Os modelos atômicos que todo estudante de química enfrenta
Quando comecei a preparar resumos de modelo atômico para alunos do ensino médio e vestibulandos, logo percebi que a coisa era mais confusa do que parece nos livros didáticos. Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr aparecem sempre juntos, mas o que muitos não entendem é que cada um deles resolveu um problema concreto que o anterior não conseguia explicar. Não é uma sucessão de ideias bonitas. É uma sucessão de crises experimentais. O modelo de Dalton, publicado em 1803, eramente uma resposta à lei das proporções definidas de Proust. Ele propôs que a matéria era formada por átomos indivisíveis, esféricos e maciços, como bolas de bilhar. Simples. Funcionava para cálculos estequiométricos básicos. Mas tinha um problema enorme: não explicava eletricidade, nem descargas em tubos de raios catódicos, nada que os físicos do final do século XIX estavam vendo.
dalton thomson rutherford-bohr resumo
Aqui vai a parte que os resumos normalmente pulam. Thomson não simplesmente "descobriu o elétron". Ele enfrentou dados contraditórios de descargas em gases rarefeitos que mostravam que raios catódicos eram partículas com relação carga/massa muito menor do que qualquer íon conhecido. O modelo dele, o famoso "pudim de passas" de 1897, postula um esfera positiva difusa com elétrons incrustados. O problema é que esse modelo previa que átomos seriam estáveis eletrostaticamente de uma forma que a mecânica clássica não suportava. As cargas positivas se repeliriam e o átomo desmontaria. Rutherford chegou nisso em 1911 com o experimento da lâmina de ouro. Vou ser direto: a maioria dos estudantes acha que o experimento foi simples. Não foi. Geiger e Marsden dispararam partículas alfa contra uma folha de ouro com espessura de apenas 400 nanômetros. A maioria passava direto, mas cerca de 1 em cada 8000 sofria desvio superior a 90 graus. Isso era incompatível com qualquer distribuição difusa de carga. Rutherford calculou que a carga positiva tinha que estar concentrada num volume extremamente pequeno — o núcleo. O átomo é maioritariamente espaço vazio.
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O modelo nuclear tinha um defeito catastrófico segundo a física clássica. Um elétron em órbita circular está constantemente acelerado (aceleração centrípeta), e cargas aceleradas irradiam energia. Isso significa que o elétron perderia energia orbital em algo como 10^-11 segundos e cairia no núcleo. O átomo colapsaria. Ele não colapsa. Então a física clássica falhava ali. Bohr resolveu isso em 1913 aplicando a quantização de Planck ao átomo de hidrogênio. Ele propôs órbitas estacionárias onde o momento angular do elétron era múltiplo inteiro de h/2. Numa dessas órbitas, o elétron não irradia. Só ganha ou perde energia ao saltar entre níveis. O modelo explicou perfeitamente a série de Balmer do hidrogênio, mas falhava miseravelmente para átomos com mais de um elétron.
Na prática, quando eu preciso ajudar alguém a fixar essa sequência, uso uma tabela de problemas não resolvidos por cada modelo. Dalton não explicava íons. Thomson não explicava o experimento de Rutherford. Rutherford não explicava a estabilidade atômica nem os espectros de linha. Bohr não explicava o efeito Zeeman, o efeito Hall quântico, nem átomos polieletrônicos. Cada modelo era bom até encontrar seu limite experimental. Um detalhe que quase ninguém menciona: o modelo de Bohr funciona bem para hidrogênio e íons hidrogenoides (He+, Li2+), desde que você corrija a massa reduzida. A massa do elétron não é desprezível comparada à do núcleo, mesmo que seja 1836 vezes menor. Para o hidrogênio, o fator de correção é sobre 0,99945. Em cálculos de precisão de espectroscopia, ignorar isso gera erro de 0,055%, o que é enorme para medições modernas.
O outro ponto cego é que Bohr tratava o elétron como partícula clássica em órbita definida. A meccanica quântica posterior mostrou que não existe trajetória. O que existe são orbitais — funções de onda com densidade de probabilidade. O número quântico principal n de Bohr virou apenas um dos quatro números quânticos. O modelo de Bohr é útil pedagogicamente, mas tecnicamente obsoleto desde 1926 pelo menos. Se você está estudando para prova, aqui está o que realmente cai: saber que Dalton = átomo indivisível, Thomson = elétron descoberto e modelo pastoso, Rutherford = núcleo pequeno e denso com experimento de dispersão, Bohr = níveis de energia quantizados para hidrogênio. E saber que cada um foi superado por evidência experimental nova, não por gosto pessoal.
