teoria atômica de dalton

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38 QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 20, NOVEMBRO 2004 A constituição da matéria sempre intrigou os homens. Ela está entre as primeiras especulações filosóficas, e nestas a idéia de átomos tem uma longa his- tória. Várias concepções surgiram, tanto no Ocidente como no Oriente, em circunstâncias, culturas e épocas distintas. Diferentes hipóteses a res- peito da constituição da matéria a par- tir de partículas discretas surgiram na Índia antiga, por exemplo, e especula- se se poderia ter ocorrido alguma forma de intercâmbio intelectual com os gregos nesse campo. Tanto no bramanismo como no budismo e no jainismo desenvolveram-se concep- ções de organização da matéria an- tes da era cristã. No entanto, como este artigo trata da tradição ocidental, culminando na obra de John Dalton, esse aspecto do atomismo não será aqui abordado. Por isso, vamos pas- sar em revista algumas das concep- ções surgidas na Grécia e em outras partes da Europa Ocidental. Em Eléia, ao sul da Itália, surgiu no início do século V a.C. uma escola de pensamento, representada por filósofos como Parmênides e Zenão, que se preocuparam sobretudo com questões ligadas ao mundo material. Sua concepção da matéria tem muito Recebido em 28/05/04; aceito em 5/11/04 Carlos Alberto L. Filgueiras A teoria atômica de Dalton, um dos marcos da Química do século XIX, surgiu e foi publicada ao longo da primeira década daquele século. Ela deu uma forma operacional, capaz de ser usada em determinações experimentais, a uma das mais antigas inquietações humanas, que dizia respeito à constituição da matéria. Com Dalton cessa toda a especulação puramente abstrata que cercava o tema desde a Antigüidade clássica. Em seu lugar surge uma teoria que une conceitos teóricos à possibilidade de sua aplicação prática. Por isso o presente artigo faz uma breve resenha de aspectos das teorias filosóficas que precederam a elaboração daltoniana e procura mostrar o encadeamento que levou ao aparecimento da obra do químico inglês. origem da Teoria Atômica, Dalton, bicentenário da Teoria Atômica a ver com a realidade ou não do movimento e do vácuo. Para os elea- tas, o movimento, a mudança e a variedade das coisas e tudo o que apreendemos com os sentidos é ilu- sório. O movimento não existe: o pre- tenso deslocamento de uma flecha no ar é um engano de nossos sentidos e pode ser decomposto em quadros estáticos, como numa película cine- matográfica. São nossos olhos que nos iludem, fazendo- nos crer na realidade do movimento. A matéria é contínua; logo não pode haver movimento. Se ele existisse, o desloca- mento de um corpo em relação a outro teria de dar-se no vazio. Caso contrá- rio, corpos diferentes ocupariam o mesmo espaço, o que é absurdo. Se a matéria é contínua, não existem va- zios e o movimento não pode ocorrer. Leucipo de Abdera (ativo em mea- dos do século V a.C.), em oposição aos eleatas, acreditava na evidência dos sentidos e, conseqüentemente, na realidade do movimento dos cor- pos. Em conseqüência, deve haver vácuo, para que os corpos se movi- mentem uns em relação aos outros. Para que haja movimento, a matéria não pode ser contínua, portanto ela deve ser constituída por partículas, ou princípios. Os primeiros princípios de que se constitui a matéria são partí- culas fundamentais, os “átomos” (dis- cute-se se o nome “átomos”, ou “indi- visíveis”, teria sido cunhado por Leu- cipo ou por Demócrito). Os átomos, além de indivisíveis, são também sólidos, compactos e podem ter inúme- ros formatos. Dife- rentes combinações de diferentes átomos dão origem à varie- dade de coisas no mundo. Demócrito de Abdera (~460-370 a.C.) é tradicional- mente considerado um elaborador das idéias de Leucipo, embora não se tenha certeza da autoria das contri- buições de cada um, uma vez que o que se conhece deles provém quase totalmente de citações de pósteros, como Aristóteles, que os citaram para deles discordarem. Para Demócrito, nada é criado do nada e nada é des- truído para o nada. Esta é uma ex- pressão prematura do princípio de Duzentos anos da teoria atômica de Dalton Diferentes hipóteses a respeito da constituição da matéria a partir de partículas discretas surgiram na Índia antiga, e especula-se se poderia ter ocorrido alguma forma de intercâmbio intelectual com os gregos nesse campo

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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 20, NOVEMBRO 2004

A constituição da matériasempre intrigou os homens.Ela está entre as primeiras

especulações filosóficas, e nestas aidéia de átomos tem uma longa his-tória. Várias concepções surgiram,tanto no Ocidente como no Oriente,em circunstâncias, culturas e épocasdistintas. Diferentes hipóteses a res-peito da constituição da matéria a par-tir de partículas discretas surgiram naÍndia antiga, por exemplo, e especula-se se poderia ter ocorrido algumaforma de intercâmbio intelectual comos gregos nesse campo. Tanto nobramanismo como no budismo e nojainismo desenvolveram-se concep-ções de organização da matéria an-tes da era cristã. No entanto, comoeste artigo trata da tradição ocidental,culminando na obra de John Dalton,esse aspecto do atomismo não seráaqui abordado. Por isso, vamos pas-sar em revista algumas das concep-ções surgidas na Grécia e em outraspartes da Europa Ocidental.

