Os modelos atômicos

O conceito de átomo indivisível, imutável e indestrutível afirmado pelos sábios gregos era uma idéia filosófica.

Teoria atômica de Dalton
    Em 1808, o químico inglês John Dalton retomou a hipótese atômica de Demócrito para explicar a composição da matéria.
    Segundo Dalton, nas diversas combinações dos átomos – ainda tidos como partículas fundamentais e indivisíveis – estaria a origem da diversidade das substâncias conhecidas.
    Ele então formulou explicações para a sua teoria atômica. No modelo concebido por Dalton, os átomos seriam minúsculas esferas maciças, homogêneas, indivisíveis e indestrutíveis.
O modelo de Thomson
    O modelo de Dalton possibilitou explicação de diversos fenômenos e contribuiu muito para a evolução do conhecimento da matéria. No entanto, não considerava a natureza elétrica da matéria.
    Novos conhecimentos, novas questões eram formuladas, e o modelo de Dalton não satisfazia, pois não explicava a existência do elétron. Era necessário, então, um modelo que tivesse como base o fato de a matéria, portanto o átomo, possuir partículas com a carga elétrica negativa e, supostamente, também conter partículas com carga elétrica positiva.
    Cerca de um século depois de Dalton, o cientista inglês Joseph John Thomson propôs outro modelo para explicar o átomo, levando em consideração o conhecimento já existente sobre eletricidade.
    Em 1887, Thomson afirmou que o átomo seria uma esfera neutra, maciça e não-homogênia, composta por um fluído positivo onde estariam dispersos os elétrons.
    No modelo de Thomson, o átomo continua sendo representado por uma minúscula esfera maciça, porém revela o átomo como uma estrutura complexa e divisível.
    Esse modelo de átomo á chamado por alguns de “pudim de passas”: a massa do pudim seria a carga positiva, e as passas espalhadas sobre o pudim seriam as partículas negativas – os elétrons.

O Modelo de Rutherford

    Em 1904, o cientista neozelandês Ernest Rutherford realizou um experimento que ficou conhecido na história da ciência como experimento de Rutherford. 

    Rutherford concluiu que: O átomo não é uma esfera maciça.
    O átomo possui uma região central onde está concentrada a sua massa.
    Esse núcleo apresenta carga positiva.
    Com esses dados, Rutherford construiu um modelo atômico semelhante ao Sistema Solar, em que o átomo é uma partícula muitíssimo pequena composta de duas regiões:
uma interna, o núcleo, onde estariam concentradas praticamente toda a massa do átomo – de carga elétrica positiva, representada por partículas chamadas de prótons;
outra externa, de massa desprezível, onde estariam os elétrons, diminutas partículas negativas em movimento ao redor do núcleo - a eletrosfera.

    Nos modelos aqui apresentados, as dimensões do núcleo e da eletrosfera não estão em escala. Na realidade, a eletrosfera tem o seu volume cerca de 100 mil vezes maior que o do núcleo.
    Em 1932, o físico inglês James Chadwick (1891-1974), realizando experiências com material radioativo, comprovou uma das hipóteses de Rutherford que afirmava a possibilidade de existir no núcleo uma outra partícula desprovida de carga elétrica.
    Chadwick chamou essas partículas de nêutrons.
O modelo de Rutherford-Böhr
    O modelo atômico de Rutherford foi complementado com um novo conceito introduzido pelo físico dinamarquês Niels Bohr:
   “O elétrons descreve uma órbita circular ao redor do núcleo sem ganhar ou perder energia.”
   Cada órbita descrita pelo elétron é denominada nível de energia ou camada de energia. Em um átomo, há várias órbitas circulares, cada uma delas com um determinado valor energético.

