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Departamento de Matemática e Ciências Experimentais

Física e Química A – 10.º Ano

Texto de Apoio

Assunto: Breve história das ideias sobre a constituição da matéria

Imagina o seguinte problema: Se te oferecerem um chocolate e decidires que todos os dias

comerás metade do que sobrou do dia anterior, até quando terás chocolate para comer?

Foi com um problema análogo a este que os filósofos gregos (Séc. V a. C.) se debateram com

duas respostas possíveis:

- Se só comermos metade do que sobrou do dia anterior teremos chocolate para um número

infinito de dias… (matéria contínua.)

- O chocolate acabará no dia em que chegarmos a ter uma partícula de matéria tão pequena que

não seja possível dividi-la mais… (matéria descontínua.)

Dada a impossibilidade de testar experimentalmente as duas hipóteses havia defensores para as

duas embora, de acordo com o senso comum, a primeira tivesse mais adeptos.

Alguns filósofos gregos, (os atomistas Leucipo e Demócrito), defendiam que a matéria, assim

como as cores, a alma, o amor, …) eram constituídos por pequeníssimas partículas indivisíveis a que

chamaram átomos. (1)

(1)

Nota: A palavra átomo é de origem grega em que temos a

equivalência:

A = Sem TOMO = divisão

Segundo Demócrito a matéria não se podia dividir indefinidamente

em pedaços cada vez mais pequenos, dado que, nestas condições,

converter-se-ia em nada, o que seria impensável.

Esta teoria, o atomismo, de natureza puramente filosófica, embora nunca ficasse completamente

esquecida ao longo da História, foi rejeitada por Aristóteles (384 – 322 a. C.) e cuja filosofia dominou o

ocidente até ao Séc. XVII.

“Por convenção, o doce é doce; por convenção, o amargo é amargo; por convenção, o quente é quente; por convenção, a cor é cor. Mas na realidade só há átomos e vácuo. Isto é, os objetos que os nossos sentidos sentem só são supostamente reais. Só o átomo e o vácuo têm realidade.”

Demócrito (468 – 370 a. C.)

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Segundo este filósofo a matéria seria contínua e constituída por quatro elementos: A Terra, a

Água, o Ar e o Fogo.

Durante a Idade Média a hipótese de existência de átomos esteve completamente posta de lado.

Com esta teoria teria que se admitir a existência do vazio o que era completamente inconciliável com a

teologia vigente. De acordo com as autoridades eclesiásticas dominantes se Deus é omnipresente

então estará em toda a parte, inclusivamente no vazio, pelo que deixaria de ser vazio e admitir a sua

existência seria negar e existência divina.

Por volta de 1650 Pierre Gassendi (1592 – 1655), físico, astrónomo e filósofo francês, retomou as

teorias atomistas tentando conciliá-las com a teologia cristã vigente. Vários foram aqueles que

começaram então a retomar a ideia de que a natureza seria constituída por pequenas partículas

(corpúsculos), como por exemplo Robert Boyle (1627 – 1691) e, um pouco mais tarde, Isaac Newton

(1642 – 1727).

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Boyle foi um químico Irlandês que entre outros trabalhos formulou a lei dos gases que leva o seu

nome: “A temperatura constante, a pressão de um gás é inversamente proporcional ao seu volume.”

Para interpretar esta lei, Boyle teve que recorrer à velha

teoria atómica uma vez que, comprimir um gás, não poderia ser

outra coisa senão provocar uma diminuição dos espaços vazios

existentes entre as partículas do próprio ar.

Paralelamente a estes trabalhos, Boyle lançou as bases da Química propondo uma definição de

elemento como sendo “substâncias incapazes de se decomporem”

“Se há elementos só à experiência cabe revelá-los. Como? Analisando os corpos e procurando

decompô-los noutros mais simples. Um elemento deve conhecer-se porque não é decomponível.”

