Teoria Atômico Molecular

Teoria Atômico Molecular

Teoria Atômico Molecular – O que é

A Teoria Atômica é uma teoria científica da natureza que afirma que a matéria é composta de unidades discretas denominadas átomos, em oposição à concepção obsoleta que o assunto pode ser arbitrariamente dividido em qualquer pequena quantidade.

Embora físicos descobriram que o chamado “átomo indivisível” era na verdade um conglomerado de várias partículas subatômicas, o conceito de átomos ainda é importante porque elas são blocos de construção de matéria e forma a base da química.

Teoria Atômico Molecular – – Química e Física

Teoria Atômico Molecular

Em química e física, teoria atômica é uma teoria científica da natureza da matéria, que afirma que a matéria é composta de unidades discretas chamadas átomos.

Ela começou como um conceito filosófico na Grécia antiga e entrou no mainstream científico no início do século 19, quando descobertas no campo da química mostrou que a matéria de fato se comportam como se fosse feito de átomos.

A palavra átomo vem dos atomos adjetivo grego antigo, que significa “uncuttable”.

Químicos do século 19 começaram a usar o termo em conexão com o crescente número de elementos químicos irredutíveis.

Embora aparentemente a propósito, por volta da virada do século 20, através de vários experimentos com o eletromagnetismo e à radioatividade, os físicos descobriram que o chamado átomo era na verdade um conglomerado de várias partículas subatômicas (principalmente, elétrons, prótons e nêutrons), que pode existir separadamente um do outro.

Na verdade, em certos ambientes extremos, como estrelas de nêutrons, temperaturas extremas e pressão impede átomos de existir em tudo.

Como os átomos foram encontrados para ser divisível, os físicos mais tarde inventou o termo “partículas elementares”, embora não indestrutível, partes de um átomo. O campo da ciência que estuda partículas subatômicas é a física de partículas, e é neste campo que os físicos esperam descobrir a verdadeira natureza fundamental da matéria.

Lei da Conservação da Massa

Existem mais de 18 milhões de substâncias conhecidas em nosso mundo. Vamos partir do pressuposto que todos os materiais são feitos de elementos, materiais que não podem ser decompostos em substâncias mais simples. Vamos assumir que nós identificamos todos estes elementos, e que existe um pequeno número delas.

Todas as outras substâncias puras, que chamamos de compostos, são feitos a partir desses elementos e pode ser decomposto em estes elementos.

Por exemplo, o ferro metálico e oxigénio gasoso são ambos os elementos e não pode ser reduzida em substâncias mais simples, mas oxidação do ferro, ou óxido de ferro, é um composto que pode ser reduzido a ferro elementar e oxigénio.

Os elementos não são transmutáveis: um elemento não pode ser convertido num outro.

Finalmente, vamos supor que temos demonstrado a Lei da Conservação da Massa.

A massa total de todos os produtos de uma reação química é igual à massa total de todos os reagentes de reação.

Estas declarações são resumos de muitas observações, o que exigiu uma quantidade enorme de experimentação para atingir e até mesmo pensamento mais criativo para sistematizar como escrevemos aqui. Ao fazer estas premissas, podemos proceder diretamente com as experiências que levaram ao desenvolvimento da teoria atômico-molecular.

Relações de massa durante as reações químicas

A Lei da Conservação da Massa, por si só, não requer uma visão atômica dos elementos.

Massa pode ser conservada mesmo que a matéria não foram atômica.

A importância da Lei da Conservação da Massa é que ele revela que pode ser útil para medir as massas dos elementos que estão contidos em uma massa fixa de um composto.

Como um exemplo, pode decompor-se carbonato de cobre nos seus elementos constitutivos, de cobre, de oxigénio e de carbono, pesando cada um e tendo as proporções destas massas.

O resultado é que todas as amostras de carbonato de cobre é de 51,5% de cobre, 38,8% de oxigénio e 9,7% de carbono.

