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Desenvolvimentos sobre Modelo Atómico de Rutherford.
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 1
Modelos Atómicos -3
Modelo de Rutherford
Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 2
A RADIOACTIVIDADE
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.
Professor Fabiano Ramos Costa
Teoria atómica
William Crookes
(1832-1919)
Entre eles o alemão Wilheim Konrad Röentgen.Mo
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 3
1876V IIIELEMENTOS
18751807 18691833
ELETRÓLISE
1º MODELO 1ª TABELA
PERIÓDICA
RAIOS
CATÓDICOS
1895PROTÃO
Roentgen concluiu que o tubo emitia, além dos raios catódicos, algum tipo deradiação desconhecida, razão pela qual lhe deu o nome provisório de raios X.Preferiu então aperfeiçoar seus experimentos antes de divulgá-los, mas em apenasdois meses já tinha acumulado conclusões suficientes para publicar seusresultados. Pouco mais tarde, fez uma demonstração pública da capacidade dessesraios de fotografar o interior do corpo.
RAIOS X
(1845 - 1923)
1901
Wilhelm K. Roentgen Teoria atómica
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Teoria atómica
A RADIOACTIVIDADE
Wilhelm Röntgen (1895)
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 material
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.Mo
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Teoria atómica
A RADIOACTIVIDADE
Wilhelm Röntgen (1895)
Noutra experiência, tirou a radiografia de
seu rifle de caça e observou uma pequena
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.Mo
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Teoria atómica
A RADIOACTIVIDADE
Wilhelm Röntgen (1895)
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 afectavam
as emissões de Rádio, atrapalhando o seu
funcionamento.
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Teoria atómica Henri Becquerel (1852-1908)
A RADIOACTIVIDADE
1876V IIIELEMENTOS
18751807 18691833
ELETRÓLISE
1º MODELO 1ª TABELA
PERIÓDICA
RAIOS
CATÓDICOS
1895PROTÃO
Em 1895, Roentgen descobriu que os raiosX, podiam provocar fluorescência em certosmateriais. Becquerel ficou, então curioso para saberse o contrário também era possível: se umasubstância 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.Mo
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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!
Registo obtido por Becquerel em chapa fotográfica de radiações emitidas naturalmente.
Em 1899, Becquerel descobriu que a
trajectória dessa radiação podia ser
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.
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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 do
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.
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28-01-2012 Por : Luís Timóteo 10
Pierre Curie (1859-1906)
Marie Curie (1867-1934)
Teoria atómica
A RADIOACTIVIDADE1876V IIIELEMENTOS
18751807 18691833
ELETRÓLISE
1º MODELO 1ª TABELA
PERIÓDICA
RAIOS
CATÓDICOS
1895PROTÃO RAIOS X
1903 1911
1903
Em 1880, Pierre Curie constatou que uma
corrente eléctrica surgia em certos cristais
quando submetidos a pressões. Deram a
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.Mo
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 11
Pierre Curie (1859-1906)
Marie Curie (1867-1934)
Teoria atómica
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 pela
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.Mo
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 12
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.
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.
A RADIOATIVIDADE E O DERRUBE DO
MODELO ATÔMICO DE THOMSONTeoria atómica
Entretanto outras pesquisas se desenrolavam acerca da luz…Mo
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28-01-2012 Por : Luís Timóteo 13
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
Teoria atómica
Rád
io
Mic
roo
nd
as
Infr
ave
rme
lho
s
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lho
La
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ma
relo
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maEspectro Visível
f
(λ)
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28-01-2012 Por : Luís Timóteo 14
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 de
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:
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:
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.
n = 3, 4, 5 .....
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Em 1885, Johann Balmer encontrou uma fórmula empírica para
determinar o comprimento de onda no visível das linhas espectrais
para o átomo de hidrogénio :
(onde k = 3,4,5…)nm
Teoria atómica Linhas Espectrais (1848)
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28-01-2012 Por : Luís Timóteo 16
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;
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,
Brackett: n = 5, 6, 7 .....
Paschen: n = 4, 5, 6 ...
n = 2, 3, 4 ..... Lyman:
A Figura mostra as séries espectrais conhecidas e descritas pela regra de Balmer.
