1 - Evolução do modelo atomico

QUIMICA GERAL

EVOLUÇÃO dos MODELOS ATÔMICOS

Os gregos antigos foram os primeiros a postular que a matéria é

constituída de elementos indivisíveis.

Os gregos perguntavam-se o que poderia acontecer se eles

dividissem a matéria em peças cada vez menores.

Haveria um ponto no qual teriam que parar porque os pedaços não

teriam mais as mesmas propriedades que o conjunto.

Os filósofos gregos fizeram uma suposição correta da existência do

átomo.

O Átomo

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

Leucipo/Demócrito

(450 a. C.) A matéria era composta por partículas indivisíveis - Átomos

Tito Lucrécio Caro

(60 a. C.) Escreveu a obra De Rerum Natura (Sobre a natureza das coisas) o mundo teve o conhecimento exato das idéias de Demócrito.

Robert Boyle

(1627 - 1691) Defendeu as idéias de Demócrito em seu livro Sceptical chemist.

COTRIBUIÇÕES:

Lei dos Gases

Indicador colorido para ácidos

O enxofre

Efeito do vácuo no PE

Acetona

Isolamento do H

Provou que o ar é uma mistura

Estabeleceu o Conceito de

Elemento Químico

com base Experimental

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/43/SS-buckland.jpg


Lavoisier, Proust,

Dalton e Richter

(Século XVIII)

Leis Ponderais

Dalton

(1808)

Modelo da Bola de Bilhar: “O átomo é uma partícula maciça e

Indivisível” 1º Modelo Científico.

-Toda matéria é composta por partículas fundamentais – átomos

-Os átomos são permanentes e indivisíveis.

-Os elementos são caracterizados por seus átomos.

Thomson

(1897) O ÁTOMO É DIVISÍVEL.



Lavoisier, Proust,

Dalton e Richter

(Século XVIII)

Da

lto

n

(18

08

)

Tito Lucrécio Caro

(60 a. C.)

Robert Boyle

(1627 - 1691)

Como chegou a essa conclusão?

Thomson (1897) O ÁTOMO É DIVISÍVEL.


1800 – Volta construiu a 1o pilha elétrica

1874 – Stoney admite que a eletricidade está associada a átomos em quantidades

discretas.

1891 – Stoney dá o nome de “elétron” à unidade de carga negativa.

O elétron seria o “átomo de eletricidade”.

1834 – Faraday com base em resultados experimentais, mostra que

uma transformação química podia ser causada pela passagem de

eletricidade através de soluções aquosas de compostos químicos.

Estas experiências demonstraram que a matéria possuía uma

natureza elétrica.


Raios Catódicos

Essa experiência mostra que alguma coisa sai do Cátodo, por isso, chamada de

Raio Catódico.

Para produzir descargas elétricas em alto vácuo, utilizam-se tubos especiais denominados ampolas

de Crookes, com as quais se consegue reduzir a pressão interna até 10-9 atm (vácuo praticamente

perfeito).

Ao incidir sobre a tela fluorescente (ZnS), o feixe estreitado pelo

uso de um colimador incidirá na tela em forma de ponto luminescente.

Portanto, Crookes e os outros já estavam assistindo TV, sem saberem disso.

Na época em que Crookes, Lenard e Roentgen “brincavam” com

esses tubos em seus laboratórios, ninguém sabia o que eram os raios

catódicos.

Só alguns anos mais tarde o inglês J. J. Thomson, fazendo

modificações dentro de um plano sistemático, mostrou que eram feixes de

partículas ao modificar esses tubos introduzindo ao longo da passagem do

feixe um anteparo.



Lavoisier, Proust,

Dalton e Richter

(Século XVIII)

Tito Lucrécio Caro

(60 a. C.)

Robert Boyle

(1627 - 1691)

Como chegou a essa conclusão?

Thomson (1897) O ÁTOMO É DIVISÍVEL.


Thomson

(1897)

Observações sobre os raios catódicos

no tubo de Crookes

• São perpendiculares à superfície do cátodo.

• A direção não depende da posição do ânodo na ampola.

• Propagam-se em linha reta.

• São corpusculares, pois movimentam o molinete.

Willian Crookes – físico Britânico

Momento do Elétron - O experimento da roda de pás


• São desviados por um campo eletro magnético POSSUEM CARGA.

• Pelo sentido do desvio, Thompson concluiu que se tratavam de

“partículas”

negativas “ELÉTRONS DE STONEY”

Thomson

(1897) Observações no tubo de Crookes


A presença desses raios era melhor evidenciada ao se revestir a parte

frontal do tubo com um material fluorescente

J.J. Thomson (1856-1940) e o Tubo de raios catódicos por volta de 1897,

o ano em que foi anunciado a descoberta do eletron.


