Química volume 1


Modelo atômico de Thomson



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Modelo atômico de Thomson

Vimos que alguns processos podem ser entendidos recorrendo ao modelo de Dalton. Segundo esse modelo, os átomos se comportariam como se fossem unidades esféricas. Por meio dele, é possível explicar, por exemplo, a fusão do ferro, como se vê ao lado.

Apesar de a teoria atômica de Dalton, divulgada no início do século XIX, ter sido importante para os avanços da Química e de ainda hoje valer para a compreensão de inúmeros fenômenos que estudamos, ela não permite explicar uma série de fatos experimentais, alguns dos quais passaram a ser conhecidos durante o século XIX. Por exemplo: ela não explicava fenômenos como a eletrização de um corpo por atrito ou as reações químicas provocadas pela passagem da corrente elétrica. Amplamente empregado pelo contemporâneo de Dalton, Humphry Davy (1778-1829), e pelo discípulo deste,
Michael Faraday (1791-1867), na primeira metade do século XIX, esse processo – a eletrólise – levou à ideia de que os átomos estariam de alguma forma associados a cargas elétricas.
Possibilidade de representação da fusão do ferro metálico usando o modelo atômico de Dalton

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Edição de arte/Arquivo da editora

Ilustração produzida para este conteúdo. Cores fantasia (átomos e moléculas não têm cor), sem escala (as partículas representadas não podem ser observadas diretamente nem com instrumentos).
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Latinstock/Science Photo Library/R3F

Quando se aproxima uma bexiga de cabelos secos e limpos, pode ocorrer uma eletrização da bexiga e dos cabelos, que se atraem, produzindo o eriçamento dos fios. Seria possível explicar esse fato com base no modelo atômico de Dalton?
Ao longo do século XIX, buscando entender melhor os fenômenos elétricos, vários estudiosos realizaram inúmeros experimentos e conseguiram provocar descargas elétricas em ampolas de vidro contendo gases rarefeitos, isto é, à baixa pressão. No interior dessas ampolas havia placas metálicas que se ligavam, por fios, a fontes de energia elétrica de alta tensão – uma das placas funcionava como polo positivo (ânodo) e a outra, como polo negativo (cátodo). O aspecto da luminosidade no interior da ampola variava de acordo com a tensão (voltagem) aplicada, o gás utilizado e a pressão do gás. Observe a ilustração.
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Esquema de tubo de descarga elétrica contendo gás rarefeito



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AMJ Studio/Arquivo da editora

Na figura está indicada a ligação da ampola com uma bomba a vácuo. Essa bomba tem a finalidade de retirar gás do interior da ampola e pode deixá-la praticamente sem gás cátodo.

Cores fantasia, sem escala.

Fonte: THE CATHODE Ray Tube site. History and Physics Instruments. Disponível em:
. Acesso em: 14 dez. 2015.
cátodo –

ânodo +


bomba de vácuo

alta voltagem

amperímetro

A
Um desses estudiosos foi o físico inglês William Crookes (1832-1919). Ele realizou experimentos usando descargas elétricas em gases a baixíssima pressão (próxima do vácuo). Com a redução significativa da pressão no interior do tubo (gás rarefeito), uma luminosidade aparecia na parede da ampola em frente ao cátodo (polo negativo). Os raios que partiam do cátodo e iam em linha reta em direção ao lado oposto a ele passaram, então, a ser chamados de raios catódicos (observe a imagem ao lado). Crookes realizou inúmeras descargas, alterando algumas variáveis, como a posição das placas metálicas no interior do tubo, a natureza do gás usado, a inserção de um anteparo em frente à placa que funcionava como polo negativo, o cátodo, entre outras.

Algum tempo depois, o também físico inglês Joseph John Thomson (1856-1940), um dos cientistas que trabalhou com raios catódicos, constatou que eles possuíam massa, pois eram capazes de movimentar uma pequena hélice colocada dentro da ampola, eram barrados por um anteparo como o da cruz (veja a sombra que aparece no vidro, na foto acima) e mudavam de direção se a ampola ficasse entre as placas carregadas de um condensador – desviavam, aproximando-se da placa de carga positiva. Dando continuidade a seus experimentos, Thomson constatou que, independentemente do gás de início colocado na ampola ou do metal que constituía os eletrodos, a relação entre a carga e a massa das partículas que constituíam os
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©Wikimedia Commons/D-Kuru



Tubo de Crookes.
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raios catódicos era sempre a mesma. Assim, ele concluiu que os raios catódicos eram formados por um feixe de partículas idênticas, de carga negativa, e que essas partículas faziam parte dos átomos de toda a matéria. Essas partículas eram o que hoje conhecemos como elétrons.

Como os corpos são neutros, Thomson propôs a existência, no átomo, de cargas positivas, capazes de neutralizar as negativas (dos elétrons). Em 1898, após diversos experimentos, elaborou um modelo de átomo que consistia em uma esfera sólida positivamente carregada, na qual estariam distribuídos elétrons, de carga negativa.

O conjunto da esfera (de carga elétrica positiva) com os elétrons (de carga negativa) seria eletricamente neutro, ou seja, a soma das cargas dos elétrons presentes na esfera seria igual, mas de sinal contrário ao da carga distribuída no restante da esfera.
Representação esquemática em corte do modelo atômico de Thomson

Cores fantasia, sem escala.

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Paula Radi/Arquivo da editora



No átomo eletricamente neutro: carga total positiva 1 carga total negativa 5 0.
Fonte: CHEMICAL Heritage Foundation. Disponível em: . Acesso em: 8 nov. 2015
Esse modelo atômico pôde explicar os fenômenos elétricos, levando em conta que a entrada e a saída de elétrons no átomo provocaria um desequilíbrio das cargas elétricas. Desse modo, o átomo pode passar a ter um número de elétrons que faça com que o número de cargas negativas supere o de cargas positivas ou que seja inferior a ele. Os átomos que passam a ter carga elétrica diferente de zero são chamados de íons.

Ao admitir a existência de elétrons no átomo, o modelo atômico de Thomson permitiu explicar fenômenos que o modelo de Dalton não conseguia. É o caso do cabelo bastante seco e limpo que pode ser eletrizado por atrito com um pente de plástico: se os átomos que constituem os fios de cabelo, com o atrito, cederem elétrons para o pente, este ficará com carga elétrica negativa, e os cabelos, com carga positiva. Isso explica por que eles se atraem (cargas elétricas opostas se atraem). Os experimentos de decomposição de certas substâncias por meio da passagem da corrente elétrica (realizados no século XIX por Davy e Faraday) também puderam ser explicados por esse modelo.

De acordo com esse modelo, podemos explicar, então, o que acontecia nas ampolas do tipo das que descrevemos anteriormente: quando há certa quantidade de gás a baixa pressão no interior da ampola e se provoca uma descarga elétrica, os elétrons arrancados em virtude da elevada tensão elétrica aplicada entre os polos saem em alta velocidade do cátodo e, devido a sua alta energia, percorrem um caminho em linha reta em direção à parede oposta – e isso independe da posição do ânodo (polo positivo), embora a atração exercida por cargas elétricas seja capaz de desviar o feixe de elétrons.

Nas Ciências Naturais, novos modelos surgem a partir da constatação de que fatos experimentais até então desconhecidos não podem ser explicados por modelos anteriores. Ainda assim, dependendo do que se deseja estudar, teorias e modelos propostos há muito tempo podem continuar se mostrando úteis. Isso explica por que a representação de átomos como esferas, proposta no início do século XIX, continua sendo de grande valia para explicar diferentes fenômenos, como as mudanças de estado físico.


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