A Transição da química clássica para a química moderna

Regina

Da metade do século XVII ao meio do século XIX, os cientistas já

usavam métodos mais “modernos” de descobertas testando teorias

com seus experimentos. Um das grandes controvérsias era o mistério

da combustão.

Dois químicos: Johann Joachim Becher e Georg Ernst Stahl

propuseram a teoria do flogisto. Esta teoria dizia que uma "essência"

(como dureza ou a cor amarela) deveria escapar durante o processo

da combustão. Ninguém conseguiu provar a teoria do flogisto. O

primeiro químico que provou que o oxigênio é essencial à combustão

foi Joseph Priestly. O oxigênio e o hidrogênio foram descobertos

durante este período. Foi o químico francês Antoine Lavoisier quem

formulou a teoria atualmente aceita sobre a combustão.

Esta era marcou um período onde os cientistas usaram o "método

moderno" de testar teorias com experimentos. Isso originou uma

nova era, conhecida como Química Moderna, à qual muitos se

referem como Química atômica.

Foi nesta época que a química se desenvolveu como ciência. As ideias

de Lavoisier deram aos químicos a primeira compreensão sólida sobre

a natureza das reações químicas. Lavoisier impulsionou novos

trabalhos, como o de John Dalton sobre a teoria atômica. O químico

italiano Amadeo Avogadro formulou sua própria teoria (A Lei de

Avogadro).Por volta da metade do século XIX, já eram conhecidos cerca de 60

elementos. Foi nesta época também que alguns químicos sentiram a necessidade de agrupar os elementos químicos de acordo com suas características. DmitriMendeleiev classificou os elementos e agrupou-os numa tabela, que hoje é a conhecida Tabela Periódica.

O casal Curie e Henri Becquerel foram os descobridores da radioatividade em meados dos anos 1896. Foi um passo para o estudo das reações nucleares.Em 1919, Ernest Rutherford descobriu que os elementos podem ser transmutados. O trabalho de Rutherford estipulou as bases para a interpretação da estrutura atômica. Pouco depois, outro químico, Niels Bohr, finalizou a teoria atômica.

Estes e outros avanços criaram muitos ramos distintos na química, que incluem a bioquímica, química nuclear, engenharia química e química orgânica.

O Átomo de Rutherford

Íngrede

O cientista Ernest Rutherford, nascido na Nova Zelândia, propôs um

modelo atômico baseando-se em experimentos com radioatividade.

Através de seus estudos concluiu que elementos são radioativos e

emitem radiação de alta energia em forma de partículas alfa,

partículas beta e raios gama.

Para comprovar essa Teoria ele realizou um experimento bem

curioso: Um fluxo de partículas alfa (α) é emitido pelo elemento

radioativo Polônio (Po) (fonte de partículas alfa) em lâminas de ouro.

Ele observou que as partículas alfa atravessavam a lâmina em linha

reta, mas algumas se desviavam e se espalhavam. Mas porque

somente algumas partículas se desviavam enquanto as outras

atravessavam a lâmina em linha reta?

Somente em 1911, Rutherford esclareceu esse fato. Ele decifrou o

que os resultados experimentais realmente significavam que na

eletrosfera dos átomos de ouro existem espaços e algumas partículas

atravessavam a lâmina passando por tais espaços. As partículas alfa

se desviavam porque colidiam com o núcleo dos átomos de ouro. O

núcleo é positivo, por isso repele as partículas alfa de carga positiva.

E o núcleo é pequeno em relação ao átomo.

Através dessas observações, Rutherford criou seu próprio modelo

atômico que acabou substituindo o modelo de Thompson. Segundo

Rutherford, um átomo é composto por um pequeno núcleo carregado

positivamente e rodeado por uma grande eletrosfera, que é uma

região envolta do núcleo que contém elétrons. No núcleo está

concentrada a carga positiva e a maior parte da massa do átomo.

O Átomo de Bohr

Regina

Niels Bohr nasceu na Dinamarca em de 1885, e cursou a Universidade

de Copenhague. No ano de 1911, ele viajou para Inglaterra a fim de

desenvolver seu pós-doutorado, que foi uma tese sobre a teoria

eletrônica dos metais. Depois foi trabalhar com  Thomson, na

Universidade de Cambridge, no Laboratório de Cavendish.

No ano seguinte, ele se mudou para Manchester a fim de fazer parte

da equipe de Ernest Rutherford, sendo, portanto, seu assistente.

Conta-se que Rutherford o admirava muito, dizendo até mesmo que

Böhr tinha sido a pessoa mais inteligente que ele havia conhecido. 

Esse gigante da ciência é mais conhecido por seu modelo atômico,

pois Bohr propôs um modelo atômico revolucionário que mantinha,

porém, as principais características do modelo proposto

anteriormente por Rutherford. A sua teoria atômica baseou-se no

princípio da quantização da energia proposto por Planck. Ele observou

que elementos, se aquecidos, emitem energia em um conjunto de

linhas distintas chamadas espectro de linha, e desenvolveu a ideia

de que os elétrons só podem existir em órbitas limitadas a certas

posições, com energiasdistintas. O elétron só passa de uma camada

de energia para a outra quando ele absorve energia de uma fonte

externa, em unidades discretas de energia, chamadas quantum.

Dessa forma, ele salta para uma órbita mais externa na eletrosfera do

átomo, e quando ele retorna para a órbita menos energética, ele

perde, na forma de onda eletromagnética, a energia que absorveu

antes. Essa onda eletromagnética é na região do visível; assim, ele

explicou a luz emitida ao se aquecer diferentes materiais e o espectro

eletromagnético do hidrogênio. Bohr publicou a sua teoria

atômica no ano de 1913. 

