Qual era a falha do modelo atômico de Rutherford?

O texto Átomo de Rutherford mostrou que, segundo os estudos desse cientista, um modelo atômico que explicaria as propriedades da matéria seria que o átomo é composto de um pequeno núcleo positivo (constituído por prótons e nêutrons) onde está inserida a massa praticamente total do átomo, envolta de uma região denominada eletrosfera onde os elétrons ficam girando.

No entanto, o modelo atômico de Rutherford possuía alguns erros. Por exemplo, o elétron possui carga negativa, portanto, se ele girasse ao redor do núcleo, que é positivo, ele iria perder energia na forma de radiação, com isso, suas órbitas iriam diminuir gradativamente e os elétrons iriam adquirir um movimento espiralado, acabando por se chocar com o núcleo.

Mas isso não ocorre na prática. Por isso, em 1913, o cientista Niels Bohr (1885-1962) propôs um modelo que se baseou no modelo de Rutherford, apenas aprimorando-o, por isso ele passou a ser chamado de modelo atômico de Rutherford-Bohr.

Bohr se baseou também na teoria quântica da energia de Max Planck e nos espectros de linhas dos elementos para criar os seguintes princípios fundamentais:

1. Os elétrons não se movem aleatoriamente ao redor do núcleo, mas sim em órbitas circulares, sendo que cada órbita apresenta uma energia bem definida e constante (nível de energia) para cada elétron de um átomo. Quanto mais próximo do núcleo, menor a energia do elétron, e vice-versa;
2. Os níveis de energia são quantizados, ou seja, só são permitidas certas quantidades de energia para o elétron cujos valores são múltiplos inteiros do fóton (quantum de energia);
3. Para passar de um nível de menor energia para um de maior energia, o elétron precisa absorver uma quantidade apropriada de energia. Quando isso ocorre, dizemos que o elétron realizou um salto quântico e atingiu um estado excitado. Esse estado é instável e quando o elétron volta para o seu nível de energia original (estado fundamental), ele libera a energia que havia absorvido na forma de onda eletromagnética.

Esse último postulado explica porque os fogos de artifício emitem cores diferentes. Cada sal presente nos fogos de artifício possui um cátion de elementos químicos diferentes. Quando são aquecidos, os elétrons desses elementos saltam de nível de energia, mas quando voltam para o nível original, eles emitem a energia que foi absorvida na forma visível. Cada cor corresponde a uma quantidade de energia característica. Por exemplo, se usarmos um sal de cobre veremos a cor azul, já se usarmos um sal de bário, a cor emitida será a verde e assim por diante. Outras cores podem ser vistas no texto Química dos Fogos de Artifício.

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Os níveis de energia para os átomos dos elementos conhecidos são no máximo 7 e são representados pelas letras K, L, M, N, O, P, e Q.

* Crédito da imagem: Antonio Abrignani e Shutterstock.com.

Bora lá! Primeiro vamos fazer uma breve revisão do que que o Rutherford descobriu no experimento dele!

Ele colocou um feixe emitindo partícula alfa numa lâmina de ouro e ele viu que nem toda radiação chegava do outro lado porque algumas eram refletida ou espalhadas.

Com isso, ele concluiu que:

• o átomo é na verdade composto por um núcleo pequeno em relação ao tamanho total
• esse núcleo contem toda a massa deste átomo e tem carga elétrica positiva
• esse núcleo é rodeado por elétrons de carga negativa que orbitam esse núcleo

Beleza, mas qual é a falha então?

Vamos ver agora o que a teoria do eletromagnetismo diz!

Ela diz que toda partícula carregada submetida a aceleração dará origem a uma onda eletromagnética.

No modelo de Rutheford o elétron está em movimento ao redor do núcleo, certo? Pra isso, ele teria que estar submetido a uma aceleração centrípeta, para que mantenha sua velocidade constante em orbita.

