A VISÃO MODERNA DA

ESTRUTURA ATÔMICA

 

Desde o tempo de Rutherford, os físicos têm aprendido muito sobre a composição detalhada do núcleo atômico. No curso dessas descobertas, a lista de partículas que compõem o núcleo tem crescido muito e continua a crescer. Como químicos, podemos adotar uma visão muito simples do átomo porque apenas três partículas subatômicas - próton, nêutron e elétron - influenciam o comportamento químico.

A carga de um elétron é -1,602 x 10 -19 C, e a do próton é +1,602 x 10 -19 C. A quantidade 1,602 x 10 -19 C é chamada de carga eletrônica. Por conveniência, as cargas atômicas e subatômicas são normalmente expressas em múltiplos desta carga em vez de em coulombs. Assim, a carga do elétron é -1, e a do próton, +1. Nêutrons não têm carga e, por consequência, são eletricamente neutros (daí seu nome). Os átomos têm um número igual de elétrons e prótons; logo, eles têm uma carga elétrica líquida neutra.

Prótons e nêutrons são encontrados no núcleo do átomo, que, como proposto por Rutherford, é extremamente pequeno. A maior parte do volume atômico é o espaço no qual o elétron é encontrado. Eles são atraídos pelos prótons no núcleo pela força que existe entre as partículas de cargas elétricas opostas.

Os átomos têm massas extremamente pequenas. A massa do átomo mais pesado conhecido, por exemplo, é da ordem de 4 x 10 -22 g. Uma vez que seria incômodo expressar massas tão pequenas em gramas, usamos a unidade de massa atômica ou ( sendo u igual a 1,66054 x 10 -24g). As massas de prótons e nêutrons são aproximadamente iguais, e ambas são muito maiores do que a do elétron: um próton tem uma massa de 1,0073 u, um nêutron, de 1,0087 u, já um elétron, de 5,486 x 10 -4 u. Seriam necessários 1.836 elétrons para igualar a massa de um próton, logo o núcleo contém a maior parte da massa de um átomo. Os átomos são extremamente pequenos. A maioria deles tem diâmetro entre 1 x 10 -10 m e 5 x 10 -10 m, ou entre 100 e 500 pm. Uma unidade de comprimento conveniente, embora não reconhecida pelo SI, usada para expressar dimensões atômicas é o angström (Å). Um angström é igual a 10 -10 m. Os átomos têm diâmetros na ordem de 1 a 5 Å. O diâmetro do átomo de cloro, por exemplo, é de 200 pm, ou 2,0 Å. Já os diâmetros de núcleos atômicos são da ordem de 10 -4 Å, somente uma pequena fração do diâmetro de um átomo como um todo.Tanto picômetros quanto angströms são comumente usados para expressar as dimensões de átomos e moléculas.

Uma ilustração do átomo que incorpora essas características que acabamos de discutir é mostrada na Figura 1. Os elétrons, que ocupam a maior parte do volume do átomo, têm o papel mais relevante nas reações químicas.


 

Figura 1. Vista do corte transversal através do centro de um átomo. O núcleo, o qual contém prótons e nêutrons, é o local onde praticamente toda a massa do átomo está concentrada. O resto do átomo é o espaço no qual os elétrons, carregados negativamente e mais leves, se localizam.


Isótopos, números atômicos e números de massa

O que torna um átomo de um elemento diferente de um átomo de outro elemento?

Todos os átomos de um elemento têm o mesmo número de prótons no núcleo. O número específico de prótons é diferente para variados elementos. Além disso, pelo fato de um átomo não ter carga elétrica líquida, seu número de elétrons deve ser igual ao número de prótons. Todos os átomos do elemento carbono, por exemplo, têm seis prótons e seis elétrons. A maioria dos átomos de carbono também tem seis nêutrons, apesar de alguns terem mais e outros, menos.

Os átomos de um dado elemento cujo número de nêutrons difere e que, consequentemente, a massa também difere, são chamados de isótopos. O símbolo 126C ou simplesmente 12C (lê-se: carbono doze, carbono-12) representa o átomo de carbono com seis prótons e seis nêutrons. O número de prótons, chamado de número atômico, é mostrado pelo índice inferior. Já que todos os átomos de um dado elemento apresentam o mesmo número atômico, o índice inferior é redundante, portanto, em geral omitido. O índice superior é chamado número de massa; ele é o número total de prótons mais nêutrons em um átomo. Alguns átomos de carbono, por exemplo, têm seis prótons e oito nêutrons, sendo representados como 14C (lê-se: carbono quatorze, carbono-14).

Todos os átomos são constituídos de prótons, nêutrons e elétrons. Uma vez que essas partículas são as mesmas em todos os átomos, a diferença entre átomos de elementos distintos (ouro e oxigênio, por exemplo) deve-se única e exclusivamente à diferença no número de partículas subatômicas de cada átomo. Podemos considerar um átomo como a menor amostra de um elemento, pois a quebra de um átomo em partículas subatômicas destrói sua identidade.

Entendimento da estrutura do átomo com base  na emissão de partículas

Em 1911, o físico neozelandês Ernest Rutherford realizou uma série de experimentos que lhe permitiu propor que o átomo é constituído por um minúsculo núcleo positivo circundado por uma região muitíssimo mais extensa, na qual está dispersa a carga negativa; ou seja, os elétrons.

 

Assista a um vídeo explicando o experimento de Rutherford:

 

Experimento de Rutherford


Referência:

BROWN, T.L., LEMAY, H. E., BURSTEN, B. E. - Química, A Ciência Central, 9ª Edição; São Paulo : Pearson Prentice Hall, 2005.

 

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