Em Eléia, ao sul da Itália, surgiuno início do século V a.C. uma escolade pensamento, representada porfilósofos como Parmênides e Zenão,que se preocuparam sobretudo comquestões ligadas ao mundo material.Sua concepção da matéria tem muito

Recebido em 28/05/04; aceito em 5/11/04

Carlos Alberto L. Filgueiras

A teoria atômica de Dalton, um dos marcos da Química do século XIX, surgiu e foi publicada ao longo daprimeira década daquele século. Ela deu uma forma operacional, capaz de ser usada em determinaçõesexperimentais, a uma das mais antigas inquietações humanas, que dizia respeito à constituição da matéria.Com Dalton cessa toda a especulação puramente abstrata que cercava o tema desde a Antigüidade clássica.Em seu lugar surge uma teoria que une conceitos teóricos à possibilidade de sua aplicação prática. Por issoo presente artigo faz uma breve resenha de aspectos das teorias filosóficas que precederam a elaboraçãodaltoniana e procura mostrar o encadeamento que levou ao aparecimento da obra do químico inglês.

origem da Teoria Atômica, Dalton, bicentenário da Teoria Atômica

a ver com a realidade ou não domovimento e do vácuo. Para os elea-tas, o movimento, a mudança e avariedade das coisas e tudo o queapreendemos com os sentidos é ilu-sório. O movimento não existe: o pre-tenso deslocamento de uma flecha noar é um engano de nossos sentidose pode ser decomposto em quadrosestáticos, como numa película cine-matográfica. São nossos olhos quenos iludem, fazendo-nos crer na realidadedo movimento. Amatéria é contínua;logo não pode havermovimento. Se eleexistisse, o desloca-mento de um corpoem relação a outroteria de dar-se novazio. Caso contrá-rio, corpos diferentes ocupariam omesmo espaço, o que é absurdo. Sea matéria é contínua, não existem va-zios e o movimento não pode ocorrer.

Leucipo de Abdera (ativo em mea-dos do século V a.C.), em oposiçãoaos eleatas, acreditava na evidênciados sentidos e, conseqüentemente,na realidade do movimento dos cor-pos. Em conseqüência, deve havervácuo, para que os corpos se movi-

mentem uns em relação aos outros.Para que haja movimento, a matérianão pode ser contínua, portanto eladeve ser constituída por partículas, ouprincípios. Os primeiros princípios deque se constitui a matéria são partí-culas fundamentais, os “átomos” (dis-cute-se se o nome “átomos”, ou “indi-visíveis”, teria sido cunhado por Leu-cipo ou por Demócrito). Os átomos,além de indivisíveis, são também

sólidos, compactose podem ter inúme-ros formatos. Dife-rentes combinaçõesde diferentes átomosdão origem à varie-dade de coisas nomundo.

Demócrito deAbdera (~460-370a.C.) é tradicional-

mente considerado um elaboradordas idéias de Leucipo, embora nãose tenha certeza da autoria das contri-buições de cada um, uma vez que oque se conhece deles provém quasetotalmente de citações de pósteros,como Aristóteles, que os citaram paradeles discordarem. Para Demócrito,nada é criado do nada e nada é des-truído para o nada. Esta é uma ex-pressão prematura do princípio de

Duzentos anos da teoria atômica de Dalton

Diferentes hipóteses arespeito da constituição da

matéria a partir departículas discretas

surgiram na Índia antiga, eespecula-se se poderia terocorrido alguma forma de

intercâmbio intelectual comos gregos nesse campo

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conservação da matéria, o qual, emsua versão quantitativa, viria a serexplicitado por Lavoisier ao final doséculo XVIII.

Demócrito acreditava que os áto-mos, em adição às características jáassinaladas, também eram inquebrá-veis, tinham peso e participavam daconstituição de todos os corpos, osquais tinham cada qual seu tipo deátomo.

Aristóteles (384-322 a.C.) nãoaceitava o atomismo de Leucipo eDemócrito, por considerá-lo rudimen-tar. Esse caráter rudimentar resulta desua natureza exclusivamente materia-lista. Os corpos são constituídos dematéria, mas também de atributosimateriais. As distinções mais impor-tantes entre os corpos estão nas pro-priedades, funções e capacidades decada um. A principal objeção de Aris-tóteles à teoria atômica de Leucipo eDemócrito é sua incapacidade de ex-plicar a mudança nas substâncias, astransformações químicas, como diría-mos hoje. Se existem átomos paracada tipo de substância, não há pos-sibilidade de transformações quími-cas, o que evidentemente se chocacom a evidência.

