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RKA8JV - Como você imagina um átomo? Assim, ou assim, algum destes aqui? Se você entende sobre átomos e pode ver qualquer uma dessas coisas, você sabe mais sobre átomos do que os cientistas há 100 anos, mais do que se pensava saber 2.500 anos atrás, quando os filósofos gregos Leucipo e seu discípulo, Demócrito, propuseram que a matéria é feita de minúsculas partículas. Ninguém mais pensou isso na época, mas eles não pensaram nessas partículas como especiais, eles apenas pensaram que, se você for cortando algo ao meio inúmeras vezes, uma hora vai chegar em um pedaço que não pode ser mais cortado. Ele chamara essa parte de "a-tomos", que significa não divisível. Então, eles pensaram que o ferro era feito de partículas de ferro, que a argila era feita de partículas de argila e queijo partículas de queijo. Eles pensaram que cada substância tinha uma propriedade. Então, partículas de ferro eram duras e fortemente presas por ganchos, partículas de argila eram brandas e ligadas por articulações de encaixe, sendo flexíveis, e partículas de queijo eram moles e deliciosas. Até faz sentido se você não tiver acesso a um microscópio eletrônico, ou tubos de raios catódicos, que são um trabalho de gerações de cientistas futuros. O fato é que a teoria atômica como a conhecemos hoje é fruto de centenas ou milhares de ideias. Alguns modelos, como o de Leucipo, foram suposições às escuras. Com o passar do tempo, muito se aproveitou de experimentos rigorosos. Mas, como é o caso na ciência, os cientistas constroem em cima do que aprenderam antes. Nós temos falado sobre os refinados os detalhes da química em semanas recentes, e iremos continuar falando à medida que nos movemos para química nuclear ou base da química orgânica. Mas antes, quero explicar o que sabemos sobre átomos e como sabemos isso, e como sabemos que não estamos satisfeitos com o que temos hoje. Você pode pensar que, uma vez proposta ideia geral do átomo por Leucipo e Demócrito era mais fácil assumir uma pequena bola invisível e desenvolver essa ideia. Mas, você está errado. Os próximos avanços científicos sobre o tema só vieram depois de 2.300 anos. Eu já lhe disse, por exemplo, sobre o químico francês Antoine Lavoisier, que propôs a lei de conservação das massas, que afirma que a massa se mantém sempre a mesma, independentemente da mudança de forma. Você deve se lembrar do professor inglês John Dalton, que determinou que os elementos existem como pacotes de distintos de matéria. Graças a essas e outras grandes mentes do século XIX, temos uma melhor compreensão do comportamento geral dos átomos. A próxima grande questão é "por quê". Por que os átomos se comportam como se comportam? Isso nos leva à investigação da estrutura do átomo. Os cientistas do século XIX começaram a testar do que as coisas eram feitas por meio de tubos de descarga. Basicamente, tubos cheio de gás com eletrodos nas extremidades que emitem luz quando uma corrente elétrica passa por elas. A luz indica a corrente. Como essa luz é produzida por um eletrodo negativo ou cátodo, ela é chamada de raio catódico, tendo uma carga negativa. Em 1886, o físico alemão Eugen Goldstein viu que os tubos também emitiam luz com eletrodos positivos. Basicamente, um raio se dirigindo em direção oposta, significando que existem também cargas positivas na matéria. Goldstein não entendeu exatamente o que havia descoberto, isto é, nem sequer a ciência sabia ainda o que era responsável pelos raios suas e cargas negativas. Então, o físico inglês de J.J. Thompson levou a pesquisa sobre tubos e descargas adiante, ao medir a quantidade de calor que os raios catódicos geravam, ou quanto os raios inclinavam com magnetos e outras coisas, sendo capaz de estimar a massa dos raios. A massa era milhares de vezes menor do que a do hidrogênio, o menor pedaço de matéria até então conhecido. Ele concluiu que os raios catódicos não eram raios ou ondas, mas sim partículas, muito muito pequenas, carregadas negativamente. Ele a chamou de corpúsculos. Nós a chamamos de elétrons. Então, mesmo que não saibamos qual a forma disso tudo, nós sabemos que há elementos positivos e negativos na matéria. A próxima questão foi: como isso tudo se posiciona no átomo? Thompson não sabia de carga neutras no átomo, então, ele imaginou que os elétrons carregados negativamente deviam estar distribuídos aleatoriamente em uma matriz carregada positivamente. O bom inglês Thompson, ao ver esse modelo, pensou em uma sobremesa boa e inglesa, pudim de passas. A matriz positiva seria o pudim e os elétrons seriam as frutas dispersas aleatoriamente no meio. Até hoje, este modelo de Thompson é conhecido como modelo de pudim de passas. Enquanto que o movimento de um único elétron é aleatório, a distribuição geral dele não é. O próximo grande passo foi dado por Ernest Rutherford, da Nova Zelândia, em 1909. Ele montou um experimento usando uma chapa