Modelo de Rutherford e Bohr

O estudo da estrutura atômica tem sido um tema primordial no campo da física. Os dois modelos mais importantes que contribuíram para essa compreensão são os modelos de Rutherford e Bohr. Desenvolvidos no início do século 20, esses modelos representam as primeiras ideias sobre a formação dos átomos e abriram caminho para a teoria atômica moderna.

Modelo atômico de Rutherford

O modelo de Rutherford foi proposto por Ernest Rutherford em 1911, após seus experimentos inovadores envolvendo o espalhamento de partículas alfa. Antes de se aprofundar no modelo de Rutherford, é importante entender o experimento que levou à sua formulação.

Experimento da folha de ouro

Rutherford, juntamente com seus colegas Geiger e Marsden, realizou o famoso experimento da folha de ouro. Eles dispararam partículas alfa em uma fina folha de ouro e observaram como as partículas se espalhavam.

A disposição aqui era a seguinte:

Fonte radioativa ───> [Folha de ouro] Partículas α ───> Tela de detecção

Os resultados observados foram interessantes:

• A maioria das partículas alfa passou pela folha com pouca ou nenhuma deflexão.
• Algumas partículas foram desviadas em pequenos ângulos.
• Muito poucas foram desviadas para trás em um ângulo maior que 90 graus.

Isso foi surpreendente, já que, de acordo com o modelo de pudim de ameixa (o modelo atômico prevalente na época), esperava-se que as partículas passassem com deflexão mínima.

Modelo atômico

Com base nos resultados do experimento, Rutherford propôs um novo modelo do átomo:

• Um átomo tem um núcleo pequeno e denso onde a maior parte de sua massa está concentrada. O núcleo é carregado positivamente.
• Os elétrons giram em torno deste núcleo da mesma forma que os planetas giram em torno do Sol.
• A maior parte do átomo é espaço vazio, o que explica porque a maioria das partículas alfa passou pela folha sem nenhuma obstrução.

Aqui está uma ilustração simples do modelo de Rutherford:

Este modelo introduziu o conceito de núcleo, mas deixou perguntas sem resposta, como a estabilidade do átomo e por que os elétrons não giram em torno do núcleo devido à atração eletrostática.

Modelo de Bohr do átomo

O modelo de Bohr pegou ideias do modelo de Rutherford e incorporou a teoria quântica para melhor explicar a estrutura atômica. Niels Bohr introduziu este modelo em 1913, abordando algumas das limitações do modelo de Rutherford.

Princípios-chave do modelo de Bohr

• Os elétrons orbitam o núcleo em órbitas específicas e quantizadas com energias definidas.
• Os elétrons nestas órbitas não emitem radiação e, portanto, não espiralam em torno do núcleo.
• Quando um elétron se move de uma órbita para outra, a radiação é emitida ou absorvida.

Essa diferença de energia entre orbitais pode ser dada como:

E = hf

onde E é a diferença de energia, h é a constante de Planck, e f é a frequência da radiação emitida ou absorvida.

Visualizando o modelo de Bohr

No modelo de Bohr, os elétrons ocupam órbitas específicas ou "camadas" a distâncias fixas do núcleo:

Aqui, o círculo vermelho central é o núcleo, enquanto os pontos pretos são os elétrons em suas orbitais quantizadas.

Sucessos e limitações de Bohr

A seguir estão as forças do modelo de Bohr:

• Explicou a estabilidade dos elétrons em diferentes níveis de energia.
• As linhas do espectro de hidrogênio foram descritas com precisão.

No entanto, este modelo teve suas limitações:

• Funcionou com precisão apenas para átomos semelhantes ao hidrogênio (sistemas de único elétron).
• Não pôde explicar a estrutura fina e a divisão das linhas espectrais.
• Negligenciou as interações elétron-elétron em átomos de múltiplos elétrons.
• A natureza ondulatória dos elétrons não foi levada em consideração.

Conclusão

Os modelos de Rutherford e Bohr estabeleceram a base da estrutura atômica. Embora ambos os modelos tenham suas limitações, marcaram avanços significativos em nossa compreensão da física atômica. Hoje, com o desenvolvimento da mecânica quântica, nosso conceito de átomo evoluiu ainda mais, nos proporcionando um entendimento abrangente e complexo dos processos atômicos e subatômicos.

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