Dito de outra forma, as massas de cobre, de oxigénio e de carbono estão na razão de 5,3: 4: 1, para cada medição de todas as amostras de carbonato de cobre.

Da mesma forma, sulfeto de chumbo é 86,7% de chumbo e 13,3% de enxofre, de modo que a relação de massa para marcar o enxofre em sulfureto de chumbo é sempre 6,5: 1. Todas as amostras de carbonato de cobre e de cada amostra de sulfeto de chumbo irá produzir essas proporções elementares, independentemente a quantidade de material que se decompõem ou onde o material veio. Estes resultados são exemplos de um princípio geral conhecida como a Lei de Proust.

“Nada vem do nada” é uma ideia importante na filosofia grega antiga que argumenta que o que existe agora sempre existiu, uma vez que não importa o novo pode vir a existir onde não havia antes.

Antoine Lavoisier (1743-1794) reafirmou este princípio para a química com a lei da conservação de massa, o que “significa que os átomos de um objeto não pode ser criada ou destruída, mas pode ser movido ao redor e ser transformada em partículas diferentes.”

Esta lei diz que, quando de uma reação química rearranja em átomos de um novo produto, a massa dos reagentes (produtos químicos antes da reação química) é a mesma que a massa dos produtos (os novos produtos químicos feitos).

Lei de proporções definidas

Quando dois ou mais elementos se combinam para formar um composto, suas massas em que o composto está numa relação fixa e definitiva.

A idéia de uma concepção atomística da matéria remonta às especulações dos filósofos gregos da Antigüidade, mas sua formulação em bases científicas é atribuída ao químico e físico inglês John Dalton.

Durante a Idade Média e o Renascimento, a verdade correntemente aceita era a de Aristóteles e dos filósofos estóicos, que sustentavam ser a matéria contínua.

Com o desenvolvimento da química, na Segunda metade do séc. XVIII, acumularam-se fatos que, para serem explicados, necessitavam de uma teoria sobre a constituição da matéria.

Por volta de 1785, Antoine Laurent de Lavoisier demonstrou que não há variação da massa numa reação química: A massa dos produtos é igual à soma das massas das substâncias reagentes.

Lavoisier foi também quem introduziu a noção de substância elementar, “o último ponto que a análise química atinge”.

Em 1799, Joseph Louis Proust descobre a lei das proporções definidas, a qual afirma que: Uma dada substância contém seus elementos constituintes na mesma proporção.

Por exemplo, em qualquer amostra de água, o hidrogênio e o oxigênio estão presentes na mesma proporção, em massa, de 1 para 8: 1 g de hidrogênio e 8 g de oxigênio combinam-se para formar 9 g de água.

A presença em excesso de um dos elementos não altera a quantidade de composto formado: 2 g de hidrogênio e 8 g de oxigênio formarão 9 g de água, restando 1 g de hidrogênio sem reagir.

A lei das proporções definidas indica que as substâncias que participam de uma reação o fazem em quantidades precisas ou corpusculares.

A TEORIA DE DALTON

A teoria de Dalton baseava-se nos seguintes postulados:

Os elementos químicos consistem em partículas de matéria, ou átomos, que não se subdividem e que preservam sua individualidade nas transformações químicas;

Todos os átomos de um mesmo elemento são idênticos e, em particular, têm a mesma massa, caracterizando-se cada elemento pela massa de seu átomo;

Os compostos químicos são formados pela união de átomos de diferentes elementos em proporções numéricas simples e determinadas, por exemplo, 1:1, 1:2, 2:3.

Desse modo Dalton procurou explicar as leis de Lavoisier e de Proust:

Como os átomos não sofrem mudanças durante uma reação, a massa de um composto é a soma das massas, de seus elementos;
Um composto é formado pela união de átomos em proporções determinadas;
Consequentemente, a proporção, em peso, dos dois elementos é sempre a mesma em qualquer amostra do composto.