de ouro extremamente fina e uma divisória de sulfato de zinco. Ele bombardeou a chapa com partículas alfa, ele não sabia o que eram, mas sabia que eram produzidas pelo decaimento de rádio, eram positivas, e eram muito pequenas. Ele esperava que elas passassem através da chapa sem desvio, o que aconteceu com muitas delas. Mas algumas dessas partículas foram muito desviadas, algumas até foram refletidas de volta. A única explicação para isso era de que toda a carga positiva no átomo, capaz de repelir as partículas alfa, estariam concentradas em uma área muito pequena, uma área que ele chamou de núcleo. Como muitas das outras partículas atravessaram os átomos sem desvio, Rutherford concluiu que a maior parte do átomo é um espaço vazio. E ele estava certo! Rutherford depois descobriu que se bombardeasse nitrogênio sem as partículas anteriores, ele criaria um monte de íons de hidrogênio, então, ele corretamente sumarizou que essas pequenas cargas iônicas positivas eram partículas fundamentais, os prótons. Agora ele estava mais próximo da realidade! Agora que os químicos têm uma boa ideia da estrutura do átomo, eles precisam entender o que exatamente acontece com os elétrons. Entra Niels Bohr. Em 1911, mesmo ano em que foram publicadas as descobertas de Rutherford com a chapa de ouro, Bohr viajou à Inglaterra para estudar com Rutherford, e, como físico, ele também estava interessado nos modelos matemáticos propostos pelos físicos alemães Max Planck e Albert Einstein, que explicavam o comportamento da energia eletromagnética. Ao longo do tempo, Bohr conseguiu aplicar esses princípios matemáticos no modelo atômico de Rutherford. Bohr analisou o experimento da chapa de ouro, basicamente calculando a proporção entre partículas alfa que atravessaram, as desviadas e as refletidas, permitindo a ele predizer as posições mais prováveis dos elétrons dentro dos átomos. O modelo resultante de Bohr, geralmente chamado de modelo planetário, é ainda familiar a muitas pessoas, incluindo você. Ele representa os elétrons em órbita ao redor de um pequeno núcleo central. Cada órbita pode ter um número específico de elétrons que correspondem aos níveis de energia e orbitais conforme o modelo atômico moderno. Mas houve falhas, o modelo de Bohr é muito mais próximo à realidade em aspectos importantes. Mas, como todo mundo, eu mencionei há poucos minutos, Bohr estava fantasticamente certo e errado. O problema desses elétrons sapecas foi destacado pelo físico teórico alemão Werner Heisenberg, que levou todos a entenderam o quão grande e louco esse problema dos elétrons é. Mas também foi ele que ajudou a todos a bagunçarem, isso em um pequeno e arrumado grupo. Usando suas ondas matemáticas cruéis, Heisenberg descobriu ser impossível se conhecer qual o momento físico de um elétron ou qualquer outra partícula subatômica e sua a posição exata ao mesmo tempo. E quanto mais se sabe sobre uma dessas duas variáveis, mais difícil é se medir a outra. Então, se você não pode medir a posição e o momento de um elétron, você obviamente não pode dizer com certeza se os elétrons em um átomo estão alinhados em órbitas circulares. Então ele e vários novos cientistas e químicos propuseram uma nova teoria, a teoria quântica, que propõe os elétrons serem partículas ondas, tendo propriedade de ambas. Conforme esse pensamento, o arranjo de elétrons ao redor do núcleo pode apenas ser descrito em forma de probabilidade. Em outras palavras, há certas regiões onde um elétron é mais provavelmente encontrado. Nós chamamos essas regiões de orbitais. É o mesmo orbital que você e eu temos falado, aqueles que têm nome de orbital s, p, d, f, e formam ligações σ e π . Tais condições são resultado do que prediz a teoria de Heisenberg e essa é a compreensão atual dos átomos. Como é baseado em probabilidades, os átomos do estilo quântico são geralmente desenhados como nuvens com cores de diferentes intensidades, representando não elétrons individuais, mas a probabilidade de haver um elétron em uma posição particular. Por essa razão, o modelo quântico é também chamado de modelo de nuvens. Agora você sabe! Todas as pessoas mencionam e muitas outras se dedicaram muito tempo para construir essa atual e, de certa forma, elegante, compreensão da teoria atômica. Depois de 2.500 anos, mesmo que não possamos vê-los, podemos saber como eles são, como eles funcionam, porque uma longa sucessão de cientistas contribuíram um pouco, encaixando peças nessa figura fantástica. Mas é também importante reconhecer que ainda não podemos estar totalmente certos. Os contemporâneos de Thompson tinham certeza que o modelo pudim de passas estava certo. Cientistas de Bohr tinham certeza que o modelo planetário estava certo. E hoje, temos muita confiança de que o modelo quântico está certo, mas ele pode não estar de todo correto. E aí que você entra! O único jeito de buscarmos a verdade é continuar questionando e conduzindo experimentos.