Das bolas de bilhar até os planetas

Você já se perguntou de onde vêm o conceito de átomo? Já se perguntou para que servem os modelos atômicos??

Neste Blog você vai descobrir a origem da ideia de que as coisas são feitas de átomos e como os modelos atômicos podem nos ajudar a compreender a natureza da matéria.

Para tanto, vamos começar com a ideia filósofica de átomo que surgiu na grécia antiga e seguir até o modelo atômico plaetário proposto por Ernest Rutherford no início do século XX.

A ideia filosófica do átomo

Demócrito e Leucipo

No século V a.C. os filósofos gregos acreditavam que a matéria era contínua e que tudo que existia era formado pela combinação de 4 "elementos": Água, fogo, terra e ar. Porém dois dos mais proeminentes filósofos da época, Demócrito e Leucipo, propuseram uma ideia que viria a ser a base para os modelos atômicos mais de 2 mil anos depois.

Eles propuseram que a matéria não era contínua, mas sim descontinua formada por pequenos blocos construtores indivisíveis, chamados de átomos.

Segundo essa ideia, qualquer material ao ser despedaçado em pedaços cada vez menores, chegaria a um instante onde o pedaço seria tão pequeno que não poderia ser mais dividido. Esse pequeno pedaço de matéria indivisível é o que compõe tanto uma pedra, como um tronco de arvore, tudo seria feito desses pequenos átomos. Inclisive a própria palavra átomo, significa indivisível e é usada até hoje.

Esse conceito filosófico por mais surpreendente que seja, não foi bem aceito pelos outros filósofos da época e acabou sendo descartado até que auqse 2000 anos depois fosse retomado pelo químico inglês John Dalton. 

Modelo atômico de John Dalton (1808)

Na época de Dalton já se tinha conhecimento de compostos químicos e de algumas leis que regiam as reações químicas, como as leis ponderais de Lavoisier e Proust. Todavia não se sabia como as reações ocorriam. Por exemplo, Lavoisier já havia provado que se uma reação química acontecer em ambiente fechado a massa total se conserva, e que a água poderia ser formada pela combinação dos gases hidrogênio e oxigênio em uma proporção em massa de 16g de oxigênio para 1g de Hidrogênio. 

Foi então que John Dalton propôs sua hipótese atômica, retomando a ideia de átomo de Demócrito e Leucipo. No modelo atômico de Dalton os átomos são as menores partículas que compõe a matéria, são indivisíveis, esféricas, de tamanhos e massas diferentes e de carga neutra.  Neste sentido a reação de formação da água pode ser entendida como a recombinação dos átomos de hidrogênio no gás oxigênio com os átomos de oxigênio no gás oxigênio, para formar a substância água:

2H_2(g) + O_2(g) → 2H₂O_(g)

4g         32g           36g

Esse modelo atômico ficou historicamente conhecido como modelo das bolas de bilhar. Uma reação química seria o rearranjo desses átomos para formar novos compostos. Esse modelo atômico foi bem aceito, porém falhava em não conseguir explicar a natureza elétrica da matéria, que já era bem conhecida na época.

Esse modelo é usado até hoje na teoria das colisões, onde os átomos colidem uns com os outros para formar novos compostos. Sendo assim o modelo de Dalton tem aplicação na cinética química,  no estudo das ligações químicas e também na estequiometria.

Modelo atômico de J. J. Thomson (1897)

Na tentativa de explicar a natureza elétrica da matéria, Thomson propôs um modelo atômico que ficou historicamente conhecido como modelo do pudim de passas. No modelo de Thomson o átomo não é indivisível, pode ser dividido pois é composto por dois tipos de partículas uma de carga positiva e outra de carga negativa.

No modelo atômico de Thomson o átomo é uma esfera de carga positiva com partículas de carga negativa encrustadas (elétrons). Se em um átomo o número de cargas positivas for igual ao número de cargas negativas, então o átomo é neutro e consequentemente o objeto que contém aqueles átomos é neutro. Porém se as partículas negativas forem arrancadas, o átomo e passadas para outro, os átomos passam a ficar carregados e consequentemente o objeto que os contém. Assim Thomson conseguiu explicar o fenômeno da eletrização  

Modelo atômico de Ernest Rutherford (1911)

Com o avanço do conhecimento do fenômeno da radioatividade, muitos cientistas começaram a fazer experiências usando partículas alfa para investigar o comportamento dos materiais. Foi em uma dessas experiencias que o cientista Ernest Rutherford descobriu que o átomo não poderia ser maciço, e que sim possuía mais espaço vazio do que preenchido. Ele bombardeou uma folha de ouro muito fina com partículas alfa e percebeu que a maioria das partículas atravessava a folha. De acordo com o modelo de Dalton e Thomson os átomos deveriam preencher praticamente todo o espaço, de modo que a maioria das partículas alfa deveria ricochetear.

Com base nesses resultados Rutherford propôs um novo modelo atômico que seria historicamente conhecido como modelo planetário. O átomo é constituído de uma região central chamada de núcleo onde ficam as partículas positivas e por elétrons orbitando ao redor do núcleo, como os planetas ao redor do Sol. 

Alguns anos mais tarde outro cientista chamado James Chdwick em 1932 descobriu a existência de uma terceira partícula sem carga chamada de nêutron. Os neutrons são partículas que possuem massa assim como os prótons e seriam responsáveis pela estabilidade do núcleo.

Logo no modelo atômico de Rutherford toda massa do átomo se concentra no núcleo onde estão os prótons e neutrons e ao redor ficam os elétrons que possuem massa desprezível em relação ao núcleo.

Naquela época pelas leis da física clássica, já se sabia que uma partícula carregada em movimento deveria perder energia para sua vizinhança, deste modo os cálculos previam que os elétrons deveriam perder energia e colidir com o núcleo, o que tornava o modelo de Rutherford instável.

Esse problema teórico foi resolvido, em parte, 2 anos depois por outro cientista chamado Niels Bohr.

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