LEI DE DALTON

De sua hipótese Dalton concluiu que, se dois elementos, A e B, podem formar mais de um composto, então as massas de B que combinam com a mesma massa de A nos diferentes compostos estão entre si na mesma proporção que pequenos números inteiros.

Por exemplo, oxigênio e carbono podem formar dois compostos: em um deles, monóxido de carbono, a proporção dos dois elementos é de 4:3 (massa), respectivamente, e no outro, dióxido de carbono, é de 8:3. As massas de oxigênio que reagem com a mesma massa de carbono nos dois compostos estão entre si como 4:8 ou 1:2. Essa lei, conhecida como lei das proporções múltiplas, ou lei de Dalton, foi derivada da teoria e posteriormente confirmada pela experiência, constituindo a primeira predição e o primeiro triunfo da teoria atômica da matéria.

Apesar do seu sucesso para explicar e predizer as leis da combinação química, a teoria de Dalton era incompleta, pois não podia determinar os pesos relativos dos átomos.

Dalton fez então, arbitrariamente, a suposição mais simples: quando apenas um composto de dois elementos fosse conhecido, estipulava-se AB para sua fórmula estrutural. A água era considerada como formada por um átomo de hidrogênio e um de oxigênio. Embora simples, a hipótese era incorreta e gerou algumas incongruências e dificuldades.

Também o estudo das propriedades da combinação de elementos gasosos levantou problemas que desafiaram a teoria atômica. Joseph Louis Gay-Lussac descobriu em 1805 que, numa reação de elementos no estado gasoso, os volumes dos reagentes e dos produtos, nas mesmas condições de pressão e temperatura, estão entre si como pequenos números inteiros.

Por exemplo, um volume de oxigênio combina-se com dois volumes de hidrogênio dando dois volumes de vapor de água, nas mesmas condições de pressão e temperatura; um volume de nitrogênio reage com três volumes de hidrogênio para dar dois volumes de amônia.

Se volumes de todos os elementos gasosos, bem como seus átomos, se combinam em proporções de pequenos números inteiros, deve haver uma relação simples entre o número de átomos em volumes iguais de todos os gases. Dalton admitiu que volumes iguais de todos os gases, submetidos à mesma pressão e temperatura, contêm o mesmo número de átomos. Mas então, quando um volume de oxigênio reage com dois volumes de hidrogênio para formar dois volumes de vapor de água, cada átomo de oxigênio deveria dividir-se, o que contraria o postulado da indivisibilidade do átomo em processos químicos.

A HIPÓTESE DE AVOGADRO

O físico italiano Amedeo Avogadro mostrou, em 1811, que a dificuldade poderia ser superada distinguindo-se os átomos das menores partículas de um gás, sendo estas últimas agregados de átomos que ele chamou moléculas. Avogadro postulou então que iguais volumes de todos os gases, nas mesmas condições físicas, contêm o mesmo número de moléculas. Nesse caso, 2 moléculas de hidrogênio reagirão com 1 molécula de oxigênio, dando 2 moléculas de água.

Admitindo que tanto a molécula de hidrogênio quanto a de oxigênio consistia em dois átomos, Avogadro solucionou, à luz da teoria atômica, o conflito colocado pelas experiências de Gay-Lussac, obteve a composição correta da água, H2O, e de várias outras substâncias, permitindo o cálculo dos pesos atômicos. A análise detalhada de muitas reações revelou que as moléculas dos elementos gasosos hidrogênio, oxigênio, cloro e nitrogênio contêm dois átomos, ao passo que nos gases inertes (hélio, neônio, argônio, criptônio xenônio e radônio) a molécula é monoatômica.

A hipótese de Avogadro não foi aceita de imediato pois seus contemporâneos, que não podiam conceber a combinação de átomos de um mesmo tipo. Quase cinqüenta anos mais tarde, com o trabalho de outro químico italiano, Stanislao Cannizzaro, ficou demonstrado que ela fornecia uma base racional para a determinação de pesos atômicos relativos. Na conferência internacional sobre pesos atômicos, realizada em Karlsruhe em 1860, as idéias de Avogadro e Cannizzaro foram reconhecidas. Essa data simboliza o estabelecimento definitivo da teoria atômica da matéria.

