Modelos Atômicos de Thomson e Rutherford

• Objetivos:

Entender o conceito dos modelos atômicos de Thomson e Rutherford

• Fundamentação teórica:

1.   Conceito do modelo atômico de Thomson

 

J.J.Thomson

Em 1897, o cientista inglês Joseph John Thomson, concluiu através de experiências feitas com o tubo de raios catódicos, que esses raios, são na verdade, constituídos pelo fluxo de partículas menores que o átomo e dotados de cargas elétrica negativas. Estava descoberta a partícula que chamamos de elétrons, essa descoberta indicava que um átomo não é indivisível como imaginavam os filósofos gregos ou como sugeria o modelo de Dalton.

Experimento com raios catódicos

Havia a necessidade de um novo modelo e foi J.J. Thomson quem o propôs. O átomo segundo ele, deveria ser formado por uma esfera de carga elétrica positiva, possuindo elétrons anexos. Assim, a carga elétrica total de um átomo seria nula, pois a carga negativa dos elétrons compensaria a carga positiva da esfera que os contém. Esse modelo é conhecido como pudim de passas.

Modelo atômico de Rutherford

OBS: Diferente de Dalton, para Thomson o átomo possuía massa positiva cheia de cargas negativas, o átomo sendo eletricamente carregado.

2.   Conceito do modelo atômico de Rutherford

Ernest Rutherford

Ernest Rutherford, cientista nascido na Nova Zelândia, realizou em 1911 um experimento que conseguiu descartar de vez o modelo atômico de esfera rígida.

O raciocínio de Rutherford foi relativamente simples. Imagine que alguém atirasse com uma metralhadora num caixote de madeira fechado cujo conteúdo fosse desconhecido. Se as balas ricocheteassem, não atravessando o caixote, concluiríamos que dentro dele deveria haver algum material como concreto ou ferro maciço. Mas, se as balas não o atravessassem, chegaríamos à conclusão de que ele estaria vazio ou então de que conteria materiais menos densos, como algodão, serragem ou similares.

Porém, se parte das balas passassem e parte ricocheteasse, concluiríamos que materiais dos dois tipos estariam presentes dentro do caixote. Quanto mais balas o atravessassem, menos material muito denso deveria existir em seu interior.

É óbvio que para descobrir o que há dentro de um caixote seria mais sensato abri-lo e olhar seu interior em vez de atirar nele. Por sua vez, com o átomo não acontece o mesmo, já que não é possível enxergá-lo ou manipula-lo individualmente como fazemos com objetos macroscópicos. Nesse caso, faz sentido “atirar” nele para tentar descobrir algo sobre estrutura interna.

Rutherford atirou numa finíssima folha de ouro, cuja espessura se estima em torno de trezentos ou trezentos e cinquenta átomos. Esses átomos enfileirados correspondem a cerca de 0,00001 cm! A “metralhadora” usada por ele lançava pequenas partículas portadoras de carga elétrica positiva chamada de partícula alfa.

Para saber se essas “balas” atravessavam em linha reta ou eram desviadas ele usou uma tela feita com um material apropriado (fluorescente) que emite uma luminosidade instantânea quando atingida por uma partícula alfa.

Esquematização do experimento feito por Rutherford

A experiência mostrou que a grande maioria das partículas alfa atravessava a folha em linha reta, apenas algumas poucas eram desviadas de sua trajetória.

O experimento permitiu a Rutherford concluir que:

•   O átomo não é maciço, apresentando mais espaço vazio do que preenchido;
•    A maior parte do átomo se encontra em uma pequena região central (que chamaremos de núcleo) dotada de carga positiva, onde estão os prótons (as partículas alfa de carga positiva que chegam próximo ao núcleo também positivo eram desviados repulsão elétrica);
•  Na região ao redor do núcleo (que chamaremos de eletrosfera) estão os elétrons, muito mais leves (1.836 vezes) que os prótons;
•  A contagem do número de partículas que atravessavam e que eram desviadas, repelidas pela carga positiva do núcleo, permitiu fazer uma estimativa de que o raio de um átomo de ouro (núcleo e eletrosfera) é cerca de dez mil a cem mil vezes maior que o raio do núcleo.

• Dica de Hoje: (Aplicação Prática da aula)

Software de simulação Espalhamento de Rutherford, o software aborda os seguintes tópicos:

Tópicos:

• Mecânica Quântica
•   Núcleos Atômicos
•   Estrutura Atômica
• Átomos
•  Partículas Alfa
• Cargas Elétricas
•  Força Elétrica
• Espalhamento de Rutherford
• Modelo Pudim de Passas 

          Descrição

Como Rutherford descobriu a estrutura do núcleo atômico sem poder enxergar o átomo? Simule o famoso experimento em que ele desmentiu o modelo do átomo de pudim de passas, observando partículas alfa jogadas contra átomos e determinando que eles deveriam ter um núcleo pequeno.

Alguns Objetivos de Aprendizagem           

• Descrever a diferença qualitativa entre o espalhamento por núcleo carregado positivamente e átomo pudim de passas eletricamente neutro

• Para o núcleo carregado, descrever qualitativamente como ângulo de deflexão depende: da energia da partícula incidente, do parâmetro de impacto e da carga do alvo.

              

Imagem do software de simulação espalhamento de Rutherford.

Imagem do software de simulação do experimento em que ele desmentiu o modelo do átomo de pudim de passas.

• Como ter acesso ao software de simulação?

1º Passo: Baixar a plataforma Java

Endereço de como baixar a plataforma Java: 

 http://www.baixaki.com.br/download/java-runtime.htm

2º Passo: Entrar no PhET e fazer o seu registro Endereço da plataforma PhET:

https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/category/chemistry

3° Passo: Baixar o software de simulação

Endereço do software de simulação Espalhamento de Rutherford na plataforma PhET:

https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/legacy/rutherford-scattering

  

Referências

PERUZZO, F. M.; CANTO, E. L. do. Química na abordagem do cotidiano. 4 ed. Moderna. São Paulo, 2006.

Autores: 

(Alunos)

Elber Mendes Gonçalves

Mário de Jesus Teles

Natalina Melo Barra

Rayara Quaresma Pinheiro

Viviane Wanzeler Leão

(Bolsistas PIBID)

Claudio Farias de Almeida Júnior

Laciene Alves Melo

Loyde Mendes Gonçalves