Epicuro de Samos (342/1-271/0a.C.) sustentava que a única garantiaou critério de verdade é a percepçãosensorial. A filosofia epicurista reviveo atomismo, ao admitir que toda sen-sação é um movimento de átomosresultando do contato entre corposmateriais. No tato ou no paladar istoé óbvio. A visão, por outro lado, é ex-plicada da mesma maneira, supondoque ela depende de que átomos dosobjetos vistos sejam emitidos poresses objetos e venham até nossosolhos.

Em Lucrécio (Roma, 100/94-55a.C.), a teoria atômica é retomada eexpressa em verso, num longo poe-ma intitulado De Rerum Natura (DaNatureza das Coisas). Durante a Ida-de Média e o Renascimento, todavia,o materialismo da teoria atômica e aoposição de Aristóteles, elevado àcondição de principal filósofo das uni-versidades e da cristandade ociden-tal, tornaram a teoria inaceitável,chegando a ser considerada herética.

Com a efervescência cultural daRevolução Científica, as possibilida-des de existência de vácuo e de áto-mos voltaram a ser temas de grandeimportância. A invenção do barômetropelo discípulo de Galileo, EvangelistaTorricelli (1608-1647), mostrou que, aose inverter um tubo cheio de mercúriosobre uma cuba contendo o mesmometal, a coluna de mercúrio sópermanece até um certo pon-to, que depende da pressãoatmosférica local. Acima dacoluna há vácuo (na realidade,vapor de mercúrio em equi-líbrio com o líquido, o que nãose conhecia no século XVII). Oaparecimento desse “vácuo”estava de acordo com o prin-cípio hidrostático de BlaisePascal (1623-1662). Pascal,todavia, distinguia o “vácuo”sobre a coluna de mercúrio do“nada”. Por isso não admitia apossibilidade de haver vácuofora do mundo. No entendi-mento moderno de que o “vá-cuo” é na verdade uma rarefa-ção, o pensamento de Pascalnos afigura bastante moderno.De acordo com René Descar-tes (1596-1650), a caracterís-tica essencial da matéria do

universo é sua extensão. A extensãoé também a característica fundamen-tal do espaço. A matéria cartesiana éinfinitamente divisível e não há espaçovazio na natureza. O universo estápleno de matéria e o movimento éuma realidade, transmitindo-se porcontato entre vórtices que se comu-nicam ao longo do espaço. Essesvórtices, ou turbilhões, seriam devidosao movimento de um material hipoté-tico e muito sutil que permearia todoo universo, denominado “éter”. PierreGassendi (1592-1655) se contra-punha a seu contemporâneo, defen-dendo uma espécie de “atomismocristianizado”, a partir das idéias deEpicuro. Como sacerdote católico,Gassendi não podia admitir o atomis-mo ateu dos gregos e sim um sistemaque necessitava de Deus como cria-dor e autor da força que anima e regu-la o mundo.

Na Inglaterrra, Robert Boyle (1627-1691) procurou conciliar o atomismocom sua própria experiência de quími-co, preferindo, todavia, falar de “cor-púsculos” constituintes dos corpos,em vez de fenômenos que não sãooriundos apenas de trocas entre ascaracterísticas aristotélicas da ma-téria. Uma qualidade como o odordepende do arranjo dos corpúsculosque formam os corpos: desta sorte,

Duzentos anos da teoria atômica de Dalton

Cronologia sucinta do desenvolvimento da obra de Daltonaté chegar à Teoria Atômica

1801: Lei das Pressões Parciais1803: Primeira tabela de pesos atômicos (publicada em 1805)1807: Primeira publicação da teoria atômica de Dalton, por Thomas Thomson

(System of Chemistry)1808: Publicação da primeira parte do livro mais importante de Dalton, o

New System of Chemical Philosophy, com seu próprio relato da novateoria atômica (as outras duas partes se seguiriam em 1810 e 1827,respectivamente).

John Dalton em gravura de 1823. Além de equipa-mento de laboratório, vêem-se também os símbolosquímicos de Dalton nos papéis à sua frente.

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duas substâncias de mau odor po-dem interagir, produzindo um novocomposto de cheiro agradável.

