A Natureza Elétrica Da Matéria PDF

 

A Natureza Elétrica da Matéria Você já parou para pensar que toda matéria na natureza é eletricamente neutra? Pelo menos no planeta Terra podemos afirmar a firmar isso! Talvez tenha sido essa observação que levou John Dalton, Dalton, em 1803, a propor o átomo como uma esfera e sfera rígida e indivisível. Por outro lado, muitas substâncias conduzem eletricidade e alguns experimentos realizados f undamentais para descrever a natureza elétrica da matéria. no século XIX foram fundamentais Em 1800, William Nicholson e Anthony Carliste provocaram a decomposição da água nos gases hidrogênio (H (H2) e oxigênio (O ( O2), através da Eletrólise Eletrólise (  (Figura Figura 1). 1). Nesse experimento, Nicholson e Carliste comprovaram não apenas que a matéria pode interagir com a corrente elétrica como também que era possível determinar a proporção volumétrica entre os seus componentes elementares (uma parte de oxigênio para duas de hidrogênio). Alguns anos mais tarde, em 1833, Michael Faraday  comprovou  comprovou as relações quantitativas existentes entre a corrente elétrica e uma dada reação química ocorrida durante a eletrólise.

Figura 1: Esquema experimental da eletrólise da água.

Os Raios Catódicos

Certamente a caracterização dos elétrons foi fundamental para entendermos o comportamento elétrico da matéria. Os experimentos com os Tubos de raios catódicos ou catódicos  ou Crookes Crookes comprovaram  comprovaram que o átomo de Dalton não era indivisível. Sob alta voltagem e baixas pressões, o tubo de Crookes produz raios luminosos que partem do catodo para o anodo, por esse motivo chamados Raios catódicos ( catódicos (Figura Figura 2). 2).

 

Figura 2: Esquema de um tubo de raios catódicos. Com esse experimento foram feitas as seguintes observações sobre os raios catódicos: Deslocavam-se em linha reta do eletrodo negativo (catodo) para o eletrodo positivo (anodo). Movimentavam pequenos objetos – transferência de momento característica momento característica de partícula. Sofriam desvio sob a ação dos campos elétrico e magnético para o polo positivo  partícula carregada negativamente. negativamente. Quando na presença de um gás residual, re sidual, emitem luz – a cor depende do gás utilizado. utilizado. Independem da natureza dos eletrodos ou do gás residual – está presente em toda a matéria.. matéria Por essas observações, concluiu-se que os raios catódicos eram constituídos por partículas de carga elétrica negativa capazes de interagir com a matéria. Essas partículas foram chamadas de elétrons elétrons..

A radioatividad radioatividade e Em 1896, Henri Becquerel  observou  observou que o minério de urânio emitia uma radiação que era capaz de velar placas fotográficas. Em 1898, Marie e Pierre Curie descobriram que os elementos rádio e polônio emitiam a mesma radiação, que eles denominaram radioatividade.. Posteriormente, duas partículas (alfa e beta) e uma radiação radioatividade eletromagnética (gama) foram identificadas como resultantes daquela emissão radioativa (Figura (Figura 3). 3).

Figura 3: Esquema do experimento para caracterização de partículas radioativas.

 

Características fundamentais dos elétrons

Aplicando simultaneamente um campo elétrico e um campo magnético a um tubo de raios catódicos (Figura (Figura 4), 4), Joseph John Thomson , em 1897, foi capaz de determinar a relação entre a carga e a massa do elétron (e/m (e/m= = –1,76x108 C/g).

Figura 4: Esquema do experimento de Thomson. Em 1910, analisando o comportamento de gotas de óleo em um campo elétrico (Figura (Figura –19 5), Robert Andrews Millikan determinou a carga carga do  do elétron (-1,6x10  C) e, –28 consequentemente, a sua massa massa (9,1x10  (9,1x10  g).

Figura 5: Esquema do experimento de Mulliken. Retornando ao século XIX, vemos que Ernest Goldenstein observou um feixe de partículas carregadas positivamente que se moviam em direção oposta à dos raios catódicos. Esse feixe de partículas foi caracterizado como íons positivos, positivos, produzidos através da colisão entre os elétrons (raios catódicos) e as moléculas de gás contidas no interior dos tubos de Crookes (Figura ( Figura 6). 6). Essas partículas passaram a ser chamadas de Raios canais. canais.

Figura 6: Esquema do experimento para observação dos raios canais.

 

Modelos atômicos

Com base na natureza elétrica e létrica da matéria, Thomson propôs seu modelo atômico, afirmando que o átomo era composto por uma massa positiva, que continha tantos elétrons quantos fossem necessários para que a matéria ficasse neutra. Era o modelo do “pudim de passas” (Figura (Figura 7). 7).

Figura 7: Representação do átomo de Thomson. Na tentativa de comprovar experimentalmente o modelo de Thomson, Ernest Rutherford  propôs  propôs um experimento com partículas alfa que o levou a revolucionar o modelo atômico. Rutherford afirmou que o átomo era composto por um núcleo pequeno, carregado positivamente, de alta densidade e com os elétrons ocupando o espaço em torno desse núcleo (Figura (Figura 8). 8). Atualmente, sabemos que o raio do átomo é aproximadamente 100.000 vezes maior que o raio do seu núcleo. Com esse modelo atômico, vemos que a localização dos elétrons e létrons na matéria fica claramente definida. Temos um núcleo positivo e, em torno dele, elétrons suficientes para manter a neutralidade da matéria.

Figura 8: Representações do átomo de Rutherford. O átomo de Rutherford estava bem caracterizado experimentalmente, mas contrariava a Física clássica no que dizia respeito re speito às partículas carregadas e em movimento circular. A partir desse ponto, sabemos que a teoria dos Quanta Quanta de  de energia, de Max Planck  (E  (E = hv ) e o Efeito fotoelétrico de fotoelétrico de Albert Einstein (EFóton= hc/λ) foram fundamentais para a evolução do modelo atômico. Em 1913, Niels Bohr  propôs  propôs um modelo atômico para o átomo de hidrogênio, postulando que: Os elétrons ocupam uma posição definida no átomo, chamada níveis de energia. energia. Quando os elétrons estão localizados nos níveis de menor energia, o átomo estará no seu estado fundamental. fundamental.

 

Quando o elétron absorve uma quantidade definida de energia, dada por E= hv , ele é promovido para níveis de energia mais altos, caracterizando o estado excitado do excitado do átomo. Uma vez no estado excitado, os elétrons com excesso de energia decaem para níveis de menor energia, emitindo a energia excedente. e xcedente. Esses postulados de Bohr redirecionam o átomo da Física clássica para a Física F ísica quântica. Não avançaremos nas teorias atômicas por não ser o propósito desta disciplina. Contudo, gostaríamos de relacionar mais um ponto importante na caracterização dos de elétrons – a chamada dualidade partícula-onda da partícula-onda da matéria. Em 1924, Louis de Broglie estudou o caráter ondulatório do elétron e comprovou, com experimentos de difração, que os elétrons se comportavam tanto como partícula (possui massa e momento) quanto como onda (sofre difração). Sugerimos que você faça uma revisão sobre os modelos atômicos e orbitais para fundamentar seus conceitos sobre a estrutura da matéria. Na próxima aula, sairemos da eletrosfera e entraremos no núcleo atômico.