12/05/2022 Física

Qual é o melhor modelo atômico?

Escrito por Hexag Educação @hexagmedicina
Qual é o melhor modelo atômico?

Em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr apresentou o seu modelo atômico que se destacou por ser o primeiro construído utilizando pressupostos quânticos. Assim, corroborou para uma compreensão moderna do átomo tomando por base trabalhos desenvolvidos por Max Plack, Johann Balmer e o modelo planetário elaborado por Ernest Rutherford.

Esse modelo foi responsável pela introdução de conceitos relevantes como as órbitas eletrônicas (locais em que os elétrons não absorveriam ou emitiriam energia) e os estados estacionários. No entanto, é preciso mencionar que é aplicável apenas aos átomos monoeletrônicos, que têm um único elétron. 

Isso levou o modelo a ser suplantado por teorias mais modernas provenientes da mecânica quântica, elaboradas pelo matemático austríaco Erwin Schrödinger e pelo físico alemão Werner Heisenberg. Porém, ainda assim, a contribuição do modelo de Bohr é indiscutível e este trabalho é tido como uma das maiores publicações científicas da história. Continue lendo para saber mais. 

Modelo atômico de Bohr

O modelo atômico desenvolvido pelo neozelandês Rutherford abria margem para poucas dúvidas devido ao seu embasamento experimental. Porém, algumas questões relativas à estabilidade do átomo nuclear começaram a ser feitas. 

Segundo a teoria eletromagnética clássica, baseada no teorema do físico irlandês Joseph Larmor, se os elétrons estivessem circulando em órbitas em torno do núcleo, deveriam perder energia de forma a descrever uma trajetória espiral, colidindo com o núcleo. O resultado seria o seu colapso. 

Niels Bohr utilizou a espectroscopia (técnica que emprega radiação para obter informações da estrutura e composição da matéria) e compreendeu que os elétrons estariam, assim, dispostos em órbitas eletrônicas. Esse entendimento ajudava a resolver o problema de estabilidade do modelo de Rutherford.

De acordo com o físico, enquanto os elétrons se encontravam nessas órbitas (nomeadas como estados estacionários ou fundamentais) não absorveriam ou emitiriam energia. Logo, a sua energia total seria constante.

Ainda segundo o estudioso, as órbitas eletrônicas, assim como o comportamento dos elétrons, não poderiam ser explicados com base somente nas leis da mecânica clássica. Dessa forma, ele se apoiou nas recentes teorias quânticas, principalmente desenvolvidas por Max Planck. 

Órbitas eletrônicas

Chamadas também de camadas eletrônicas, as órbitas eletrônicas seriam mais energéticas conforme estivessem mais afastadas do núcleo. Segundo as definições de Bohr, um elétron poderia saltar (passar) para uma órbita mais energética. No entanto, quando fizesse isso deveria absorver energia. 

Quando retornasse para seu estado estacionário, o elétron, por sua vez, deveria emitir radiação eletromagnética, segundo preceitos da teoria de Max Planck. Esse efeito recebe o nome de transição eletrônica. As camadas eletrônicas do modelo atômico de Bohr, posteriormente, foram nomeadas com letras.

No total são 118 elementos na Tabela Periódica e sete camadas eletrônicas são descritas, sendo elas: K, L, M, N, O, P e Q. A camada K é a mais interna e próxima do núcleo, de forma que é a que tem menor energia. Já a camada Q é a mais externa e que possui maior energia.

Confira abaixo o número máximo de elétrons por camada eletrônica: 

K – 2

L – 8

M – 18

N – 32

O – 32

P – 18

Q – 8

Conheça os postulados de Niels Bohr 

O modelo atômico de Niels Bohr está fundamentado em postulados específicos que explicaremos melhor a seguir. 

– Estão de acordo com as leis da mecânica clássica o equilíbrio dinâmico dos sistemas atômicos (movimento circular realizado pelo elétron em torno do núcleo) e a atração de natureza elétrica entre ambos. 

– Os elétrons estão dispostos em órbitas circulares específicas. O momento angular destes tem valor sempre múltiplo inteiro do número h/2π em que h é a Constante de Planck. Logo, nem todas as órbitas são possíveis, uma vez que algumas não são múltiplas desse valor mencionado, isso não estava previsto pela mecânica clássica. 

– Embora sejam acelerados constantemente, os elétrons quando estão nas órbitas circulares (ou órbitas eletrônicas) possíveis têm energia total constante, pois não realizam nem emissão e nem radiação eletromagnética. 

– Quando o elétron absorve energia salta para uma órbita eletrônica mais externa que é mais energética. Quando salta para uma órbita mais interna, o elétron emite energia sob a forma de radiação eletromagnética.

Modelo atômico de Bohr: quais são as limitações? 

Apesar de ser revolucionário, o modelo atômico de Bohr foi superado relativamente rápido devido às inúmeras descobertas advindas da melhor compreensão da mecânica quântica.

Em 1916, Arnold Sommerfeld realizou algumas adequações ao modelo atômico de Bohr. Ele propôs que o movimento dos elétrons no átomo de hidrogênio seria elíptico. Isso em decorrência do fato de que as linhas espectrais do hidrogênio se mostraram na verdade um conjunto de linhas finas. 

Logo, o que se imaginava ser um único estado de energia era na verdade diversos estados de energia bastante próximos, o que se chama de subníveis de energia. Outro ponto que tornou esse modelo atômico um tanto limitado é que ele é aplicável somente para átomos com um elétron como H, He+, Li2+ etc. No entanto, o modelo de Bohr foi imprescindível para que os demais avanços fossem feitos.

O modelo atômico de Bohr foi fundamental para o que foi desenvolvido depois.

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