Muitas outras abordagens do con-ceito de átomo apareceram ao longodo tempo. Todas elas partilharam comaquelas que aqui foram delineadasseu caráter de pura especulação filo-sófica. Somente no início do séculoXIX é que surgirá, com John Dalton,uma teoria atômica operacional. Nemsequer Lavoisier, cuja obra aponta,poucos anos antes de Dalton, para oque se costuma chamar de QuímicaModerna, quis tratar do assunto, porainda não dispor de dados concretossobre o tema. O rigor lavoisiano emsó afirmar aquilo que pode ser deter-minado pela experiência, fugindo doque só pode ser conjecturado, estápresente nesta afirmação de seuTratado Elementar de Química, de1789:

A química caminha pois emdireção a seu objetivo e em di-reção à perfeição, dividindo,subdividindo e ainda resubdi-vidindo, e nós ignoramos qualserá o fim de sua trajetória. Nãopodemos assegurar que aquiloque consideramos hoje comosimples o seja de fato; tudo quepodemos dizer é que tal subs-tância é o termo atual ao qualchega a análise química, e queela não pode mais se subdividirno estado atual de nossosconhecimentos.

Por ter essa convicção ele não quisespecular sobre o conceito de átomo.

William Higgins (1762/3-1825), umquímico irlandês, publicou em 1789um livro em que comparava a velhaquímica flogística, anterior a Lavoisier,com a nova química do pesquisadorfrancês e seu círculo. Nessa obra eleusa o termo “partículas últimas” parao que nós chamaríamos átomos.Todavia, ele diz, por exemplo, que aspartículas últimas de enxofre e deoxigênio no dióxido de enxofre são to-das idênticas em peso, o mesmosucedendo com as partículas últimasde nitrogênio e oxigênio que consti-tuem o óxido nítrico. Sua teoria atô-mica era, portanto, ainda bastanterudimentar e continha incorreções. No

entanto, alguns anos após a publica-ção da teoria atômica de Dalton,Higgins alegou que o crédito da des-coberta da teoria deveria ser credi-tado a ele. Isto originou uma longacontrovérsia, mas uma análise do co-pioso material existente mostra agrande originalidade e abrangênciado trabalho de Dalton.

Vida e obra de John DaltonJohn Dalton (1766-1844) nasceu

em Eaglesfield, um lugarejo do norteda Inglaterra, filho de um modesto te-celão. A família pertencia à religiãoQuaker, que foi uma forte influênciapara John e à qual ele permaneceuligado por toda a vida. Sua educaçãoformal não chegou ao nível universi-tário, mas ele sempre demonstroumuita determinação e grande predile-ção por Matemática. Sua aptidão nosestudos foi sempre extraordinária, eele se tornou um autodidata em mui-tos assuntos. A necessidade de aju-dar a família fez com que desde cedoo jovem Dalton começasse a traba-lhar naquilo que sabia fazer: ensinar.Aos 12 anos de idade criou uma es-cola, que funcionava de início numpaiol, sendo depois transferida parao salão de reuniões dos Quakers. Aescola teve duração efêmera, pois

funcionou só até 1780. Ao mesmotempo, Dalton continuou a estudar eveio a tornar-se versado em grego,latim, francês e filosofia natural. Em1781, John e seu irmão Jonathan fo-ram convidados a se tornarem assis-tentes na escola de Kendal, ondelecionaram Matemática e línguasantigas e modernas. A partir de 1785,com a aposentadoria do mestre-escola, seu primo George Bewley, osdois irmãos assumiram a direção daescola. De 1784 a 1794, John Daltonescreveu em jornais, estudou Zoolo-gia e Botânica, passou a manter umdiário de observações meteorológi-cas e a lecionar cursos de filosofianatural, incluindo-se aí a química dosgases. Em 1793 foi convidado a serprofessor de Matemática e filosofianatural no New College, de Manches-ter. A partir daí, viveu naquela cidadeaté o fim de seus dias. Em suas aulasde Química, um dos livros adotadosera o Tratado Elementar de Química,de Lavoisier. Poucos anos depois eledeixou o cargo de professor no NewCollege e passou a se manter sobre-tudo com aulas particulares. Um deseus alunos ilustres foi JamesPrescott Joule (1818-1889), futuro ela-borador da teoria mecânica do calor.

Dalton desenvolveu desde cedouma paixão pela meteorologia. Por 46anos tomou medidas diárias do tem-po e das condições atmosféricas, re-gistrando no papel mais de duzentasmil observações. Se for verdade a opi-nião popular de que o assunto quemais interessa aos ingleses é o tem-po, então Dalton pode ser conside-rado a quintessência do britanismo.Esse interesse pela meteorologialevou-o a debruçar-se sobre o estudodos gases, concentrando-se, numafase inicial, naqueles que constituema atmosfera. Sua meticulosidade emrealizar e anotar observações era pro-verbial. Embora seus copiosos volu-mes de notas manuscritas houves-sem já sido publicados, é de lamentarque os originais tenham sido total-mente destruídos na noite de 23-24de dezembro de 1940, juntamentecom milhares de outros documentose volumes preciosos, quando um ata-que aéreo da Luftwaffe, a força aéreaalemã, bombardeou sua cidade e

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Frontispício de A New System of Chemi-cal Philosophy, de 1808.

