Livro didático público de química

Livro didático público de química

(Parte 7 de 10)

Nossos olhos percebem apenas uma determinada gama de cores, que são faixas de freqüência de ondas específicas. O ser humano percebe apenas a região visível do espectro eletromagnético, que apresenta as sete cores do arco-íris, sendo que cada cor possui um comprimento de onda determinado. As ondas de rádio, microondas, o infravermelho possuem freqüência menor do que as da região visível e, conseqüentemente, suas energias são menores; já as freqüências de ondas menores correspondem ao raio ultravioleta, raios-X, raios gama, cuja energia é maior e que também não conseguimos enxergar.

Mas o que é onda? Faça o experimento a seguir que você entenderá:

valeamplitude comprimento de onda () altura cristacrista

Química

Voltando a discutir o modelo atômico proposto por Rutherford, que estabelecia que os átomos eram compostos de um núcleo denso e carregado positivamente, circundado por elétrons carregados negativamente, podemos apontar que este modelo possuía um grande problema, identificado por alguns cientistas da época.

O problema de um modelo do tipo planetário (elétrons em órbita do núcleo tal como planetas em órbita do sol) é que ele não leva em conta a perda de energia dos elétrons nessa situação. Uma partícula carregada eletricamente e acelerada emite radiação eletromagnética e, portanto, perde energia nesse processo. Em conseqüência os elétrons não poderiam manter uma “órbita estável” e deveriam gradativamente se aproximar do núcleo, em uma “órbita em espiral” até, no final, se chocarem com ele.

Como o “colapso atômico” descrito acima não se verifica no mundo real, Niels Henry David Bohr, em 1913, propôs um novo modelo pelo qual, além de resolver essa dificuldade básica do modelo de Rutherford, permitiu explicar teoricamente o espectro eletromagnético emitido pelo elemento químico hidrogênio, determinado experimentalmente. Um modelo teórico permite explicar, ou prever uma observação experimental de forma consistente, é de grande valor, e em vista disso, a proposta de Bohr teve um grande impacto na época.

O modelo de Bohr é constituído pelas seguintes idéias básicas, que se fundamentam em idéias já trabalhadas por Planck e Einstein em outros contextos:

1. Os elétrons ao redor do núcleo atômico se situam em níveis quantizados de energia;

2. As leis da mecânica clássica (leis de Newton) não são válidas para a passagem do elétron de um nível para o outro;

3. Quando ocorre a passagem (ou o salto) de um elétron entre níveis diferentes de energia, o elétron deve absorver ou emitir energia (o elétron absorve energia se ele passa de um nível mais baixo de energia para um mais alto e emite energia no caso contrário) como um fóton que deve ter energia exatamente igual à diferença de energia entre os respectivos níveis.

4. Os níveis permitidos de energia dependem de valores inteiros para o chamado número quântico principal n (n = 1, 2, 3, 4...).

Segundo a equação L = n.(h/2) onde L é chamado de momento angular orbital, n é o número quântico principal, h é o constante de Planck e é o número pi.

O modelo de Bohr explica de maneira razoável o sistema contendo um elétron (o átomo de hidrogênio), mas não permite explicar átomos com mais de um elétron.

Matéria e sua Natureza36

Ensino Médio

Ele agrega idéias de quantização com princípios da mecânica clássica. Apesar de representar um grande avanço em relação aos modelos anteriores, possui problemas evidentes como:

Ao assumir que a mecânica clássica não é válida no caso de transição eletrônica não propõe outras leis para explicar o processo.

Não explica o porquê da quantização estabelecida no item 4 anteriormente.

Estes problemas do modelo de Bohr vão ser superados a partir dos anos de 1920 por meio dos trabalhos de Erwin Schrödinger, Louis de Broglie e Werner Heisenberg, dentre outros, que resultam no aparecimento da Mecânica Quântica (que é uma área de estudos da física que trata do estudo do estado de sistemas em que não são válidos os princípios da mecânica clássica) e de modelos de estrutura do átomo baseados em seus princípios.

Para você entender um pouco mais sobre modelos atômicos, construa um modelo segundo a teoria de Rutherford - Bohr usando: cartolina colorida (duas cores diferentes), massa de modelar, tubo de látex, pedaço de papelão de mais ou menos 50cm, cola e tesoura.

1. Faça círculos nas cartolinas com diâmetros de 5cm e 25cm na mesma cor e 15cm e 35cm em outra cor.

Pedaço de papelão

Círculos de cartolina em cores e tamanhos diferentes

Foto: Icone Audiovisual

3. Corte o tubo de látex em anéis finos. Cole os anéis de látex nas linhas de cada círculo. Coloque um anel no centro para o núcleo; dois anéis na linha do primeiro círculo; oito anéis na linha do segundo círculo; dezoito anéis no terceiro e 32 anéis no quarto. Divida os espaços de modo que os anéis fiquem distribuídos de maneira simétrica.

4. Faça bolinhas com a massa de modelar no tamanho necessário para encaixar nos anéis de látex.

Coloque uma bolinha no centro para o núcleo de cor diferente das demais. Coloque as demais bolinhas para representar os elétrons. Lembre-se de que o número de bolinhas (elétrons) em cada círculo depende do tipo de átomo que você irá representar.

Química

O modelo quântico (modelo atômico atual) é um modelo matemático - probabilístico que, em linhas gerais, tem por base:

O princípio da incerteza de Heisenberg: não é possível determinar com precisão a posição e a velocidade de um elétron num mesmo instante.

O princípio da dualidade de Louis de Broglie: o elétron apresenta característica dual, ou seja, comporta-se como partícula-onda.

Você sabia que no átomo não há somente prótons, nêutrons e elétrons? Há outras partículas já identificadas como os neutrinos, o pósitron e o méson (pi). Você sabia que a partícula méson foi descoberta em 1947, pelo brasileiro, curitibano, César Lattes, hoje reconhecido internacionalmente?

O modelo quântico permite por exemplo, explicar o funcionamento dos raios laser utilizados em cirurgias, em indústrias e em leitura óptica.

Estamos tão acostumados a conviver com uma série de aparelhos que nos ajudam a ter conforto que raramente paramos para nos perguntar: como será que o televisor funciona? Ou o forno de microondas, o rádio?

Será que esses equipamentos possuem algo em comum?

Em nosso dia-a-dia, estamos interagindo o tempo todo com diferentes tipos de radiação. Quando ficamos expostos ao sol, estamos recebendo radiação ultravioleta, uma forma de radiação eletromagnética, e que não é visível. Se você quebrar um dedo e precisar de uma radiografia para verificar a gravidade do caso, estará se expondo a outro tipo de radiação eletromagnética (os raios x). Ao assistir a um programa de televisão ou ao usar o celular, as radiações eletromagnéticas continuarão a acompanhá-lo.

Por que o “choque” ao tocar no automóvel?

Matéria e sua Natureza38

Ensino Médio

Um corpo, em seu estado normal, isto é, não eletrizado, estará neutro, ou seja, terá o mesmo número de cargas positivas (prótons) e cargas negativas (elétrons).

Se este corpo perder elétrons, ficará com excesso de prótons (cargas positivas) e ficará eletrizado positivamente.

Se ele receber elétrons, ficará com excesso de elétrons (cargas negativas) e ficará eletrizado negativamente.

Agora é só se lembrar: cargas opostas se atraem enquanto cargas iguais se repelem. É isso o que acontece com o cabelo “elétrico” e com o automóvel que dá choque.

E se você ainda não conseguiu colar um canudinho de plástico em uma parede sem usar cola, basta atritá-lo em seu cabelo, por exemplo.

Elabore uma pesquisa sobre o espectro eletromagnético. Procure identificar os vários tipos de radiação que você está exposto diariamente. Explique:

a) Por que não devemos nos expor a grandes quantidades de radiações, como raios-X, radiações de microondas, etc? b) O sol emite vários tipos de radiações sob forma de ondas eletromagnéticas. Elabore um texto em que você defenda o uso de protetor solar.

Obras Consultadas

CHASSOT, A. A ciência através dos tempos. 2. ed. São Paulo: Editora Moderna, 1997.

CHASSOT, A. Alfabetização científica: questões e desafios para a educação. Ijuí :Ed. Unijuí, 2003.

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