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Rutherford e Bohr

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Modelos atômicos, conjuntos de hipóteses sobre a estrutura e o comportamento do átomo.

A teoria atômica moderna começa com John Dalton ao observar, em 1803, que os elementos químicos ligam-se em proporções bem definidas e deste fato concluir que o elemento químico é uma partícula maciça indivisível e eletricamente neutra. Várias experiências, porém, sugeriam que a neutralidade da matéria poderia ser rompida. Por exemplo, a matéria podia ser eletrizada por atrito. Em 1903, Joseph John Thomson sugeriu um modelo, o “pudim de ameixas de Thomson”, em que o átomo era concebido como uma esfera de carga positiva (o pudim) dentro da qual encontravam-se pequenos núcleos de carga negativa (as ameixas). A carga elétrica total do “pudim” era nula. Este modelo não resistiu às experiências. Em 1911, Ernest Rutherford realizou um experimento que o levou a sugerir que o átomo de um elemento é constituído por cargas negativas, os elétrons, que orbitam em torno de um núcleo positivamente carregado, um modelo similar ao Sistema Solar. Esse modelo, aperfeiçoado por Niels Bohr, é conhecido como modelo de Rutherford-Bohr. Posteriormente, o modelo de Rutherford-Bohr foi substituído pela moderna teoria quântica do átomo, em que o elétron ligado ao núcleo positivo é descrito por uma “nuvem” de probabilidade, o orbital.

Rutherford of Nelson, Lord Ernest (1871-1937), físico britânico. Recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1908, por seu trabalho em física nuclear e por sua teoria da estrutura atômica, que descreve o átomo como um núcleo denso rodeado de elétrons.

Identificou os três componentes principais da radiação e denominou-os raios alfa, beta e gama. Também demonstrou que as partículas alfa são núcleos de hélio.

Em 1919, dirigiu um importante experimento, durante o qual bombardeou nitrogênio com partículas alfa e obteve átomos de um isótopo do oxigênio, além de prótons. Esta transmutação foi a primeira a produzir uma reação nuclear de forma artificial.

Bohr, Niels (1885-1962), físico dinamarquês que fez contribuições fundamentais para a física nuclear e para a compreensão da estrutura do átomo.
Bohr nasceu em Copenhague, em 7 de outubro de 1885, e estudou na Universidade de Copenhague, onde recebeu seu doutorado em 1911. No mesmo ano, foi para a Universidade de Cambridge, na Inglaterra, para estudar física nuclear com J. J. Thomson, mas logo transferiu-se para a Universidade de Manchester, para trabalhar com Ernest Rutherford.

A teoria atômica de Bohr, pela qual recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1922, foi publicada em diversos artigos entre 1913 e 1915. Seu trabalho partiu do modelo atômico de Rutherford, segundo o qual o átomo é formado por um núcleo compacto cercado por uma nuvem de elétrons mais leves. O modelo de Bohr fez uso da teoria quântica e da constante de Planck, para estabelecer que um átomo emite radiação eletromagnética apenas quando um elétron salta de um nível quântico para outro. Esse modelo foi fundamental para os desenvolvimentos futuros da física atômica teórica.

Em 1916, Bohr voltou à Universidade de Copenhague como professor de Física, e em 1920 foi nomeado diretor do então recém-criado Instituto de Física Teórica. Lá, desenvolveu uma teoria relacionando os números quânticos a sistemas que seguem as leis da física clássica, e fez outras contribuições importantes à física teórica. Seu trabalho ajudou a formulação do conceito de que os elétrons se organizam em camadas e que os elétrons da camada mais externa determinam as propriedades químicas do átomo.

Em 1939, reconhecendo o significado dos experimentos dos cientistas alemães Otto Hahn e Fritz Strassmann com a fissão nuclear, Bohr convenceu físicos presentes a uma conferência nos Estados Unidos da importância daqueles experimentos. Mais tarde, demonstrou que o urânio 235 é o isótopo de urânio que pode ser submetido a fissão. Voltou à Dinamarca, onde foi forçado a permanecer pelos nazistas que ocuparam o país em 1940. Mas depois fugiu para a Suécia e, de lá, para a Inglaterra e, finalmente, os Estados Unidos, onde integrou a equipe que trabalhou na construção da primeira bomba atômica, em Los Alamos (estado do Novo México). Bohr opunha-se, no entanto, a que o projeto fosse realizado em segredo e desejava que fosse submetido a controle internacional. Em 1945, finda a Segunda Guerra Mundial, voltou à Universidade de Copenhague, onde imediatamente começou a trabalhar para promover o uso pacífico da energia nuclear. Organizou a primeira Conferência Átomos para a Paz, realizada em 1955, em Genebra. Morreu em Copenhague, em 18 de novembro de 1962.

Bohr deduziu q como o elétron só pode ocupar determinadas órbitas, as transições eletrônicas (ida e volta do elétron) ocorrem em número restrito, o que produz somente alguns tipos de radiação eletromagnética e não todas como no espectro contínuo.

Alguns postulados que o levaram a essa conclusão são:

– na eletrosfera os elétrons não se encontram em qualquer posição. Eles giram ao redor do núcleo em órbitas fixas e com energia definida. As órbitas são chamadas camadas eletrônicas, representadas pelas letras K, L, M, N, O, P e Q a partir do núcleo, ou níveis de energia representados pelos números 1, 2, 3, 4…;

– os elétrons ao se movimentarem numa camada eletrônica não absorvem nem emitem energia;

– os elétrons de um átomo tendem a ocupar as camadas eletrônicas mais próximas do núcleo, isto é, as que apresentam menor quantidade de energia;

– um átomo está no estado fundamental quando seus elétrons ocupam as camadas menos energéticas;

– quando um átomo recebe energia (térmica ou elétrica), o elétron pode saltar para uma camada mais externa (mais energética). Nessas condições o átomo se torna instável. Dizemos que o átomo se encontra num estado excitado;

– os elétrons de um átomo excitado tendem a voltar para as camadas de origem. Quando isso ocorre, ele devolve, sob a forma de onda eletromagnética, a energia que foi recebida na forma de calor ou eletricidade.

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