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destruiu a sede da Sociedade Literáriae Filosófica de Manchester, ondeestavam depositados aqueles mate-riais.

O primeiro dos estudos de Daltonsobre os gases levou à teoria da mis-tura dos gases. Havia ao final do sé-culo XVIII um enigma que desafiavaos pesquisadores. Sabia-se que aatmosfera era composta principal-mente de nitrogênio e oxigênio,contendo também gás carbônico evapor d’água. No entanto, como serelacionavam esses gases entre si?Formavam eles um composto gaso-so, que podia ser decomposto duran-te as reações exaustivamente estuda-das pelos eminentes químicos dossetecentos, ou, ao contrário, estavamapenas misturados, como numamistura de açúcar e sal? Curiosamen-te, a composição do ar era pratica-mente constante, como mostravamas abundantes observações de Dal-ton realizadas em lugares os mais dis-tantes entre si. Alguns anos depois,em França, o químico Louis JosephGay-Lussac (1778-1850) viria a mos-trar que a constituição percentual daatmosfera é praticamente constanteaté alturas consideráveis, mesmosendo a pressão menor. Isto ele pró-prio determinou por meio de duasascensões em balão, no ano de 1804,quando chegou a atingir a altitude de7016 metros. Dalton, sob a influênciade Newton, acreditava que os gases

da atmosfera formassem apenas umamistura, sem que qualquer ligaçãoquímica existisse entre eles. Se issofosse correto, por que o dióxido decarbono, mais pesado, não se con-centraria nas camadas inferiores daatmosfera, seguido do vapor d’água,do oxigênio e do nitrogênio, em or-dem decrescente de peso? Aqui ébom lembrar que ainda não se sabiaque o oxigênio e o nitrogênio forma-vam espécies diatômicas O2 e N2, eque a composição da água era consi-derada como sendo do tipo 1:1 emhidrogênio e oxigênio, ou HO. A con-dução da questão por Dalton é umexemplo de que muitas vezes a ciên-cia progride não a partir de dadosexperimentais, mas sim de uma idéiaconcebida previamente pelo cientistae só então testada à luz da experiên-cia. Tudo isso está claro em seu artigointitulado “Nova teoria da constituiçãodos fluidos aeriformes mistos e parti-cularmente da atmosfera”, lido origi-nalmente em 1801 na SociedadeLiterária e Filosófica de Manchester epublicado no ano seguinte nas Me-mórias da Sociedade. Nessa memó-ria Dalton introduz a seguinte propo-sição:

Quando dois fluidos elásti-cos, denominados A e B, sãomisturados, não há qualquer re-pulsão mútua entre suas partí-culas, isto é, as partículas de A

não repelem as de B, comoelas se repelem umas às outras(isto é, só A repele A, ou só Brepele B, n. do presente autor).Conseqüentemente, a pressãoou peso total sobre qualquerpartícula deve-se apenas àque-las de sua própria espécie.

Esta é uma importante lei desco-berta por Dalton, conhecida como leidas pressões parciais. Mais tarde eledaria um novo enunciado dessa leiem termos mais práticos:

Quando a mistura de quais-quer dois ou mais gases atingeo equilíbrio, a energia elásticade cada um deles sobre a su-perfície do recipiente ou dequalquer líquido é precisamen-te a mesma como se ele fosseo único gás presente ocupan-do todo o espaço, e todos osoutros tivessem sido retirados.

Seu amigo William Henry (1774-1836) enunciaria essa mesma lei co-mo: cada gás é um vácuo para qual-quer outro gás. Um enunciado moder-no da lei é: a pressão total de umamistura de gases é igual à soma daspressões que cada um exerceria seestivesse sozinho. Na realidade, osdados então disponíveis não levariama essa generalização, mas Dalton es-tava convencido de sua realidade,que veio a se mostrar correta.

Anos mais tarde o próprio Daltonconfessaria, numa conferência profe-rida na Royal Institution, em Londres,que sua teoria atômica lhe veio a partirda lei das pressões parciais. A inde-pendência de um gás em relação aoutro seria devida aos diferentestamanhos das partículas que os cons-tituíam. Mais tarde também lhe ocor-reu a idéia de que seus pesos tam-bém seriam diferentes.

É sintomático da variedade dosinteresses de Dalton que, no mesmoano de 1801 em que produziu suasmemórias sobre os gases, ele tam-bém publicaria seus Elementos deGramática Inglesa. Esse interesse porassuntos de natureza variada seriamantido ao longo de toda a sua vida.

A influência de Lavoisier e seu ima-ginário calórico, o fluido do calor, tam-bém foram consideráveis sobre

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Os símbolos criados por Dalton para os elementos e seus compostos, de A New Sys-tem of Chemical Philosophy.

