Os modelos científicos são aplicações da metodologia científica para tentar explicar algum fenômeno observado, propondo explicações sobre ele. Assim, os modelos atômicos podem ser definidos como representações de estudos relacionados aos átomos, propondo novos conceitos, formas e estudos sobre essa partícula, cujo nome remete à Grécia Antiga. Já nesse período, os filósofos Demócrito e Leucipo propuseram a existência da menor partícula existente, indivisível e indestrutível, da qual todas as coisas eram formadas. Essas ideias conceituaram, pela primeira vez, o átomo, e este nome tem o significado de "indivisível", em grego.
O primeiro modelo atômico foi desenvolvido por John Dalton, no início do século XIX, que baseou-se nas ideias dos filósofos gregos. O Modelo de Dalton foi chamado de "bola de bilhar", pois afirmava que os átomos eram esferas lisas e maciças, indestrutíveis e indivisíveis. Ainda hoje, esse modelo é usado para representar, de maneira simples, os diferentes elementos químicos, que são distinguidos pelas cores de suas esferas.
Quase um século depois da elaboração das ideias de Dalton, J. J. Thomson elaborou o seu modelo atômico, baseando-se em um experimento com raios catódicos. O experimento indicava a presença de partículas de carga negativa no átomo e, assim, Thomson conceituou os elétrons, nome que deu a elas. Por isso, ele é considerado o "pai dos elétrons". Além disso, ele conclui que, se havia carga negativa no átomo, também deveria haver carga positiva, para que a carga final fosse nula. A partir dessas ideias, Thomson criou o modelo que ficou conhecido como "o pudim de passas", que representava o átomo como uma esfera (não maciça) de carga positiva coberta por partículas de carga negativa, os elétrons. O modelo, portanto, mostrava que o átomo não era indivisível.
Poucos anos depois da proposta de Thomson, o físico Ernest Rutherford conduziu um experimento em que irradiava com radiação alfa uma lâmina finíssima de ouro cercada por uma placa metálica recoberta por material fluorescente. O objetivo do experimento era observar a trajetória da radiação após colidir com a lâmina de ouro, sendo que os locais onde os raios colidissem com a placa metálica ficariam marcados no material fluorescente. Rutherford observou, com esse experimento, que a maior parte da radiação atravessava a lâmina de ouro sem sofrer desvios, enquanto uma pequena parte era desviada ou rebatida. Suas conclusões foram que o átomo tem um pequeno e denso núcleo, cercado por um espaço muito maior, por onde a maioria dos raios passou, sem serem desviados. Consequentemente, ele afirmou que os poucos raios desviados haviam passado perto dos núcleos dos átomos, e que a parcela que havia sido repelida havia se chocado contra os núcleos. Além disso, ele afirmou que o grande vazio ao redor do núcleo continha os elétrons, chamando-o de eletrosfera. Já o núcleo continha as partículas positivas do átomo, que chamamos de prótons. A partir dessas ideias, Rutherford criou seu modelo atômico, que muitas vezes é comparado a um sistema planetário.
O modelo atômico de Rutherford foi aperfeiçoado pelo dinamarquês Niels Bohr, apenas alguns anos depois. Bohr baseou-se em estudos sobre o espectro da luz visível e sobre o espectro atômico. O espectro atômico de um elemento corresponde a frações do espectro da luz visível, linhas ou faixas de diferentes cores obtidas quando a luz passa pelo gás do elemento e é decomposta por um prisma. Para explicar tal fenômeno, Bohr afirmou que a eletrosfera tinha diferentes camadas de energia em que os elétrons ficavam, orbitando o núcleo. As órbitas mais próximas do núcleo tinham menos energia, enquanto as mais distantes tinham mais energia. Ele também afirmou que um elétron pode absorver energia do ambiente, saltando para uma camada de energia maior (estado excitado). Ao perder a energia que havia ganhado, esse elétron retornaria a sua órbita normal, liberando energia em foma de luz. Isso explica porque elementos químicos distintos têm diferentes espectros atômicos, pois seus átomos têm diferentes eletrosferas e os elétrons, ao retornarem de seus estados excitados, produzem luz de cores diferentes (quanto mais energia é liberada, mais a luz se aproxima do ultravioleta).