A Interação da Química com a Física

Isaac

Por muito tempo as ciências formavam uma grande área do conhecimento chamada filosofia Natural. Há aproximadamente dois séculos, tornou-se evidente as distinções entre a Física, a Química e as ciências Biológicas.

Durante muitos séculos a física esteve ligada às artes. A exemplo disso temos os manuscritos de Leonardo da Vinci (1452-1519) que fazem as primeiras referencias às forças externas atuantes em uma estrutura; assunto que hoje em dia estudamos em mecânica.

Parte da biologia também foi influenciada pela física. Nas décadas de 1930 e 1940, um grupo de físicos mostrou-se interessado em aplicar as ideias técnicas da física à Microbiologia. Esses estudiosos tinham como objetivo encontrar novas leis da física com os estudos de organismos biológicos. No entanto, suas expectativas não foram alcançadas, mas os esforços do grupo deram origem a um novo campo de estudo, chamado atualmente de Biologia Molecular.

Na medicina a física também teve, e tem, fundamental importância. Graças a ela é que médicos do mundo todo podem fazer procedimentos cirúrgicos de alta tecnologia e exames com os mais sofisticados equipamentos. As cirurgias a laser e a ressonância magnética são exemplos dessas tecnologias aplicadas na medicina. A área da oncologia (tratamento do câncer) utiliza os conhecimentos da física nuclear para tratamentos radiológicos (radioterapia).

No entanto, nenhuma ciência foi mais beneficiada pela física do que a Química. Os modelos atômicos, os fenômenos que explicam as ligações químicas, momentos magnéticos do elétron (spin), distribuição eletrônica e até mesmo a tabela periódica são baseados nos estudos da Mecânica Quântica, uma área da física.

A lista de inter-relações da física com outras ciências é muito extensa, o que faz dela uma das mais importantes áreas do conhecimento.

A Mecânica Quântica

Paulo

O modelo de átomo dado pela mecânica quântica é o mais moderno e complexo, ele baseia-se na forma matemática da estrutura atômica.

A teoria quântica afirma que a matéria tem propriedades associadas com ondas, razão pela qual o modelo de átomo foi baseado nesta teoria. O chamado “Princípio da Incerteza” determina que o elétron não possua posição exata na eletrosfera, nem velocidade e direção definidas. Daí o porquê de o átomo de Bohr, com elétrons girando em órbitas circulares, ser ultrapassado pelo modelo quântico.

Os orbitais são os possíveis espaços ocupados pelos elétrons, ou seja, há grande probabilidade de encontrá-los nas nuvens eletrônicas representadas em vermelho na imagem acima.

A Mecânica Quântica (Física Quântica) é a teoria Física que obtém sucesso no estudo dos sistemas físicos cujas dimensões são próximas ou abaixo da escala atômica, tais

como moléculas, átomos, elétrons, prótons e de outras partículas subatômicas, muito embora também possa descrever fenômenos macroscópicos em diversos casos. A Mecânica Quântica é um ramo fundamental da Física com vasta aplicação. A teoria quântica fornece descrições precisas para muitos fenômenos previamente inexplicados tais como a radiação de corpo negro e as órbitas estáveis do elétron. Apesar de na maioria dos casos a Mecânica Quântica ser relevante para descrever sistemas microscópicos, os seus efeitos específicos não são somente perceptíveis em tal escala. Por exemplo, a explicação de fenômenos macroscópicos como a super fluidez e a supercondutividade só é possível se considerarmos que o comportamento microscópico da matéria é quântico. A quantidade característica da teoria, que determina quando ela é necessária para a descrição de um fenômeno, é a chamada constante de Planck, que tem dimensão de momento angular ou, equivalentemente, de ação.

A Mecânica Quântica recebe esse nome por prever um fenômeno bastante conhecido dos físicos: a quantização. No caso dos estados ligados (por exemplo, um elétron orbitando em torno de um núcleo positivo) a Mecânica Quântica prevê que a energia (do elétron) deve ser quantizada. Este fenômeno é completamente alheio ao que prevê a teoria clássica.

Normalmente é necessário utilizar a Mecânica Quântica para compreender o comportamento de sistemas em escala atômica ou molecular. Por exemplo, se a mecânica clássica governasse o funcionamento de um átomo, o modelo planetário do átomo – proposto pela primeira vez por Rutherford – seria um modelo completamente instável. Segundo a teoria eletromagnética clássica, toda a carga elétrica acelerada emite radiação. Por outro lado, o processo de emissão de radiação consome a energia da partícula. Dessa forma, o elétron, enquanto caminha na sua órbita, perderia energia continuamente até colapsar contra o núcleo positivo!

Conclusão

Íngrede

Diferentemente do que muitos estudantes pensam, a Química é uma ciência que não está limitada somente às pesquisas de laboratório e à produção industrial. Pelo contrário, ela está muito presente em nosso cotidiano das mais variadas formas e é parte importante dele.

Seu principal foco de estudo é a matéria, suas transformações e a energia envolvida nesses processos. A Química explica diversos fenômenos da natureza e esse conhecimento pode ser utilizado em benefício do próprio ser humano.

Os avanços da tecnologia e da sociedade só foram possíveis graças às contribuições da Química. Por exemplo: na medicina, em que os medicamentos e métodos de tratamento têm prolongado a vida de muitas pessoas; no desenvolvimento da agricultura; na

produção de combustíveis mais potentes e renováveis; entre outros aspectos extremamente importantes.

Ao mesmo tempo, se esse conhecimento não for bem usado, ele pode (assim como vimos acontecer algumas vezes ao longo da história) ser usado de forma errada. De tal modo, o futuro da humanidade depende de como será utilizado o conhecimento químico. Daí a importância do estudo desta ciência.