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Dalton. Ele descreveria uma partículagasosa como constituída por umátomo central de matéria sólida extre-mamente pequena, que está cercadopor uma atmosfera de calor, de grandedensidade nas proximidades doátomo, e rarefazendo-se gradualmen-te de acordo com alguma potência dadistância. Já que as partículas de dife-rentes gases não interagiam quimi-camente, uma possível conseqüên-cia era aquela que ele vislumbroubrilhantemente ao formular a lei daspressões parciais.

A preocupação em mostrar a vali-dade de suas idéias a respeito danatureza dos gases que constituema atmosfera levou Dalton a continuarsua pesquisa, enveredando pelo ca-minho da natureza da dissolução dosgases em água e do problema de de-terminar o peso relativo de diferentesgases em relação a outros. Aqui seencontra o germe de sua teoria atô-mica. Seus apontamentos de setem-bro de 1803 mostram pela primeiravez os símbolos atômicos, fórmulasatômicas e pesos relativos do que eleainda chamava de “partículas últi-

mas”. Como o vapor d’água tem den-sidade menor que o oxigênio, emboracontenha oxigênio, ele rejeitou com-parar os pesos relativos das partícu-las últimas com as densidades dosgases. A partir daí decidiu tentar obteros pesos relativos a partir das propor-ções em que essas partículas secombinam. Surgiram então relaçõessimples como as seguintes: o car-bono se une ao oxigênio para formaro monóxido de carbono na proporçãode 3 para 4 em peso, ao passo quena formação do dióxido de carbonoa proporção é de 3 para 8. Conside-rações dessa natureza levaram amais uma lei fundamental, a das pro-porções múltiplas: em compostosdiferentes formados pelos mesmoselementos, há uma razão simples en-tre o peso fixo de um elemento e ospesos variáveis do outro.

Na verdade, pode-se ler nos apon-tamentos de laboratório de Daltonque, em 1803, de forma explícita ouimplícita, ele já sustentava os seguin-tes princípios:

• a matéria é constituída por par-tículas últimas ou átomos;

• os átomos são indivisíveis e nãopodem ser criados nem destruí-dos (Princípio de Conservaçãoda Matéria - Lavoisier);

• todos os átomos de um mesmoelemento são idênticos e apre-sentam o mesmo peso;

• átomos de elementos diferentestêm pesos diferentes;

• os compostos são formados porum número fixo de átomos deseus elementos constituintes(Lei das Proporções Fixas -Proust);

• se existir mais de um compostoformado por dois elementosdiferentes, os números dos áto-mos de cada elemento noscompostos guardam entre siuma razão de números inteiros(Lei das Proporções Múltiplas -Dalton) - podemos aplicar esteprincípio em muitos exemplos,como nos óxidos de ferro, FeO,Fe2O3 e Fe3O4;

• o peso1 do átomo de um ele-mento é constante em seuscompostos - se a reagir com bpara formar ab e c reagir com dpara formar cd, então se abreagir com cd os produtos serãoad e cb (Lei das ProporçõesRecíprocas - Richter). Comoexemplo, podemos consideraras seguintes reações, dadas,em notação moderna, por:

2K + I2 → 2KI

Pb + Cl2 → PbCl2

2KI + PbCl2 → 2KCl + PbI2

Estava preparado o terreno paraa explicitação da Teoria Atômica.

A Teoria AtômicaA primeira comunicação oral de

Dalton a respeito de sua teoria foi lidapor ele na Sociedade Literária e Filo-sófica de Manchester em 21 de outu-bro de 1803. Sua publicação deveu-se inicialmente a seu amigo ThomasThomson (1773-1852) que, após ouvi-la do autor em 1804, decidiu apresen-tá-la, com o devido crédito, em seulivro System of Chemistry, publicadoem 1807. Thomson, em sua detalha-da descrição da teoria de Dalton, usa

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Versão elaborada dos símbolos criados por Dalton para os elementos e seus compostos.

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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 20, NOVEMBRO 2004Duzentos anos da teoria atômica de Dalton

Tabela 1: Os pesos atômicos segundo Dalton: primeira tabela de pesos atômicos,apresentada oralmente por Dalton em 1803 e publicada como artigo nas Memoirs of thePhilosophical Society of Manchester (2nd series, v. 1, p. 271-287, 1805). O padrão é oátomo de hidrogênio, cujo peso atômico foi considerado unitário. A coluna da direitaapresenta parte de sua segunda tabela, publicada no livro A New System of ChemicalPhilosophy, em 1808.