•Pela medida do desvio dos raios catódicos sob a ação de um campo magnético,

Thomson determinou o valor da relação e/m entre a carga do elétron (e) e sua

massa (m) e encontrou o valor: 1,76 x 108 C/g.

•Ele verificou que o valor de e/m era o mesmo, qualquer que fosse a natureza do

cátodo e do gás residual da ampola.

As partículas que emergem do cátodo tem as mesmas propriedades,

independente do material e do gás usado na ampola.

Logo, conclui-se que elas estejam presentes em toda matéria.

Thomson (1897)


O átomo de Thomson

A partir de 1890, ficou evidente

para a maioria dos cientistas que os

átomos consistem em uma parte

carregada positivamente e alguns

elétrons.

Em 1898, J. J. Thomson

sugeriu que todas essas espécies

carregadas eram encontradas em

uma esfera.

Ele apontou que isso levaria a

uma fácil remoção de elétrons.

Considere o seguinte experimento:

1. Gotas de óleo são borrifadas sobre uma chapa carregada positivamente

contendo um pequeno orifício.

2. À medida que as gotas de óleo passam através do orifício, elas são

carregadas negativamente.

3. A gravidade força as gotas para baixo. O campo elétrico aplicado força as

gotas para cima.

4. Quando uma gota está perfeitamente equilibrada, seu peso é igual à força

de atração eletrostática entre a gota e a chapa positiva.

Experiência de Millikan

Raios catódicos e elétrons

O experimento de Milikan (1908)



+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Raios X

Moléculas do ar

Gotículas de óleo



+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Raios X

Moléculas do ar

Gotículas de óleo



+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- - - -

- -

- -

e- Raios X

Peso Molécula do ar

Gotículas de óleo


+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- - - -

- - - -

Fm

Peso

Gotícula suspensa e sempre carregada

com múltiplos de -1,6x10-19 Coulombs,

que corresponde à carga do e–.




Thomson havia determinado o valor da relação e/m = 1,76 x 108 C/g.

Milikan então determinou que e = -1,6x10-19 C.

Com isso, m = 9,1x10-28 g.

A descoberta do próton


Pergunta: Átomos possuem apenas elétrons?

Goldstein (1886) fez uma modificação no tubo de Crookes.

O cátodo perfurado foi montado no meio do tubo Crookes.

Observações:

Um fluxo incandescente saia da fenda em direção oposta ao ânodo.

Esse fluxo foi chamado de raio canal.

+

TUBOS DE RAIOS CANAIS

Uma vez constatado que a natureza elétrica dos tubos de raios

catódicos era negativa, havia que ser resolvido à questão concernente ao

princípio da conservação da neutralidade elétrica. Assim, deveria haver uma

quantidade de eletricidade positiva dentro do tubo de raios catódicos e que

fluiria no sentido oposto.

Assim, o gás residual que existia dentro do tubo deveria ser a fonte dessa

carga oposta (positiva). Para dar vazão a esse contra fluxo, seriam suficientes

pequenas perfurações no catodo e os feixes de cargas opostas atravessariam.

OBSERVAÇÕES E CONCLUSÕES:

•os raios canais são constituídos de partículas com carga positiva (íons

positivos) e, por isso, foram chamados raios positivos.

Isso foi verificado pelo desvio do feixe com a aproximação de um campo

eletro magnético.


•a massa das partículas constituintes dos raios canais varia com o gás

residual e é aproximadamente igual à massa das moléculas do gás

residual.

O choque dos elétrons com as moléculas do gás gerava cátions dos

elementos que constituiam o gás. Ex. Se o gás fosse o Hidrogênio, havia a

formação de H+.


• Quando o gás residual é o hidrogênio, os raios positivos obtidos são os

de menor massa.

É interessante lembrar que o H possui apenas um próton e um nêutron.

Essa observação será importante posteriormente.

• A massa das partículas constituintes dos raios positivos obtidos com o

hidrogênio como gás residual é 1836 vezes maior que a massa do elétron,

e a carga dessas partículas é igual à do elétron, com sinal contrário.

Uma vez conhecida a massa do elétron (9,1x10-28 g) têm-se a massa do

próton (1,67x10-24 g)

•Baseado nesses resultados experimentais, Rutherford admitiu que as

menores partículas com carga elétrica positiva eram as constituintes dos

raios positivos, quando o gás residual era o hidrogênio, e propôs o nome

de próton para a unidade de carga elétrica positiva.

•A carga de um próton seria totalmente neutralizada pela carga de um

elétron. Por outro lado, a massa de um próton seria 1836 vezes maior

que a de um elétron.

A descoberta do nêutron

Em 1920, o próprio Rutherford previu a existência, no núcleo, de

partículas sem carga elétrica e com massa igual à do próton, e deu-lhes o

nome de nêutrons.

Somente em 1932, Chadwick conseguiu obter essas partículas

através de experiências e, por isso, ele é considerado o descobridor dos

nêutrons.