Assim foi determinou-se, empiricamente, que os espectros de linhas distintas emitidos
pelo hidrogénio poderiam ser ajustados pela relação de Balmer generalizada;
n > m
Diagrama de níveis de energia do hidrogénio:
transições de Paschen, Balmer e Lyman.
Onde m e n são números inteiros. Como λ é positivo, os inteiros m e n devem satisfazer a desigualdade m < n.;
Teoria atómica Linhas Espectrais (1848)
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28-01-2012 Por : Luís Timóteo 17
Max Planck (1900)
A teoria quântica refere-se a energia:
Quando a energia está em forma de radiação electromagnética (quer dizer, de umaradiação similar á luz), se denomina de energia radiante e a sua unidade mínimarecebe o nome de “fotão”. A energia de um fotão é dada pela equação de Planck:
E = h×fh: constante de Planck = 6,62×10-34 Joule/segundo f: frequência da radiação.
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);
Qualquer quantidade de energia que se emita ou seabsorva, deverá ser um número inteiro de “quantums”.
Teoria atómica Teoria Quântica
Propôs que a luz só pode assumir alguns valores específicos deenergia.
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28-01-2012 Por : Luís Timóteo 18
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.
Qualquer radiação que entra na
cavidade será reflectida e absorvida nas
paredes internas e acaba por ser
totalmente absorvida.
Teoria atómica
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 19
Max Planck e Albert Einstein
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.
A energia destas partículas, ao atingiram um metal, fariam expelir deste
electrões!...Mo
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 20
(1879-1955)
19051876V IIIELEMENTOS
18751803 18691850
ELETRÓLISE
1º MODELO 1ª TABELA
PERIÓDICA
RAIOS
CATÓDICOS
1895PRÓTON
RAIOS X
1921
E=mc²
“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”
Albert Einstein
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28-01-2012 Por : Luís Timóteo 21
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.
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...
Teoria atómica
Efeito Fotoeléctrico (1905)
Esse efeito é bem observado quando se coloca algum objecto de metal no
microondas…
Albert Einstein
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28-01-2012 Por : Luís Timóteo 22
Onde h é a constante de Planck;
f é a frequência do fotão incidente;
é a função trabalho, ou energia mínima exigida para
remover um electrão de sua ligação atómica;
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.
Analisando o efeito fotoeléctrico quantitativamente usando o método de Einstein, as
seguintes equações equivalentes são usadas:
hfo
m2
max mv2
1Ec
maxEchf
Teoria atómica Efeito Fotoeléctrico (Albert Einstein -1905)
Energia do fotão = Energia necessária para remover um electrão + Energia cinética do
electrão emitido. -Algebricamente:
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.Mo
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28-01-2012 Por : Luís Timóteo 23
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.
Teoria atómica Efeito Fotoeléctrico (Albert Einstein -1905)
Os aspectos extraordinário do Efeito
Fotoeléctrico quando foi primeiramente
observado são:
1. Os electrões eram emitidos
imediatamente, sem retardo. ( no time lag).
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.Mo
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28-01-2012 Por : Luís Timóteo 24
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.
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28-01-2012 Por : Luís Timóteo 25
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 energia
E h
onde v é a frequência da luz e h é a constante de Planck.
E Alternadamente onde
Efeito Fotoeléctrico Teoria de Einstein
2
h
Teoria atómica
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28-01-2012 Por : Luís Timóteo 26
Ele
ctro
n k
inet
ic e
ner
gy
Pela conservação de energia -
Energia antes (fotão) = Energia depois (electrão)
onde é a função trabalho do metal
(energia potencial a ser superada
antes do electrão poder escapar).
21max2
vh m
Aplicamos uma diferença de potencial
que cesse a corrente – é o potencial de
corte (potencial freio)
0VV
Pelo teorema trabalho-energia: KW 0máx eVK
- trabalho realizado pelo campo eléctrico entre as placas0eVW
máxKh
ou
Efeito Fotoeléctrico Teoria de EinsteinTeoria atómica
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 27
Métodos de emissão de electrões:
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.
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 de
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.