Pesos atômicos (sic)

Espécie química 1805 1808

Hidrogênio 1 1Azoto 4,2 5Carbono 4,3 5Amônia 5,2 6Oxigênio 5,5 7Água 6,5 8Fósforo 7,2 9Hidrogênio fosforetado (PH3) 8,2 -Gás nitroso (NO) 9,3 12Éter 9,6 -Óxido gasoso de carbono (CO) 9,8 12Óxido nitroso (N2O) 13,7 17Enxofre 14,4 13Ácido nítrico (NO2) 15,2 19Hidrogênio sulfuretado (H2S) 15,4 16Ácido carbônico (CO2) 15,3 19Álcool 15,1 16Ácido sulfuroso (SO2) 19,9 -Ácido sulfúrico (SO3) 25,4 34Hidrogênio carburetado da água estagnada (CH4) 6,3 7Gás olefiante (C2H4) 5,3 6

O leitor é convidado a analisar os pesos atômicos acima, quando se tratar de compostos,e examinar as fórmulas moleculares atribuídas por Dalton. A água, por exemplo, tinha afórmula HO.

a palavra átomo e também os símbo-los inventados por ele para represen-tar os átomos de sua teoria. Esta veioa ser publicada pelo próprio Daltonem sua obra principal, saída à luz apartir de 1808, o New System ofChemical Philosophy. As três partesdo livro foram publicadas, respectiva-mente, em 1808, 1810 e 1827. Daltonousou onde Lavoisier não tinha se-quer especulado. Ele correlacionouos pesos relativos das unidades fun-damentais dos elementos químicoscom as combinações que estes apre-sentavam em seus compostos, consi-derando que todas as partículas dehidrogênio, de oxigênio etc. existentesem qualquer composto desses ele-mentos seriam iguais em peso, tama-nho ou forma; da mesma maneira,qualquer partícula de água seria iguala qualquer outra partícula de água.As partículas constituintes das subs-tâncias simples, contendo apenas umtipo de elemento, foram chamadas de“partículas últimas”, e são os nossosátomos.

No livro Novo Sistema, ele assimraciocinou para demonstrar que ga-

ses diferentes não podem ter partí-culas de mesmo tamanho:

Se medidas iguais dos gasesazótico (nitrogênio) e oxigeno-so (oxigênio) fossem mistu-radas, e pudessem rapida-mente unir-se quimicamente,seriam formadas cerca de duasmedidas de gás nitroso (óxidonítrico), pesando o mesmo queas duas medidas originais; maso número de partículas últimassó poderia ser no máximo ametade daquele que existia an-tes da união. Diferentes fluidoselásticos (gases) não têm, por-tanto, o mesmo número de par-tículas, seja no mesmo volume,seja no mesmo peso.

A afirmação final de Dalton não éverdadeira, a nossos olhos moder-nos, uma vez que ela se choca coma hipótese de Avogadro, que apare-ceria em 1811, a qual afirma que“volumes iguais de gases diferentescontêm o mesmo número de molé-culas”.

Sua primeira “tabela de pesos

relativos das partículas últimas doscorpos gasosos e outros”, de 1803,está reproduzida na Tabela 1. Estaainda era muito primitiva, refletindo afalta de acurácia das determinaçõesde então. No New System of Chemi-cal Philosophy ele apresenta umanova tabela, bastante expandida eaperfeiçoada, que dá conta dos pe-sos relativos de substâncias simplese compostas. As unidades fundamen-tais dessas substâncias são todasdenominadas átomos, uma vez queo conceito de molécula, como o co-nhecemos, ainda não existia. Daltonmostrou também como os diferentesátomos se combinavam para formaras substâncias compostas, usandoseu complicado sistema de notação.Este viria mais tarde a ser suplantadopelo sistema do químico sueco JonsJakob Berzelius (1779-1848), queusamos até hoje, no qual o símbolode um elemento é dado pela inicialou por uma combinação desta maisuma outra letra do nome latinizado doelemento.

A Teoria Atômica, porém, não teveuma aceitação pronta e universal;muito pelo contrário. Apesar do apoiode químicos eminentes como Berze-lius, muitos outros cientistas de reno-me relutaram em aceitá-la. A determi-nação experimental dos pesos atômi-cos permaneceu precária por muitotempo, e a confusão que freqüente-mente se fazia entre átomos e molé-culas ajudou a manter a incerteza. Porisso, durante a maior parte do séculoXIX preferiu-se trabalhar com o con-ceito de peso equivalente das espé-cies químicas, no lugar de peso atô-mico ou molecular. Só nas últimasdécadas dos oitocentos é que a situa-ção começaria a esclarecer-se e ateoria atômica de Dalton passaria aocupar pouco a pouco o lugar deproeminência que ela goza na Quí-mica. A história da aceitação da TeoriaAtômica é interessantíssima, masbastante longa para ser discutidaaqui. Seria necessário um outro artigopara tratar desse processo.