Robert Boyle

A partir do século XIX, mais propriamente em 1806, John Dalton

(1766 – 1844) baseando-se em algumas experiências de Lavoisier (1743

– 1794) admite que cada elemento é caracterizado por um determinado

tipo de átomo, indivisível, com um certo tamanho e um certo peso.

Assim, segundo Dalton, as reações químicas resultavam de

combinações entre átomos.

Atualmente sabe-se que o átomo não é indivisível, é constituído por

partículas – os protões, neutrões e eletrões, entre outras.

Mas, como é que evoluiu o conceito de átomo desde Dalton até aos

nossos dias?

Como é que se detetou a existência destas partículas que

constituem o átomo?

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O ELETRÃO

No final do século XIX o cientista inglês Joseph John Thomson (1856 – 1940) realizou

experiências com descargas elétricas em tubos contendo gases rarefeitos, dando assim um forte

contributo para o conhecimento do interior do átomo.

Se provocarmos uma descarga elétrica entre os elétrodos de uma ampola de vidro contendo um

gás a baixa pressão observa-se uma luz esverdeada.

Vários físicos como Crooks na Inglaterra, Goldstein na Alemanha, e Perrin em França, concluíram

que a causa desta luz observada era uma corrente de eletrões, partículas com carga negativa emitidas

pelo cátodo – foram chamadas de raios catódicos.

Verifica-se que estes raios são desviados quer por um campo magnético quer por um campo

elétrico o que permite concluir que não se trata de luz vulgar, mas sim de um feixe de partículas com

carga negativa.

Este facto levou a que fosse atribuído a J. J. Thomson o prémio Nobel da Física em 1906.

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MODELO ATÓMICO DE THOMPSON

Uma vez que os átomos

eram partículas eletricamente

neutras e emitiam partículas com

carga negativa, os eletrões,

então ter-se-ia de admitir a

existência de carga positiva que

igualasse a carga negativa dos

eletrões recém descobertos no

átomo.

Nestas condições foi criado

um modelo atómico, modelo

atómico de Thomson, em que se

imaginou o átomo maciço, esférico e com carga positiva em que os eletrões estariam por assim dizer

incrustados nesta esfera como as passas de um bolo. Por esta razão este modelo foi também

denominado de modelo do bolo de passas.

A DESCOBERTA DO NÚCLEO ATÓMICO

O modelo atómico de Thomson foi posto à prova por um discípulo seu: Ernest Rutherford (1871 –

1937), físico e químico inglês. Nascido em Nelson, na Nova Zelândia, emigrou muito cedo para

Inglaterra e em Cambridge foi aluno de Thomson tendo mais tarde ocupado a cátedra do seu velho

mestre.

Rutherford realizou uma experiência em que bombardeava com partículas α (núcleos de átomos

de hélio, 2He2+

) uma finíssima folha de ouro, cerca de 10 000 átomos de espessura. Se na realidade os

átomos fossem maciços como se pensava, então as partículas α deveriam atravessar a folha de ouro

como se fossem balas a atravessar uma folha de papel, mas… não foi bem assim que as coisas

correram.

De facto algumas partículas α eram fortemente desviadas como que fazendo uma espécie de

ricochete. Este facto era muito estranho e foi necessário aperfeiçoar o modelo atómico.

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Foi assim que Rutherford propôs um novo modelo de átomo

onde era admitida a existência de uma zona central, a que chamou

núcleo, muito pequena em relação ao tamanho do próprio átomo.

Em torno desta região central mover-se-iam os eletrões tal

como os planetas em torno do sol, põe esta analogia este modelo

de Rutherford também é designado de modelo planetário.

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MODELO DE BOHR

Apesar de todos os avanços descritos, o modelo de Rutherford não estava de acordo com a teoria

eletromagnética clássica. De acordo com esta teoria uma partícula eletricamente carregada, como o

eletrão, girando em torno de outra, como o protão, dever-se-ia despenhar no núcleo. Tal não acontece

dado que o átomo é uma partícula estável.

Um outro facto conhecido na época era que os espectros atómicos eram descontínuos.

