Teoria atômica: contexto histórico, principais modelos e como cai no Enem

A teoria atômica é um conjunto de ideias, princípios e modelos que descrevem a natureza e a estrutura dos átomos. A primeira teoria atômica remonta aos tempos da Grécia Antiga, e seu desenvolvimento ocorreu ao longo de séculos de especulações filosóficas e descobertas e experimentos conduzidos por vários cientistas notáveis. 

O que é o Átomo?

O átomo é a unidade básica e fundamental da matéria, que compõe todos os elementos químicos e, por sua vez, todas as substâncias e objetos do universo. Os átomos são tão pequenos que não podem ser vistos a olho nu, e eles formam todas as coisas que nos cercam, desde as rochas e os oceanos até os seres vivos e o ar que respiramos.

Leucipo e Demócrito, dois filósofos gregos da Antiguidade, foram os primeiros a propor a ideia de que toda a matéria era composta por partículas indivisíveis e fundamentais, chamadas átomos. Sua filosofia e concepção sobre os átomos foram um marco significativo na história do pensamento científico e contribuíram para o desenvolvimento posterior das teorias atômicas.

Modelos atômicos

Os modelos atômicos são representações simplificadas e teorias científicas que descrevem a estrutura interna e o comportamento dos átomos com base nas evidências experimentais disponíveis em determinado período da história da ciência. Esses modelos foram desenvolvidos ao longo do tempo, à medida que a compreensão da estrutura atômica avançava e novas descobertas eram feitas.

Cada modelo atômico foi uma tentativa de explicar as propriedades e comportamentos dos átomos com base nas informações disponíveis na época, e muitos modelos foram aprimorados ou substituídos à medida que novas evidências surgiam. 

Modelos atômicos de Dalton e Thomson

A formalização da primeira teoria atômica ocorreu no início do século XIX, quando, por meio de experimentos e evidências científicas, John Dalton propôs o modelo atômico conhecido como “bola de bilhar”. Ele postulava que o átomo era uma esfera indivisível, indestrutível e de massa uniforme, e que os átomos dos diferentes elementos químicos eram diferentes em massa e propriedades.

Após a teoria de Dalton, muitos cientistas e pesquisadores contribuíram com novas descobertas e ideias para aprimorar a compreensão da estrutura atômica, levando ao desenvolvimento de modelos atômicos mais sofisticados. 

Joseph John Thomson fez uma descoberta que lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física em 1906: os elétrons. Thomson constatou que suas observações científicas eram incompatíveis com o modelo proposto por Dalton. O novo modelo de Thomson propôs que o átomo era uma esfera não maciça carregada positivamente com elétrons distribuídos homogeneamente, como em um “pudim de passas”. Além disso, Thomson propôs que os átomos fossem eletricamente neutros.  

Modelos atômicos de Rutherford, de Bohr e de Sommerfeld

Ernest Rutherford, que pesquisava a radioatividade dos elementos, havia descoberto as partículas alfa, que eram positivas. Ele, então, realizou um experimento que consistia em bombardear uma fina folha de ouro com partículas alfa, permitindo observar as interações das partículas com a matéria: a  maioria das partículas passava através da folha de ouro, enquanto algumas partículas eram desviadas.

Com base nos resultados observados, Rutherford concluiu que a maioria do átomo é composta por espaço vazio, com quase toda a massa concentrada em um núcleo extremamente denso e pequeno no centro do átomo. Ele comparou o átomo a um "sistema solar em miniatura", onde os elétrons orbitavam ao redor do núcleo, assim como planetas que orbitam ao redor do Sol.

O modelo de Rutherford foi desenvolvido após a descoberta da estrutura nuclear do átomo. Rutherford propôs que o átomo fosse formado principalmente por espaço vazio, com um núcleo denso e pequeno no centro, carregado positivamente e cercado por elétrons orbitando em torno dele.

Mais tarde, Niels Bohr propôs uma expansão do modelo de Rutherford, com a adição de níveis de energia quantizados para os elétrons. O modelo de Bohr descreve os elétrons em órbita em camadas eletrônicas ao redor do núcleo e explicava as transições eletrônicas que resultam em emissão ou absorção de energia.

O modelo atômico proposto pelo físico alemão Arnold Sommerfeld é uma extensão do modelo atômico de Rutherford-Bohr. Ele foi desenvolvido para explicar algumas discrepâncias observadas no comportamento dos elétrons nas órbitas atômicas e para levar em conta fenômenos que não eram explicados pelo modelo original de Bohr. Enquanto o modelo de Bohr descreve as órbitas eletrônicas como circulares, Sommerfeld permitiu que as órbitas elípticas fossem consideradas. Isso significa que os elétrons podiam ter órbitas elípticas em vez de órbitas circulares fixas, proporcionando uma melhor descrição da distribuição dos elétrons ao redor do núcleo.

Modelo atômico atual: Modelo quântico

O modelo quântico é a descrição atualmente aceita da estrutura atômica. É baseado na teoria quântica, que descreve o comportamento das partículas subatômicas. Nesse modelo, os elétrons são considerados partículas ondulatórias com distribuições de probabilidade, chamadas orbitais, em vez de órbitas fixas.

O esquema a seguir resume a evolução dos modelos atômicos propostos até o modelo aceito atualmente. 

Teoria Atômica no Enem

(ENEM - 2019) 

Em 1808, Dalton publicou o seu famoso livro intitulado Um novo sistema de filosofia química (do original A New System of Chemical Philosophy), no qual continha os cinco postulados que serviam como alicerce da primeira teoria atômica da matéria fundamentada no método científico. Esses postulados são numerados a seguir:

1. A matéria é constituída de átomos indivisíveis.

2. Todos os átomos de um dado elemento químico são idênticos em massa e em todas as outras propriedades.

3. Diferentes elementos químicos têm diferentes tipos de átomos; em particular, seus átomos têm diferentes massas.

4. Os átomos são indestrutíveis e nas reações químicas mantêm suas identidades.

5. Átomos de elementos combinam com átomos de outros elementos em proporções de números inteiros pequenos para formar compostos.

Após o modelo de Dalton, outros modelos baseados em outros dados experimentais evidenciaram, entre outras coisas, a natureza elétrica da matéria, a composição e organização do átomo e a quantização da energia no modelo atômico.

OXTOBY, D. W.; GILLIS, H. P.; BUTLER, L. J. Principles of Modern Chemistry. Boston: Cengage Learning, 2012 (adaptado).

Com base no modelo atual que descreve o átomo, qual dos postulados de Dalton ainda é considerado correto?

a) 1

b) 2

c) 3

d) 4

e) 5

Resolução:

Entre os postulados de Dalton, ainda é considerado correto o que indica que os átomos de elementos se combinam com átomos de outros elementos em proporções de números inteiros pequenos para formar compostos. A evolução do modelo que representa a estrutura atômica comprovou que os átomos não são indivisíveis, ou indestrutíveis, apresentando partículas subatômicas: prótons, nêutrons e elétrons. Os átomos de um mesmo elemento químico tem o mesmo número de prótons, podendo apresentar diferentes quantidade de nêutrons e elétrons; consequentemente, podem ter diferentes massas e propriedades.  

(Alternativa E)