O modelo de Bohr, resolveu um grande problema do de Rutherford, pois os diferentes níveis de energia não permitem que os elétrons, atraídos pelo núcleo, adquiram movimento espiralado em volta dele, até colapsarem com a pequena massa de carga positiva. Era isso que acontecia no modelo antigo, falha que Rutherford não conseguiu superar sozinho.
Posteriormente, descobriu-se que o núcleo não era formado somente por partículas positivas. Sabe-se, atualmente, que ele é formado por nêutrons, partículas nulas (carga 0), e prótons, partículas positivas (carga +1). A carga total do átomo, em seu estado fundamental, é nula e ele possui a mesma quantidade de prótons e elétrons (carga -1). Porém, o átomo pode perder ou ganhar elétrons. Se um átomo perde elétrons, sua carga torna-se positiva. Se um átomo ganha elétrons, sua carga torna-se negativa. Em nenhuma situação o átomo pode perder ou ganhar prótons, somente elétrons.
Cargas iguais se repelem, enquanto cargas opostas se atraem. Os materiais podem ser eletrizados, processo relacionado à interação das cargas dos átomos envolvidos. Existem duas maneiras de se eletrizar um objeto:
Eletrização por atrito: Ao atritarmos dois materiais, elétrons passam de um para o outro. Assim, os átomos de um dos materiais ficarão com mais elétrons do que prótons, deixando suas cargas totais negativas. Já os átomos do outro terão mais prótons do que elétrons, tornando suas cargas totais positivas. Consequentemente, os materiais atritados passarão a ter cargas opostas e vão se atrair mutuamente. Podemos observar esse fenômeno ao atritarmos um bastão de vidro com um pedaço de algodão. Existem materiais que tendem a ganhar carga positiva quando atritados e outros que tendem a ganhar carga negativa. O vidro, por exemplo, é muito suscetível a ganhar carga positiva, enquanto a borracha tende a ganhar carga negativa.
Eletrização por contato: Ao tocar um corpo eletrizado (de carga não nula), um corpo com carga nula absorve parte da carga do outro. Por exemplo, se um corpo eletrizado negativamente (A) tocar um corpo nulo (B), haverá transferência de elétrons de A para B e os dois corpos ficarão com carga negativa. Se um corpo eletrizado positivamente (X) tocar um corpo nulo (Y), haverá transferência de elétrons de Y para X e os dois corpos ficarão com carga positiva. O corpo de carga neutra é sempre atraído pelo eletrizado.
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O primeiro modelo atômico foi desenvolvido por John Dalton, no início do século XIX, que baseou-se nas ideias dos filósofos gregos. O Modelo de Dalton foi chamado de "bola de bilhar", pois afirmava que os átomos eram esferas lisas e maciças, indestrutíveis e indivisíveis. Ainda hoje, esse modelo é usado para representar, de maneira simples, os diferentes elementos químicos, que são distinguidos pelas cores de suas esferas.
Quase um século depois da elaboração das ideias de Dalton, J. J. Thomson elaborou o seu modelo atômico, baseando-se em um experimento com raios catódicos. O experimento indicava a presença de partículas de carga negativa no átomo e, assim, Thomson conceituou os elétrons, nome que deu a elas. Por isso, ele é considerado o "pai dos elétrons". Além disso, ele conclui que, se havia carga negativa no átomo, também deveria haver carga positiva, para que a carga final fosse nula. A partir dessas ideias, Thomson criou o modelo que ficou conhecido como "o pudim de passas", que representava o átomo como uma esfera (não maciça) de carga positiva coberta por partículas de carga negativa, os elétrons. O modelo, portanto, mostrava que o átomo não era indivisível.