O Interior do Átomo
    No centro de um átomo está o seu núcleo, que apesar de pequeno, contém quase toda a massa do átomo. Os prótons e os nêutrons são as partículas nele encontradas, cada um com uma massa atômica unitária.
    O número de prótons no núcleo estabelece o número atômico do elemento químico e, o número de prótons somado ao número de nêutrons é o número de massa atômica. Os elétrons ficam fora do núcleo e tem pequena massa.
Características das Partículas:
Prótons: tem carga elétrica positiva e uma massa unitária.
Nêutrons: não tem carga elétrica, mas tem massa unitária.
Elétrons: tem carga elétrica negativa e quase não possuem massa.

Cargas elétricas e massas
     Inúmeros experimentos realizados permitiram estabelecer as propriedades das partículas do átomo quanto à sua carga elétrica e massa.
    Quando à carga elétrica: considera-se a carga do próton igual a +1; a carga do elétron igual a -1, e a carga do nêutron igual a zero.
    Como se sabe, cargas elétricas de mesma intensidade e de sinais contrários se neutralizam. Ou seja, a carga elétrica de um próton (positiva) anula a carga elétrica de um elétron (negativa). Qualquer átomo apresenta número de prótons e de elétrons iguais; logo, é eletricamente neutro.
     Quanto a massa: tendo o valor da massa do próton como referência, afirma-se que a massa do nêutron é praticamente igual à massa do próton. Como o próton possui massa cerca de 2 mil vezes maior que a de um elétron, esta última é considerada desprezível.

O núcleo do átomo
    Agora, vamos considerar melhor as características do núcleo atômico.

 Número atômico

    Há muitos átomos diferentes entre si. Por exemplo, o átomo de alumínio é diferente do átomo de ouro.     Qual será a principal diferença entre os tipos de átomos?
    Após estudos definiu-se que o número de prótons é uma das principais características que diferenciam um átomo do outro.
    Esse número é chamado de número atômico e é representado pela letra Z.
    Z é a “carteira de identidade” do átomo, pois indica a qual elemento químico cada átomo pertence.
    O conjunto dos átomos que possuem o mesmo número atômico (Z) é denominado elemento químico.
    Portanto, a partir do conceito de elemento químico, á possível afirmar que átomos com número de prótons diferentes entre si pertencem, obrigatoriamente a elementos químicos diferentes. Vejamos:
    O átomo de sódio tem 11 prótons; logo, seu número atômico é igual a 11 (Z = 11), e todos os átomos com número atômico (Z) igual a 11 pertencem ao elemento químico sódio.

Número de massa

    É a soma do número de prótons com o número de nêutrons. O número de massa é representado pela letra A.

    Nesta expressão, temos:           A = número de massa;
                                                    p = número de prótons;
                                                    n = número de nêutrons.
    Logo, a diferença entre o número de massa e o número atômico revela o número de nêutrons.

    A soma do número de prótons com o número de nêutrons, ou seja, o número de massa (A), não corresponde a toda a massa do átomo, pois também existem os elétrons. O motivo de A representar a massa do átomo é que a amassa do elétron é desprezível quando comparada com a dos prótons e nêutrons.
    Átomos pertencentes ao mesmo elemento químico podem apresentar diferentes números de nêutrons. A prata, por exemplo, é encontrada na natureza com números de nêutrons distintos: 60 e 62. Se somarmos esses números com o número de prótons, que é igual a 47, teremos:
60 nêutrons + 47 prótons = 107 como número de massa.
62 nêutrons + 47 prótons = 109 como número de massa.

     Por isso, somente o número atômico pode identificar a que elemento químico o átomo pertence.

Representação dos átomos

    Os átomos dos elementos químicos são representados por símbolos composto por uma, duas ou três letras. Para o sódio, utiliza-se Na, para o cloro Cl; para o carbono, C; e assim por diante.
     Note que a primeira letra é sempre maiúscula. Normalmente, o número de massa (A) é representado no canto superior esquerdo, e o número atômico (Z) no canto inferior esquerdo.
     Observe o exemplo para o elemento químico cloro: