Os postulados da teoria atômica de Dalton: quais pontos ainda usamos hoje em dia, e o que aprendemos de novo desde Dalton?

Pontos Principais

  • A teoria atômica de Dalton foi a primeira tentativa completa de descrever toda a matéria em termos de átomos e suas propriedades.
  • Dalton baseou sua teoria na lei da conservação das massas e na lei das proporções constantes.
  • A primeira parte de sua teoria afirma que toda a matéria é composta por átomos, que são indivisíveis.
  • A segunda parte da sua teoria diz que todos os átomos de um determinado elemento possuem massa e propriedades idênticas.
  • A terceira parte diz que compostos são combinações de dois ou mais tipos diferentes de átomos.
  • A quarta parte da teoria afirma que uma reação química é um rearranjo de átomos .
  • Partes da teoria tiveram que ser modificadas com base na descoberta de partículas subatômicas e isótopos.

Os químicos fazem perguntas.

A Química é cheia de perguntas sem resposta. Uma das primeiras perguntas feitas desde os tempos antigos é Do que o mundo é feito?
Ou seja, se ampliássemos em ~100000000000 vezes — são 11 zeros!—a pele da ponta dos seus dedos, o que nós veríamos? Seria diferente do que veríamos se ampliássemos, por exemplo, uma maçã? Se utilizarmos uma faca imaginária minúscula para cortarmos a maçã em pedaços cada vez menores e menores, chegaríamos a um ponto em que não seria mais possível cortar esses pedaços em pedaços menores? Com o que se pareceriam esses pedaços? Eles ainda apresentariam características de uma maçã?
As respostas para essas perguntas são fundamentais para a química moderna e, até alguns séculos atrás, os químicos não entravam em um acordo sobre as respostas. Graças a cientistas como John Dalton, os químicos modernos pensam no mundo em termos de átomos. Apesar de não podermos ver os átomos a olho nu, propriedades da matéria como cor, fase (sólida, líquida, gasosa etc.) e até mesmo o odor vêm de interações em um nível atômico. Este artigo vai discutir a teoria atômica de John Dalton, que foi a primeira tentativa completa de descrever toda a matéria em termos de átomos e suas propriedades.

Base da teoria de Dalton

Dalton baseou sua teoria em duas leis: a lei da conservação de massa e a lei da composição constante.
A lei da conservação de massa diz que a matéria não é criada ou destruída em um sistema fechado. Isso significa que, se tivermos uma reação química, a quantidade de cada elemento deve ser a mesma nos materiais iniciais e nos produtos. Usamos a lei da conservação de massa sempre que balanceamos equações!
A lei das proporções constantes diz que um composto puro sempre terá os mesmos elementos nas mesmas proporções. Por exemplo, o sal de cozinha, que tem a fórmula molecular NaCl\text{NaCl}, contém as mesmas proporções dos elementos sódio e cloro, independente de quanto sal temos, ou de sua origem. Se fôssemos combinar um pouco de sódio metálico com cloro gasoso (o que eu não recomendo fazer em casa), poderíamos ter mais sal de cozinha, com a mesma composição.
Verificação de conceito: um cientista viaja no tempo, vindo do começo dos anos 17001700, e decide fazer a seguinte experiência: ele pega uma amostra de 10g10 \,\text{g} de etanol, CH3CH2OH\text{CH}_3 \text{CH}_2 \text{OH}, e a queima na presença de oxigênio em um béquer aberto. Quando a reação termina, o béquer está vazio. Esse resultado viola a lei da conservação de massa?

Teoria atômica de Dalton

Parte 1: Toda matéria é composta por átomos

Dalton elaborou a hipótese de que a lei da conservação de massa e a lei das proporções definidas poderiam ser explicadas usando a ideia de átomos. Ele propôs que toda matéria é composta por pequenas partículas indivisíveis chamadas átomos, que ele imaginou como "partículas sólidas, maciças, duras, impenetráveis e móveis".
É importante observar que, como Dalton não tinha os instrumentos necessários para ver ou fazer experiências com átomos individuais, ele não tinha nenhuma ideia sobre se eles poderiam ter alguma estrutura interna. Podemos visualizar o átomo de Dalton como uma peça de um kit de montar modelos moleculares, em que diferentes elementos são esferas de tamanhos e cores diferentes. Embora esse seja um modelo útil para algumas aplicações, agora sabemos que os átomos estão longe de ser esferas sólidas.

Parte 2: Todos os átomos de um determinado elemento são idênticos em massa e em suas propriedades

Dalton propôs que cada átomo de um elemento, como o ouro, por exemplo, são iguais a todos os outros átomos desse mesmo elemento. Ele também notou que os átomos de um determinado elemento são diferentes dos átomos de todos os outros elementos. Hoje, ainda sabemos que isso é, em grande parte, verdade. Um átomo de sódio é diferente de um átomo de carbono. Os elementos podem compartilhar alguns pontos de ebulição e fusão e eletronegatividades similares, mas não existem dois elementos que tenham exatamente o mesmo conjunto de propriedades.

Parte 3: Compostos são combinações de dois ou mais tipos diferentes de átomos

Na terceira parte da teoria atômica de Dalton, ele propôs que compostos são combinações de dois ou mais tipos diferentes de átomos. Um exemplo de um desses compostos é o sal de cozinha. O sal de cozinha é uma combinação de dois elementos diferentes com propriedades físicas e químicas únicas. O primeiro, sódio, é um metal altamente reativo. O segundo, o cloro, é um gás tóxico. Quando eles reagem, os átomos se combinam a uma razão de 1:1 para formar os cristais brancos de NaCl\text{NaCl} que podemos colocar em nossa comida.
Uma vez que os átomos são indivisíveis, eles sempre se combinam em razões simples de números inteiros. Portanto, não faria sentido escrever uma fórmula como Na0,5Cl0,5\text{Na}_{0{,}5} \text{Cl}_{0{,}5}, porque você não pode ter metade de um átomo!

Parte 4: Uma reação química é um rearranjo de átomos.

Na quarta e última parte da teoria atômica de Dalton, ele sugeriu que reações químicas não destroem ou criam átomos. Elas simplesmente os reorganizavam. Usando de novo nosso exemplo do sal, quando o sódio se combina com o cloro para formar sal, os átomos de sódio e de cloro ainda existem. Eles simplesmente se reorganizam para formar um novo composto.

O que aprendemos desde que Dalton propôs sua teoria?

A resposta curta: muito! Por exemplo, nós hoje sabemos que os átomos não são indivisíveis—como foi dito na primeira parte—pois eles são constituídos de prótons, nêutrons e elétrons. A visão moderna de um átomo é muito diferente da de Dalton, que o via como um partícula "sólida, maciça". Na verdade, experimentos feitos por Ernest Rutherford, Hans Geiger e Ernest Marsden mostraram que os átomos são constituídos em maior parte por espaços vazios.
A parte 2 da teoria de Dalton teve que ser modificada depois que experimentos de espectrometria de massa demonstraram que átomos do mesmo elemento podem ter massas diferentes, pois o número de nêutrons pode variar em diferentes isótopos do mesmo elemento. Para saber mais sobre isótopos, você pode assistir a este vídeo sobre número atômico, número de massa e isótopos.
Apesar dessas restrições, a teoria atômica de Dalton ainda é, em grande parte, verdadeira, e forma a base da química moderna. Os cientistas até mesmo desenvolveram a tecnologia para vermos o mundo em um nível atômico!

Resumo

  • A teoria atômica de Dalton foi a primeira tentativa de descrever toda a matéria em termos de átomos e de suas propriedades.
  • Dalton baseou sua teoria na lei da conservação das massas e na lei das proporções constantes.
  • A primeira parte de sua teoria afirma que toda a matéria é feita de átomos, que são indivisíveis.
  • A segunda parte da teoria diz que todos os átomos de um determinado elemento são idênticos em massa e propriedades.
  • A terceira parte diz que compostos são combinações de dois ou mais tipos diferentes de átomos.
  • A quarta parte da teoria afirma que uma reação química é um rearranjo de átomos.
  • Partes da teoria tiveram que ser modificadas com base na descoberta de partículas subatômicas e isótopos.
Carregando