A figura acima pretende mostrar o espectro da luz emitida por uma

ampola contendo hidrogénio atómico sujeito a descarga elétrica. Como

se pode verificar temos riscas e não um contínuo de cores como se vê,

por exemplo, no arco-íris.

Em 1912, um jovem físico dinamarquês, Niels Bohr (1855 – 1962),

prémio Nobel em 1922, foi colaborar com Rutherford em Manchester.

Bohr aperfeiçoou o modelo de Rutherford propondo que os eletrões

se moviam em torno do núcleo com estados de energia bem definidos e

seriam as possíveis transições de eletrões entre esses estados de

energia que originavam os espectros de riscas dos elementos.

Segundo Bohr, um eletrão podia passar de uma órbita mais próxima

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do núcleo para outra mais afastada ou vice-versa.

Do modelo atómico de Bohr ao modelo atualmente aceite pela comunidade científica

Por volta de 1920 foi prevista a existência de neutrões no núcleo, em 1932 ficou definitivamente

aceite que o núcleo dos átomos era constituído por protões e neutrões.

Atualmente, o modelo atómico de Bohr também já foi posto de parte. No entanto continua a

aceitar-se que:

1. O átomo é constituído por um núcleo.

2. O núcleo é constituído por protões e neutrões.

3. Em torno do núcleo movem-se eletrões.

4. Num átomo o número de eletrões é igual ao número de protões.

5. Ao átomo apenas são permitidos determinados valores de energia sendo a energia dos

eletrões mais próximos do núcleo inferior à energia dos eletrões mais afastados.

6. Há absorção de energia por parte do átomo quando os eletrões “saltam” de um nível de

energia inferior para um nível de energia superior (excitação eletrónica) e emissão de energia quando

eletrões saltam de um nível de energia superior para um nível de energia inferior (desexcitação

eletrónica).

7. Cada elemento químico é caracterizado por uma só espécie de átomos caracterizada por um

determinado número atómico.

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Alguns aspetos do modelo atómico atual

Segundo a teoria atómica atual, não se pode afirmar que um

determinado eletrão descreve uma orbita fixa a uma certa distancia em torno

do núcleo. No entanto podemos afirmar que ele se encontra muito mais

frequentemente em determinadas zonas do átomo do que noutras.

A zona (região do espaço) onde é possível encontrar mais

frequentemente o eletrão chama-se uma orbital (não confundir com orbita).

Não é possível determinar a trajetória do eletrão e não se sabe se tal se

deve ao facto de esta não existir ou, se por acaso existe, não nos é possível

determiná-la. O que é de facto certo é que os valores de energia possíveis

para o átomo são bem conhecidos embora nada se possa dizer sobre a

trajetória como de resto já foi referido.

Sobre o eletrão…

Sabe-se que o eletrão é uma partícula com

carga negativa e que tem uma massa cerca de

2000 vezes inferior à massa do protão. Este tem um

comportamento semelhante a um íman e, por esta

razão, é-lhe atribuída uma propriedade chamada

spin. Tudo se passa como se o eletrão rodasse o

que não deve de todo corresponder à realidade

uma vez que, se nem a trajetória provavelmente

existe quanto mais dizer que ele rodopia!...

Se um feixe de átomos de hidrogénio passar

no seio de um campo magnético forte e não homogéneo, verifica-se que o feixe é dividido em dois.

G. E. Uhlenbeck e S. A. Goudsmith publicaram em 1925 a hipótese do spin do eletrão em que este

seria dotado de um momento magnético intrínseco semi-inteiro com dois valores possíveis +1/2 e -1/2.

Bibliografia:

SILVA, J. Andrade, QUANTA GRÃOS E CAMPOS.

CORREIA, Carlos, QUIMICA 10º Ano.

FARIA, Ana Maria. QUIMICA 10.

VALADARES, Jorge António, FQ9 – QUIMICA.

REPOSSI, Giordano, A Química – História Ilustrada da Ciência.

MASINI, Giancarlo, A Física – História Ilustrada da Ciência.