Foram atribuídos os seguintes valores para as cargas e massas relativas dos

prótons, elétrons e nêutrons:

Partículas

Carga elétrica (Natureza

/ Valor relativo) Massa

relativa

Próton Positiva / + 1 1

Nêutron Não existe / 0 1

Elétron Negativa / - 1 1 /1836

A descoberta dos raios X (1895)

Os raios X foram descobertos por acaso, em 1895, por Röentgen.

Fazendo descargas em gases altamente rarefeitos em uma ampola de

Crookes totalmente envolvida por papel negro, Röentgen notou que uma

placa fluorescente colocada nas proximidades da ampola adquiria

luminescência.

A luminescência não podia ser causada pelos raios catódicos (elétrons),

porque eles não atravessam as paredes da ampola de Crookes.

Ela era causada por radiações invisíveis que atravessavam a ampola, o

papel negro e incidiam na placa fluorescente.

A experiência mostrava que essas radiações não tinham carga elétrica,

porque não eram desviadas pelo campo elétrico e magnético.

Röentgen não soube interpretar a natureza dessas radiações e por isso

denominou-as raios X.

A descoberta da radioatividade (1896)

Becquerel notou que um sal de urânio mantido no escuro e envolvido por

papel negro impressionava chapas fotográficas.

Isso evidenciava que o sal de urânio emitia radiações invisíveis, que

atravessavam o papel negro: eram, portanto, radiações do tipo dos raios X.

A essa propriedade Becquerel deu o nome de radioatividade do sal de

urânio.

Em 1898, o casal Curie começou suas pesquisas no campo da

radioatividade e descobriu dois novos elementos químicos, também

radioativos: o polônio e o rádio.

Em 1900, Becquerel mostrou que os raios eram idênticos aos

corpúsculos dos raios catódicos, portanto eram elétrons.

Nesse mesmo ano, Villard, na França, descobriu um terceiro tipo de

radiação emitida pelas substâncias radioativas, muito semelhante ao raio X,

à qual deu o nome de raio .

Em 1909, Rutherford provou que a partícula era um cátion de

hélio com carga +2 (He2+), cuja massa era aproximadamente 4 x 1836 vezes

maior que a do elétron.

A descoberta da radioatividade (1896)

A descoberta dos raios , e (1897 a 1900)

Um ano após a descoberta da radioatividade, Rutherford verificou

que as radiações emitidas pelo urânio eram de dois tipos, com diferentes

poderes de penetração.

As menos penetrantes foram chamadas raios e as mais

penetrantes, raios .

Rutherford verificou também que essas radiações podiam ser

separadas sob a ação do campo elétrico. Pelo sentido do desvio, verificou

que os raios são positivos e os raios são negativos.

Radioatividade

Um alto desvio no sentido da chapa

positiva corresponde à radiação carregada

negativamente e tem pequena massa. Esta

se chama radiação . (elétrons).

Nenhum desvio corresponde a uma

radiação neutra. Essa se chama radiação

. Consistindo de ondas de luz altamente

penetrantes e semelhantes aos raios X.

Um pequeno desvio no sentido da chapa

carregada negativamente corresponde à

radiação carregada positivamente e de

massa alta. Essa se chama radiação .

Partículas alfa são formadas de íons He2+.

O átomo de Rutherford

Em 1911, Rutherford executou o seguinte experimento:

Uma fonte de partículas foi colocada na entrada de um detector

circular.

As partículas foram lançadas através de um pedaço de chapa de

ouro.

A maioria das partículas passaram diretamente através da chapa,

sem desviar.

Algumas partículas foram desviadas com ângulos grandes.

Se o modelo do átomo de Thomson estivesse correto, o resultado de

Rutherford seria impossível.

O átomo de Rutherford-Marsden-Geiger

Explicações:

Para fazer com que a maioria das partículas passe através

de um pedaço de chapa sem sofrer desvio, a maior parte do átomo

deve consistir de carga negativa difusa de massa baixa: o elétron

Para explicar o pequeno número de desvios grandes das

partículas , o centro ou núcleo do átomo deve ser constituído de

uma carga positiva densa.

O átomo de Rutherford, Geiger e Marsden

(1911)

Obs.:

Esta idéia havia sido proposta pelo físico

H. Nagaoka em 1904.

Rutherford realizou cálculos detalhados que constatavam

suas observações experimentais.

Modelo de Thomson


Modelo de Thomson


Rutherford modificou o modelo de Thomson da seguinte

maneira:

O átomo é esférico mas a carga positiva deve estar localizada

no centro, com uma carga negativa difusa em torno dele.

•Os prótons e nêutrons estão localizados no núcleo do átomo, que é

pequeno.

•A maior parte da massa do átomo se deve ao núcleo.