Considerações finaisPor seus trabalhos, que lhe ren-

deram muita fama e honrarias, Daltonfoi feito em 1816 membro correspon-

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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 20, NOVEMBRO 2004

Nota

Abstract: Two Hundred Years of Dalton’s Atomic Theory - Dalton’s Atomic Theory, one of the landmarks of chemistry in the 19th century, was developed and published along the first decade of thatcentury. It gave an operational format, amenable to use in experimental determinations, to one of humankind’s oldest quests, an explanation of the constitution of matter. With Dalton all purelyabstract speculation that pervaded the theme since classical antiquity ceases. In its place emerges a theory that unites theoretical concepts with the possibility of their practical application. For thisreason the present article briefly reviews aspects of the philosophical theories that preceded the daltonian elaboration and aims at showing the chain of thought that led to the appearance of the workof the English chemist.Keywords: orign of the atomic theory, Dalton, bicentennial of the atomic theory

Duzentos anos da teoria atômica de Dalton

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dente do Institut de France e, em1830, sucedeu a Humphry Davy(1778-1829) como um dos oito asso-ciados estrangeiros daquele instituto.Foi também eleito, em 1822, membroda Royal Society, a Academia dasCiências da Grã-Bretanha, e quatroanos depois recebeu sua MedalhaReal.

Dalton sempre gozou de ótimasaúde até próximo dos setenta anos;a partir daí sua condição deteriorougradativamente até sua morte em1844. Ele manteve até o fim da vidasua rotina metódica de pesquisadorincansável. Com o tempo veio a tor-nar-se uma celebridade em toda aEuropa, morrendo coberto de honrasem seu país e no estrangeiro.

Dalton estudou e escreveu sobreassuntos os mais variados, tendo

publicado cerca de 150 comunica-ções, desde a cegueira às cores, queele descobriu em si próprio em 1792,e que conhecemos pelo nome dedaltonismo, até sua principal contri-buição à Ciência, uma teoria atômicaoperacional, que veio a ser um dosesteios da Química. Sua teoria atô-mica diferia de tantas outras, de natu-reza especulativa, enunciadas ante-riormente desde os gregos, porquepermitia a realização de cálculosquantitativos baseados em dadosexperimentais coligidos em labora-tório. A teoria atômica de Dalton é umdos marcos fundamentais da Químicado século XIX. Ao contrário das cogi-tações abstratas de tantas outras teo-rias sobre a constituição da matéria,a sua se originou de uma combinaçãode intuição teórica e observações de

laboratório, sendo respaldada direta-mente por seus estudos sobre os ga-ses. A obtenção de resultados confiá-veis nas determinações de pesosatômicos levou muitas décadas. Compesos atômicos confiáveis e o escla-recimento definitivo da diferença en-tre átomos e moléculas, a teoria pas-sou a ter aceitação universal e tornou-se um dos alicerces da Química.

Nota1. Neste artigo, optou-se por usar

a expressão “peso” em vez de “mas-sa”, sendo-se fiel ao uso da época.

Carlos Alberto L. Filgueiras ([email protected]), enge-nheiro químico pela Universidade Federal de MinasGerais e doutor em Química pela Universidade deMaryland (EUA), é docente do Instituto de Químicada Universidade Federal do Rio de Janeiro. Foi pre-sidente da SBQ no biênio 1990-1992.

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Elemento 111: RoentgênioNo dia 1º de novembrode 2004, o elemento111, descoberto emdezembro de 1994 porpesquisadores do GSI

- Centro de Pesquisas sobre Íons Pe-sados, em Darmstadt, Alemanha(vide QNEsc n. 5, p. 12, 1997), foi ofi-cialmente nomeado pela IUPAC comoroentgênio (símbolo Rg).

A descoberta deste elemento foiconfirmada, em 2003, por um grupode trabalho conjunto da IUPAC e da

IUPAP (União Internacional de FísicaPura e Aplicada). A seguir, os desco-bridores do elemento propuseram àIUPAC o nome roentgênio e o símboloRg, seguindo a tradição de nomearelementos em homenagem a cientis-tas famosos. Wilhelm Conrad Roent-gen descobriu os raios X em 8 denovembro de 1895, um novo tipo deradiação ao qual ele deu esse nomedada a sua natureza incerta (videQNEsc n. 2, p. 19-22, 1995). Imediata-mente, os raios X passaram a ser usa-dos em Medicina e encontraram muitas

aplicações tecnológicas, anunciandoa era da Física Moderna, baseada empropriedades atômicas e moleculares.Em 1901, somente seis anos após suadescoberta, os benefícios dos raios Xà humanidade já eram tão evidentesque Roentgen foi laureado com o Prê-mio Nobel de Física. O elemento 111foi sintetizado exatamente 100 anosdepois da descoberta de Roentgen.

Para mais informações: www.iupac.o r g / n e w s / a r c h i v e s / 2 0 0 4 /naming111.html.

(R.C.R.F.)

Rg111