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A ciência dos átomos ao início do século XX sofria uma série de transformações profundas em seus modelos explicativos. Rutherford propôs um modelo que considerava o átomo dotado de um núcleo denso e uma eletrosfera gigantesca, onde orbitavam elétrons.
Inicialmente, este novo modelo explicava satisfatoriamente a reflexão das partículas alfa, embora conflitasse com princípios intrínsecos à Física das partículas. Em determinado momento, cientistas questionaram como a eletrosfera manteria os elétrons em órbita e por que, após certo tempo estes elétrons não perderiam energia, caindo assim no núcleo do átomo.
Estudos do espectro eletromagnético, realizados por Robert Bünsen em meados do século XIX, indicaram uma possível elucidação destas questões. Bünsen e seu colaborador, Gustav Kirchhoff, estudaram os espectros de emissão de diversos gases e notaram que, além de não haver repetição no padrão das linhas espectrais, estas mesmas linhas eram separadas por espaços vazios.
Este fenômeno, inexplicável pelo modelo de Rutherford, uma vez que não se tinha plena convicção de como se comportava a eletrosfera, chamou a atenção de Niels Bohr (*1885 - † 1962). Segundo Bohr, a teoria proposta por Max Planck para o comportamento da luz (teoria dos quanta/quantização da energia) poderia dirimir as dúvidas que pairavam sobre o modelo atômico de Rutherford, além de explicar os espectros lineares de emissão atômica, observados por Bünsen.
Bohr afirmara que as órbitas presentes na eletrosfera seriam dotadas de um nível mínimo de energia, responsável pela manutenção dos elétrons em suas órbitas, impedindo assim que os mesmos perdessem energia e caíssem no núcleo. Estando estes elétrons em órbitas circulares (em relação ao núcleo), estes manteriam o nível mínimo de energia necessário a este movimento, denominando-se este nível mínimo de energia o estado fundamental do átomo.
Qualquer perturbação a este nível (fornecimento de energia térmica ou elétrica, por exemplo), causaria um aumento da energia potencial do elétron, fazendo com que o elétron saltasse de seu nível atual ao próximo nível de energia. E como este nível de energia maior seria “estranho” ao elétron, o mesmo retornaria ao seu nível original (de menor energia), liberando radiação no processo. A figura a seguir exemplifica o processo postulado por Bohr.
Modelo atômico de Bohr e a liberação de luz através dos espectros lineares.
A proposição de Bohr conseguia explicar o fenômeno dos espectros e respondia à questão do por que o átomo se mantém estável. A mecânica das órbitas também propunha que níveis mais distantes do núcleo apresentam maiores valores de energia, tendendo hipoteticamente ao infinito.
O modelo atômico de Bohr também previa a existência de órbitas cuja permanência do elétron não seria possível, denominando-as órbitas proibidas (presentes entre os níveis conhecidos de energia). Em tais órbitas os elétrons não poderiam permanecer e acabariam por emitir a energia excedente no traslado de um nível para o outro. Os níveis “permitidos” não emitiriam energia e, portanto, manter-se-iam estáveis.
A proposição do modelo de Niels Bohr considerava sete níveis ou camadas de energia (K, L, M, N, O, P, Q) sendo a camada K = n1; L = n2; M = n3...; onde teoricamente, os elétrons estariam orbitando em suas trajetórias esféricas.
O modelo de Bohr apresentava limitações quando se tratavam de elementos diferentes do hidrogênio, pois não conseguia explicar o espectro de raia, formado por elementos com mais elétrons, onde Sommerfeld propõe alterações ao modelo atômico de Bohr.
Leia também:
- Postulados de Bohr
Referências:
LISBOA, J. C. F. Química, 1º ano: ensino médio. 1ª Ed. – São Paulo: Edições SM, 2010. (coleção Ser protagonista). p. 123 – 127.
FELTRE, R; YOSHINAGA, S. Atomística – 1ª Ed. – São Paulo: Moderna, 1970. p. 126 – 138.
FELTRE, R. Química Geral – 5ª Ed. – São Paulo: Moderna, 2000. p.98 – 106.
Texto originalmente publicado em //www.infoescola.com/fisica/modelo-atomico-de-bohr/
Licenciatura Plena em Química (Universidade de Cruz Alta, 2004)
Mestrado em Química Inorgânica (Universidade Federal de Santa Maria, 2007)
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No ensaio conhecido como teste da chama, ocorrem interações atômicas através dos níveis e subníveis de energia quantizada de um átomo de um cátion metálico. Considerando-se o átomo de potássio, por exemplo, onde o elétron 4s1 é o mais externo, este elétron pode ser elevado para um subnível mais externo quando sob uma fonte intensa de energia (calor), chegando a 4p1, ocorrendo assim a sua excitação eletrônica. O elétron excitado, entretanto, apresenta tendência a retornar ao seu estado natural de 4s1, emitindo um quantum de energia (fóton) quando em seu retorno ao subnível de menor energia, que é uma quantidade de energia bem definida e única para cada cátion metálico, a qual pode servir para a sua identificação. No caso do cátion potássio, obtém-se uma coloração violeta da chama, sendo esta a coloração capaz de identificar este cátion, uma vez que é devido à diferença de energia entre os subníveis 4s e 4p para o átomo em questão.
A figura mostrada abaixo resume este processo. A absorção de energia promove os elétrons periféricos para um estado de mais alta energia (estado excitado), no momento em que cessa essa adição de energia, esses elétrons retornam à sua posição de origem, devolvendo a energia recebida sob a forma de luz (que nós percebemos como cor).
Absorção e emissão de energia para o átomo.
Em 1913, Niels Bohr, após uma série de experimentações e ensaios matemáticos, elaborou três postulados muito importantes para a compreensão que temos hoje a respeito da estrutura atômica.
- Enquanto o elétron está numa determinada orbita, sua energia é constante.
- Se o elétron receber energia suficiente, ele saltará a uma orbita com energia superior.
- Ao retornar a sua orbita de origem, o elétron emite, na forma de ondas eletromagnéticas, a mesma quantidade de energia absorvida.
Com relação ao teste da chama, os postulados de Bohr prestam-se muito bem ao se buscar uma explicação às observações. A queima de um sal metálico implica na promoção de elétrons, cujo retorno é revelado pela emissão de luz. Assim, um elétron pode passar de um nível para outro de maior energia, desde que absorva energia externa (ultravioleta, luz visível, infravermelho etc.). Quando isso acontece, dizemos que o elétron foi excitado e que ocorreu uma transição eletrônica. Já a transição de retorno deste elétron ao nível inicial se faz acompanhar pela liberação da energia na forma de ondas eletromagnéticas, como, por exemplo, a luz visível, que é percebida por nossos sentidos como uma coloração.
Referências:
FELTRE, Ricardo, Química Orgânica, Ed. Moderna, 6ª Edição, São Paulo, 2004.
PERUZZO, Francisco; CANTO, Eduardo Leite, Química na abordagem do Cotidiano, Ed. Moderna, 3ª Edição, São Paulo, 2003.
ATKINS, Peter; JONES, Loreta; Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente, Porto Alegre: Bookman, 2001.
Ilustração: //portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/recursos/10951/TesteDeChama/Teste_de_Chama.html
Texto originalmente publicado em //www.infoescola.com/quimica/explicacao-em-bohr-para-o-teste-da-chama/