Poucos anos depois da proposta de Thomson, o físico Ernest Rutherford conduziu um experimento em que irradiava com radiação alfa uma lâmina finíssima de ouro cercada por uma placa metálica recoberta por material fluorescente. O objetivo do experimento era observar a trajetória da radiação após colidir com a lâmina de ouro, sendo que os locais onde os raios colidissem com a placa metálica ficariam marcados no material fluorescente. Rutherford observou, com esse experimento, que a maior parte da radiação atravessava a lâmina de ouro sem sofrer desvios, enquanto uma pequena parte era desviada ou rebatida. Suas conclusões foram que o átomo tem um pequeno e denso núcleo, cercado por um espaço muito maior, por onde a maioria dos raios passou, sem serem desviados. Consequentemente, ele afirmou que os poucos raios desviados haviam passado perto dos núcleos dos átomos, e que a parcela que havia sido repelida havia se chocado contra os núcleos. Além disso, ele afirmou que o grande vazio ao redor do núcleo continha os elétrons, chamando-o de eletrosfera. Já o núcleo continha as partículas positivas do átomo, que chamamos de prótons. A partir dessas ideias, Rutherford criou seu modelo atômico, que muitas vezes é comparado a um sistema planetário.
O modelo atômico de Rutherford foi aperfeiçoado pelo dinamarquês Niels Bohr, apenas alguns anos depois. Bohr baseou-se em estudos sobre o espectro da luz visível e sobre o espectro atômico. O espectro atômico de um elemento corresponde a frações do espectro da luz visível, linhas ou faixas de diferentes cores obtidas quando a luz passa pelo gás do elemento e é decomposta por um prisma. Para explicar tal fenômeno, Bohr afirmou que a eletrosfera tinha diferentes camadas de energia em que os elétrons ficavam, orbitando o núcleo. As órbitas mais próximas do núcleo tinham menos energia, enquanto as mais distantes tinham mais energia. Ele também afirmou que um elétron pode absorver energia do ambiente, saltando para uma camada de energia maior (estado excitado). Ao perder a energia que havia ganhado, esse elétron retornaria a sua órbita normal, liberando energia em foma de luz. Isso explica porque elementos químicos distintos têm diferentes espectros atômicos, pois seus átomos têm diferentes eletrosferas e os elétrons, ao retornarem de seus estados excitados, produzem luz de cores diferentes (quanto mais energia é liberada, mais a luz se aproxima do ultravioleta).
Cargas iguais se repelem, enquanto cargas opostas se atraem. Os materiais podem ser eletrizados, processo relacionado à interação das cargas dos átomos envolvidos. Existem duas maneiras de se eletrizar um objeto:
Eletrização por atrito: Ao atritarmos dois materiais, elétrons passam de um para o outro. Assim, os átomos de um dos materiais ficarão com mais elétrons do que prótons, deixando suas cargas totais negativas. Já os átomos do outro terão mais prótons do que elétrons, tornando suas cargas totais positivas. Consequentemente, os materiais atritados passarão a ter cargas opostas e vão se atrair mutuamente. Podemos observar esse fenômeno ao atritarmos um bastão de vidro com um pedaço de algodão. Existem materiais que tendem a ganhar carga positiva quando atritados e outros que tendem a ganhar carga negativa. O vidro, por exemplo, é muito suscetível a ganhar carga positiva, enquanto a borracha tende a ganhar carga negativa.
Eletrização por contato: Ao tocar um corpo eletrizado (de carga não nula), um corpo com carga nula absorve parte da carga do outro. Por exemplo, se um corpo eletrizado negativamente (A) tocar um corpo nulo (B), haverá transferência de elétrons de A para B e os dois corpos ficarão com carga negativa. Se um corpo eletrizado positivamente (X) tocar um corpo nulo (Y), haverá transferência de elétrons de Y para X e os dois corpos ficarão com carga positiva. O corpo de carga neutra é sempre atraído pelo eletrizado.
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