.html NOBEL – e-Museum http://pt.wikipedia.org/wiki/Ernest_Rutherford http://www.nobel.se/physics/laureates/index.html UFC – Universidade Federal do Ceará – Depto. de Física http://www.fisica.ufc.br/index.htmlModelo de Rutherford Tribuna virtual.com UFC – Universidade Estadual de Campinas Representações Imagéticas dos Modelos Teóricos para a Estrutura da Matéria http://www.iar.unicamp.br/pgmultimeios/pesquisa/a_meleiro/home.htm http://www.tribunavirtual.com http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod1.html#c3 http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/artigos/grandes-pensadores-einstein.php http://efeitofotoeletrico2m4.blogspot.com/2009/09/efeito-foto-eletrico.html http://www.akisrx.com/portoghese/roentgen.htm ttp://momentonuclear.blogspot.com/2010/03/historico-de-radioatividade_5748.html http://en.wikipedia.org/wiki/Pierre_Curie http://www.portal.tailandiapara.com/google-faz-homenagem-a-marie-curie/ 28-01-2012 Por : Luís Timóteo 54

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