Concepções Científicas do Átomo II

2. Nessa aula concluiremos o estudo dos principais modelos
atômicos antes do advento da mecânica quântica.
Nagaoka (1766 – 1844) Rutherford (1871 – 1937)

3. No ano em que Thomson discorria em Yale sobre a sua visão do
átomo, mais precisamente a 5 de Dezembro de 1903, Hantaro
Nagaoka apresentava em Tóquio o “átomo saturniano”.
Tratava-se de um modelo concebido com o propósito de procurar
explicar os espectros de linhas e de bandas que, após os
trabalhos de Balmer de 1885, eram obtidos cada vez com mais
rigor e analisados com maior detalhe.

4. Nagaoka pensou que a estrutura de um átomo era algo como o
planeta Saturno. Em seu modelo, a massa do átomo está toda
praticamente concentrada no centro e é carregada
positivamente. Os elétrons, de carga negativa, estão dispostos
em torno dele, como um anel em Saturno.

5. Veja o que o próprio Nagaoka diz a respeito:
“A objeção a um tal sistema de elétrons é que ele acabará por
atingir o repouso em consequência da perda de energia por
radiação, se essa perda não puder ser compensada”. [in
Philosophical Magazine 7 (1904) 445]
Este ponto fraco, que também seria encontrado no modelo de
Rutherford, só viria a ser resolvido pela Mecânica Quântica.
Qual a limitação básica desse modelo?

6. Com a ideia de prever a estrutura interna do átomo, Rutherford
realizou um experimento para provar que o modelo de seu
professor Thomson estava correto.
O experimento consistia, basicamente, em lançar contra uma
fina folha de ouro (0,6 mm) um feixe de partículas alfa (que possui
uma carga positiva e uma grande quantidade de energia),
emitidas por rádio.
Observou-se que a grande maioria dos raios alfa atravessavam a
lâmina de ouro sem sofrer desvio. Porém, uma quantidade
pequena de raios alfa eram desviados segundo um ângulo q, tal
que:
0° < q ≤ 180°

7. “... esta foi a coisa mais incrível que me aconteceu na vida. Tão
incrível como se um projétil, atirado contra um pedaço de papel
de seda, voltasse e atingisse quem o atirou...”
(Rutherford)

8. Explicação para o fenômeno:
1. Praticamente toda a massa do átomo localiza-se numa pequena região
central compacta e muito densa, de carga positiva, chamada núcleo.
2. O campo elétrico gerado pelo núcleo é muito intenso e provoca o desvio
o dos raios alfa, mediante forças de origem elétrica.
3. O átomo é formado por grandes espaços vazios. Os elétrons, partículas
negativas e de massa desprezível, ocupam grande espaço quando giram
ao redor do núcleo.

9. A contagem do número de partículas que atravessavam e que
ricocheteavam permitiu fazer uma estimativa de que o raio de um átomo
de ouro (núcleo e eletrosfera) é cerca de dez mil vezes maior que o raio do
núcleo.
A maioria das
partículas alfa
atravessa sem desvio
Algumas partículas
alfa sofrem desvios
Algumas partículas
alfa são ricocheteadas

10. Os partidários do modelo de Thomson foram supreendidos!!! Analisando o
modelo de Thomson, a probabilidade de uma partícula alfa ser desviada era tão
baixa que exclui completamente a possibilidade de sua ocorrência.
No modelo de Thomson, as partículas alfa
não são desviadas.
No modelo de Rutherford, algumas
partículas alfa são desviadas e outras são
ricocheteadas.

11. Os átomos são feitos de um núcleo (+) e elétrons (-)!
Mas o que impede os elétrons, partículas negativamente
carregadas, de serem atraídos para os núcleos carregados
positivamente?
Sem algo para contrariar esta força elétrica, os elétrons seriam atraídos
para o centro e o átomo entraria em colapso.
Sim, e agora?!

12. A saída foi assumir que a força de Coulomb faz o papel da
força centrípeta !
2
2
r
e

2
rm 
Rutherford finalmente tinha um modelo para o átomo!
Modelo Planetário
de Rutherford!

13. O modelo de Rutherford não foi capaz de explicar um fenômeno
confirmado pelo Eletromagnetismo de Maxwell: toda carga
elétrica acelerada emite radiação. O movimento circular envolve
aceleração!
No caso no modelo de Rutherford o elétron deveria emitir
radiação. Com isso sua energia e, consequentemente, sua
velocidade deveriam ser cada vez menor.
O átomo de Rutherford
deveria se colapsar!!!
O mesmo motivo pelo qual o
modelo de Nagaoka não foi
adotado!!!

14. O tamanho do átomo de Rutherford deveria encolher devido a
emissão da luz pelo elétron. O espectro nesse caso, deveria ser
uma faixa de várias frequências.

15. O modelo de Rutherford prediz um átomo que imite radiação de
todas as frequências. Porém, isso não é verdade, pois cada átomo
emite e absorve radiação de frequência bem definidas.

16. A solução para os problemas do modelo de Rutherford foi dada
por Niels Bohr, argumentando que a Física Clássica não é útil
para descrever de forma consistente os fenômenos em nível
atômico. Para estudar o átomo era necessário se valer das leis de
uma nova Física, a Física Moderna, desenvolvidas por Max
Planck, A. Einstein, Louis de Bröglie, entre outros do time de
novos físicos. É uma Física que estudaremos a partir da próxima
aula!

17. Atividade 03
a) Resolver os exercícios propostos da aula 03
b) Assistir ao vídeo:
https://www.youtube.com/watch?v=esreyoKP1sc

18. - CARUSO, Francisco e OGURI, Vitor. Física Moderna, Origens Clássicas e Fundamentos
Quânticos. Rio de Janeiro: Ed. Campus, 2006.
- MARTINS, Jader B. A História do Átomo, de Demócrito aos Quarks. Rio de Janeiro: Editora
Ciência Moderna, 2001
- PERUZZO, Francisco M. e CANTO, Eduardo L. Química da Abordagem do Cotidiano. Vol. 1, 4ª
Ed. São Paulo: Editora Moderna, 2006.
- SEGRÈ, Emilio. Dos Raios X aos Quarks – Físicos Modernos e Suas Descobertas.
Brasília: Editora Universidade de Brasília, 1987.
- TRANSNATIONAL COLLEGE OF LEX. What Is Quantum Mechanics? A Physics Adventure.
Boston, 1996.
Disponível em <http://www.trabalhosfeitos.com/ensaios/Atomismo-e-S%C3%B3crates/39657490.html>
Acesso em Julho de 2015.
Disponível em <http://www.fullquimica.com/2011/03/teoria-atomica-y-modelos-atomicos.html> Acesso
em Julho de 2015.
Disponível em <https://viveraciencia.wordpress.com/2009/06/09/atomo-poesia-memoria-um-lucrecio-
perdido-no-livro-de-quimica/> Acesso em Julho de 2015.