Teoria atómica Efeito Fotoeléctrico
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28-01-2012 Por : Luís Timóteo 28
Os electrões são atraídos e
colectados pela placa carregada
positivamente
Medidor que indica
o fluxo de electrõesBateria
Os electrões são
ejectados pela luz
Teoria atómica Efeito Fotoeléctrico
Esquema de um Aparelho para o Efeito Fotoeléctrico
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28-01-2012 Por : Luís Timóteo 29
Teoria atómica Efeito Foto eléctrico
http://www.chemistryland.com/CHM130W/10-ModernAtom/Spectra/ModernAtom.html#Mo
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28-01-2012 Por : Luís Timóteo 30
A energia cinética dos fotoeléctrões é
independente da intensidade da luz.
Electron
kinetic
energy
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.
Classicamente, a energia cinética dos
fotoelectrões deveria aumentar com a
intensidade da luz e não depender da
frequência.
Teoria atómica Efeito Fotoeléctrico: Observações
A energia cinética dos fotoeléctrões, para um
dado material emissor, depende somente da
frequência da luz
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 31
Quando fotoelectrões são
produzidos, seu número é
proporcional a 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.
Também, os fotoelectrões são emitidos quase instantaneamente assim que o
foto cátodo é iluminado, independente da intensidade da luz.
Teoria atómica Efeito Fotoeléctrico: Observações
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 32
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!....
Núcleo
do
Átomo
Há duas maneiras de interpretar o que é a luz:
Há a teoria da “partícula” expressa em parte pela palavra fotão.
Há a teoria da “onda ” expressa pelo termo onda de luz.
Partículas
Electrão
Fotão de luz
Visível
Radiação é transmissão de energia através do espaço.
A teoria de Einstein, foi confirmada em 1915 por Robert Millikan.
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 33
Teoria atómicaEfeito Fotoeléctrico (Albert Einstein -1905)
Efeito fotoeléctrico.wmvhttp://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectrichttp://www.youtube.com/watch?v=bnR1syXU5dU
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 34
Teoria atómicaEfeito Fotovoltaico (Albert Einstein -1905)
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 35
Modelo de Rutherford
Átomo - Modelo Rutherford (1910)Teoria atómica
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).
+
+
++
++
+
--
-
-
-
-
-
Modelo de Thomson
Modelo Planetário
Electrões
Órbitas
Núcleo
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 36
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.
(1871-1937)
ELÉTRON
2º MODELO
18971876V IIIELEMENTOS
18751803 18691850
ELETRÓLISE
1º MODELO 1ª TABELA
PERIÓDICA
RAIOS
CATÓDICOS
1895PRÓTON
RAIOS X
1905
RELATI-
VIDADE
1911
Ernest Rutterford
Modelo “Planetário”
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 37
Átomo - Modelo Rutherford (1910)
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 os
electrões de carga negativa em orbita
circulares, ou elípticas, que tornam o átomo
electricamente neutro.
Electrões
Órbitas
Teoria atómica
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.
NúcleoModelo “Planetário”
Segundo este cientista, a força de atracção gravitacional do
núcleo (Centrípeta) era compensada pela força centrifuga
do electrão em órbita…
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 38
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.
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 39
Átomo - Modelo Rutherford (1910)Teoria atómica
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…
Qualquer carga eléctrica em movimento acelerado emite radiação
electromagnética…
Dois equívocos:
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 40
Teoria atómica Rutherford: (1910)
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:
A maioria das partículas passam através da folha de
ouro.
Algumas das partículas sofrem pequenos desvios.
Muito poucas das partículas sofrem grandes
desvios.
Muitíssimo poucas partículas são completamente
reflectidas.
Conclusões:
O átomo é 99.99% de espaço vazio.
O núcleo contem um carga positiva e a maior
parte da massa do átomo.
O núcleo é aproximadamente 100.000 vezes
mais pequeno que o átomo.
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!...
Partículas (Experiência Geiger-Marsden)
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 41
Observação Conclusão
a) A maior parte das
partículas
atravessava a lâminasem sofrer desvios.
A maior parte do átomodeve ser vazio. Nesseespaço (electrosfera)devem estar localizadosos electrões.
b) Poucas partículas a
(1 em 20.000) nãoatravessavam alâmina e voltavam.
Deve existir no átomouma pequena regiãoonde está concentradasua massa (o núcleo).
c) Algumas partículassofriam desvios detrajectória aoatravessar a lâmina.
O núcleo do átomo deveser positivo, o queprovoca uma repulsão
nas partículas
(positivas).