Esta aceleração resultaria na emissão de energia na forma de ondas eletromagnéticas. Essas ondas além de não serem percebidas, resultariam numa perda de energia mecânica por parte do eletron, o fazendo com que ele “caísse” em direção ao núcleo.

Para que a teoria do eletromagnetismo seja respeitada no modelo atômico de Rutherford, o movimento orbital dos elétrons deveria resultar na emissão de ondas eletromagnéticas, levando a um decaimento do eletron em direção ao núcleo.

No ano de 1911, o cientista neozelandês Ernest Rutherford apresentou à comunidade científica o seu modelo atômico. O modelo de Rutherford, também chamado de modelo do sistema solar, foi o terceiro na história da Atomística (sendo os dois primeiros o modelo de Dalton e o modelo de Thomson) e foi considerado o modelo que estimulou toda a evolução do conhecimento sobre o constituidor da matéria, o átomo.

A construção do modelo de Rutherford iniciou-se a partir do estudo das propriedades dos raios X e das emissões radioativas, culminando na utilização de radiação sobre um artefato inerte, isto é, que não reage facilmente.

Experimento realizado por Rutherford

O experimento realizado por Rutherford possuía a seguinte aparelhagem e organização:

• Componente a - uma amostra de polônio (emissor de radiação alfa) colocada em um bloco de chumbo. Nesse bloco havia um pequeno orifício por meio do qual ocorria a passagem da radiação;

• Componente b: lâmina finíssima de ouro posicionada à frente da caixa de chumbo;

• Componente c: Placa metálica recoberta com material fluorescente (sulfeto de zinco) posicionada atrás, ao lado e um pouco à frente da lâmina de ouro.

Resultados do experimento de Rutherford

• Região 1: área que recebeu grande parte da radiação alfa emitida pelo polônio, o que evidenciou que essas radiações atravessaram a lâmina de ouro sem sofrer desvios consideráveis;

• Região 2: áreas diversas, localizadas atrás da lâmina de ouro, que receberam uma pequena quantidade de radiação alfa, mas que não estavam na direção do orifício de saída da radiação na caixa de chumbo, o que evidenciou que essas radiações sofreram um grande desvio após a travessia da lâmina de ouro;

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• Região 3: áreas localizadas à frente da lâmina de ouro que receberam uma quantidade extremamente pequena de radiação alfa, o que evidenciou que parte da radiação alfa chocou-se com a lâmina e foi rebatida.

Interpretações dos resultados do experimento de Rutherford

• Interpretação sobre a região 1: Como grande parte da radiação alfa atravessou a lâmina de ouro sem nenhum empecilho, isso quer dizer que os átomos apresentavam grandes espaços vazios (eletrosfera), ou seja, regiões que não possuíam nada capaz de influenciar a radiação alfa;

• Interpretação sobre a região 2: A quantidade pequena de radiação alfa que sofreu desvios passou próximo de uma região positiva (núcleo) do átomo, provavelmente de tamanho pequeno, o que promoveu o desvio.

• Interpretação sobre a região 3: Como uma quantidade extremamente pequena de radiação alfa foi rebatida, isso quer dizer que elas se chocaram com uma região do átomo extremamente pequena que apresentava característica positiva.

Características do modelo atômico de Rutherford

Após as observações realizadas por Rutherford, ele formulou o seu modelo atômico, que apresentava as seguintes características:

a) Núcleo (que foi comparado ao sol no sistema solar)

Uma região central do átomo que apresenta:

• partículas positivas (os prótons);

• baixo volume;

• maior massa;

• maior densidade do átomo.

b) Eletrosferas (que foram comparadas às órbitas descritas pelos planetas no sistema solar)

Regiões do átomo que apresentam:

• imensos espaços vazios entre si;

• partículas de natureza negativa (os elétrons).

Por Me. Diogo Lopes Dias

Qual falha da teoria Rutherford?

O que o modelo atómico de Rutherford não conseguiu explicar?

Porque o modelo de Rutherford foi refutado?

Quais as falhas de cada modelo atômico?