•Pode haver um número variável de nêutrons para o mesmo número

de prótons. Os isótopos têm mesmo número de prótons, mas números

diferentes de nêutrons.

•Os elétrons estão localizados fora do núcleo.

•Grande parte do volume do átomo se deve aos elétrons.

O átomo de Rutherford (1911):

•O átomo consiste de entidades positivas,

negativas e neutras (prótons, elétrons e

nêutrons).

EXERCÍCIOS

1) Faça uma comparação entre os modelos de Dalton, Thomson e

Rutherford e indique que falhas foram tornando tais modelos

incosistentes, ou seja, o que eles não conseguiam explicar que

resultou em declínio.

2) Um certo átomo tem raio 0,15 nm. Se seu núcleo tem um raio

de 1,5x10-6 nm, compare a densidade do núcleo com a do

átomo inteiro.

(O volume da esfera é 4/3r3; 1 nm = 10-9 m)

REPRESENTAÇÃO DO ÁTOMO MODERNO

O átomo é composto por :

PRÓTONS + NÊUTRONS + ELÉTRONS

A forma de representar um átomo é a seguinte:

X A

Z

Z = número atômico ou número de prótons

Z = p = e-

A = p + n

REPRESENTAÇÃO DO ÁTOMO

Exemplo:

B 10

5 C

12

6 N

14

7 O

16

8 F

19

9

Z = p = e– 5 6 7 8 9

A 10 12 14 16 19

n 5 6 7 8 10

n = A – Z

ISÓTOPOS

Os átomos de um mesmo elemento quimico

podem apresentar diferentes números de nêutrons

e, com isso, diferentes números de massa.

H 1

1 H 2

1 H 3

1

O 16

8 O 17

8 O 18

8

U 234

92 U 235

92 U 236

92

ISÓTOPOS

As porcentagens dos isótopos é determinada em um espectrômetro de

massa. Nesse equipamento, os átomos são bombardeados para formar

cátions e acelerados até uma placa. Ao passar pelo campo magnético, os

cátions são desviados de acordo com sua massa. Quanto maior a massa,

maior a inércia e menor o desvio.

Ex.: Resultado Típico de um Espectrômetro de Massa

Observe o gráfico retirado de um espectrômetro de massa.

a) Quantos isótopos o gráfico representa?

b) Qual a abundância isotópica de cada isótopo?

c) Qual a massa atômica desse elemento?

d) Qual poderia ser o elemento da tabela periódica que melhor

simboliza o elemento do gráfico?

Ex.: Resultado Típico de um Espectrômetro de Massa

a) Quantos isótopos o gráfico representa? 10X; 11X; 12X

b) Qual a abundância isotópica de cada isótopo? 10X – 35%; 11X – 10%; 12X – 55%

c) Qual a massa atômica desse elemento?

MA = 35%(10) + 10%(11) + 55%(12) = 11,2 u

d) Qual poderia ser o elemento da tabela periódica que melhor simboliza o

elemento do gráfico?

Boro(?)

X A

Z

ISÓTOPOS

As proporções dos elementos químicos são determinadas pelo

espectrômetro de massa.

Vejamos o seguinte exemplo:

Na natureza o cobre aparece nas seguintes proporções:

Cu 63

Cu 65

69,09%

(62,93 u)

30,91%

(64,95 u)

ISÓTOPOS

A massa atômica (MA) é determinada pela média

ponderada dos números de massa (A) da seguinte maneira:

MA = 69,09%x(62,93u) + 30,91%x(64,95u) = 63,55 u

EXERCÍCIO 3

Calcule a massa atômica do Neônio sabendo que ele aparece na

natureza nas seguintes proporções:

Ne 20 Ne 21

90,92% 0,257%

Ne 22

8,82%

EXERCÍCIO 4

Calcule a massa atômica do Enxofre sabendo que ele aparece na

natureza nas seguintes proporções:

S 32 S 33

95,02%

(31,972 u)

0,75%

(32,972 u)

S 34

4,21%

(33,968 u)

S 36

0,02%

(35,967 u)

EXERCÍCIO 5

Rutherford propôs em seu modelo que o átomo teria uma

estrutura planetária. Então surgiu o seguinte dilema – O que

aconteceria se o elétron estivesse:

1 – parado

2 – em movimento

EXERCÍCIO 6

Sobre o experimento de Rutherford faça um desenho

esquemático indicando o que ele esperava com o experimento e o que

foi obtido.

Com base no experimento descreva como ele descreveu o átomo.

EXERCÍCIO 7

Indique o número de prótons, nêutrons e elétrons do O,

O2-, K, K+, Ba, Ba2+, Al, Al3+.

EXERCÍCIO 8

A massa de um próton é 1,007 u. Com base nessa

informação, calcule a massa em gramas de um mol de

prótons e de um próton apenas.

Documents

1 - Evolução do modelo atomico