Experiência Geiger-Marsden (1910)
Rutherford: PartículasTeoria atómica
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 42
Experiência Geiger-Marsden (1910)
RutherfordTeoria atómica
Rutherford Experiment.wmv http://www.youtube.com/watch?v=5pZj0u_XMbc
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 43
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 deve
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).
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).
Experiência – partículas
Rutherford: PartículasTeoria atómica
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 44
Três tipos de radiação foram descobertos por Ernest
Rutherford:
Partículas ;
Partículas ;
Raios .
Rutherford: PartículasTeoria atómica
Raios
Raios
Raios
(+)
(-)
Placas com alta carga
eléctrica
Placa fotográficaCaixa de
Chumbo
Material
Radioactivo
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 45
Rutherford: partículasTeoria atómicaExperiência – partículas
Ernest Rutherford descobriu três tipos de radiação:
As partículas ;
As partículas ;
Os raios .
alfa_beta_gamma.wmvMo
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 46
http://www.youtube.com/watch?v=vuGvQjCOdr0
Rutherford: partículasTeoria atómica
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 47
Rutherford: PartículasTeoria atómica
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
24 +90Th232 +ENERGIA.
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 - +7N
14 +ENERGIA
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 +ENERGIAMo
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 48
Radiação Alfa ( ) Beta ( ) Gamma ( )
Poder de
Ionização
Alto. A partícula alfa captura 2
electrões, transformando-se em
átomo de Hélio.
Médio. Por possuírem carga
eléctrica menor, possuem menor
poder de ionização.
Pequeno. Não possuem carga.
Danos ao
ser
humano
Pequenos. São detidos pela
camada de células mortas da
pele, podendo causar no
máximo, queimaduras.
Médio. Podem penetrar até 2 cm
e ionizar moléculas gerando
radicais livres.
Alto. Pode atravessar
completamente o corpo
humano, causando danos
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
penetração
Pequeno. Pode ser detida por
uma folha de papel.
Médio. 50 a 100 vezes mais
penetrante que as alfa. É detida
por um chapa de chumbo de
2mm.
Alto. Os raios gamma são mais
penetrantes que os raios x.
São detidos por uma chapa de
chumbo de 5 cm.
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 49
TIPO DE RADIAÇÃO Intervalos dos comprimentos de onda
Raios Gamma ( ) Inferiores a 10-2 nanometros
Raios (X) Entre 10-2 nanometros e 15 nanometros
Ultravioleta Entre 15 nanometros e 4×102
nanometros
ESPECTRO Visível
entre 4×102 nanometros e 7,8×102
nanometros(4000 Ángstrom e 7800 Ángstrom)
Infravermelho Entre 7,8×102 nanometros e 106
nanometros
Microondas Entre 106 nanometros e 3×108
nanometros
Ondas de Rádio Maiores de 3×108 manómetros
Rutherford: PartículasTeoria atómica
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 50
Electrão
Protão
Neutrão
De acordo com os resultados experimentais de
Rutherford o raio da trajectória de um electrão
num átomo de hidrogénio é:
0,53 x 10-10 m.
O Diâmetro de um átomo de Hidrogénio é de:
2,6 x 10-15 m.
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 um electrão é: 9,11 x 10-31 kg.
O raio clássico do electrão, r0 , é igual a: 2,8 x 10-17 m.
Átomo - Modelo Rutherford (1910)
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 ).
Teoria atómica
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 51
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.
Professor Fabiano Ramos Costa
Átomo - Modelo RutherfordTeoria atómica
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 52
Átomo - Modelo Rutherford (1910)
Modelo de Rutherford.wmv
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 53
Dúvidas?
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Modelos Atómicos: Modelo de Rutherford
28-01-2012 Por : Luís Timóteo 54
BibliografiaUCS - 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/
UFSC – Universidade Federal de Santa Catarina
http://quark.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/nuclear/
NOBEL – e-Museum
http://www.nobel.se/physics/laureates/index.html
UFC – Universidade Federal do Ceará – Depto. de Física
http://www.fisica.ufc.br/index.html
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://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://www.portal.tailandiapara.com/google-faz-homenagem-a-marie-curie/
http://en.wikipedia.org/wiki/Pierre_Curie
http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/artigos/grandes-pensadores-einstein.php
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ernest_Rutherford
http://en.wikipedia.org/wiki/Johann_Jakob_Balmer
http://astro1.panet.utoledo.edu/~ljc/light3a.html
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