A segunda grande contribuição da química à teoria atômica foi a construção de uma tabela de elementos dispostos em ordem de periodicidade de propriedades, enunciada por Dmitri Ivanovitch Mendeleev em 1869. Dispondo os elementos conhecidos em ordem crescente de peso atômico, Mendeleev verificou que elementos quimicamente semelhantes ocorriam em intervalos regulares. Ele foi capaz de prever a existência de seis novos elementos, desconhecidos então, correspondentes a lugares não ocupados em sua tabela. Tal fato é uma importante indicação da regularidade da estrutura intra-atômica e só foi completamente explicado com o advento da teoria quântica. A estrutura do átomo e seus constituintes básicos não poderia ser revelada pela química convencional e teve de esperar por novas descobertas e novos métodos, que ocorreram no campo da física em fins do séc. XIX e princípio do séc. XX.

A TEORIA ATOMÍSTICA

Demócrito (c. 460 – 370 a. C.) era natural da cidade portuária de Abdera, na costa norte do mar Egeu.

Considerado o último grande filósofo da natureza, Demócrito concordava com seus antecessores num ponto: as transformações que se podiam observar na natureza não significavam que algo realmente se transformava. Ele presumiu, então, que todas as coisas eram constituídas por uma infinidade de partículas minúsculas, invisíveis, cada uma delas sendo eterna e imutável. A estas unidades mínimas Demócrito deu o nome de átomos.

A palavra átomo significa indivisível

Para Demócrito era muito importante estabelecer que as unidades constituintes de todas as coisas não podiam ser divididas em unidades ainda menores. Isto porque se os átomos também fossem passíveis de desintegração e pudessem ser divididos em unidades ainda menores, a natureza acabaria por se diluir totalmente.

Além disso, as partículas constituintes da natureza tinham que ser eternas, pois nada pode surgir do nada. Neste ponto, Demócrito concordava com Parmênides e com os eleatas. Para ele, os átomos eram unidades firmes e sólidas. Só não podiam ser iguais, pois se todos os átomos fossem iguais não haveria explicação para o fato de eles se combinarem para formar por exemplo rochas ou mesmo seres.

Demócrito achava que existia na natureza uma infinidade de átomos diferentes: alguns arredondados e lisos, outros irregulares e retorcidos. E precisamente porque suas formas eram tão irregulares é que eles podiam ser combinados para dar origem a corpos os mais diversos. Independentemente, porém, do número de átomos e de sua diversidade, todos eles seriam eternos, imutáveis e indivisíveis.

Se um corpo – por exemplo, de uma árvore ou de um animal – morre e se decompõe, seus átomos se espalham e podem ser reaproveitados para dar origem a outros corpos. Pois se é verdade que os átomos se movimentam no espaço, também é verdade que eles possuem diferentes engates e podem ser novamente reaproveitados na composição de outras coisas que vemos ao nosso redor.

É claro que também podemos construir objetos de barro. Mas o barro nem sempre pode ser reaproveitado, pois se desfaz em partes cada vez menores, até se reduzir a pó. E estas minúsculas partículas de argila podem ser reunidas para formar novos objetos.

Hoje em dia podemos dizer que a teoria atômica de Demócrito estava quase perfeita. De fato, a natureza é composta de diferentes átomos, que se ligam a outros para depois se separarem novamente. Um átomo de hidrogênio presente numa molécula de água pode ter pertencido um dia à uma molécula de metano. Um átomo de carbono que está hoje no músculo de um coração provavelmente esteve um dia na cauda de um dinossauro.

Hoje em dia, porém, a ciência descobriu que os átomos podem ser divididos em partículas ainda menores, as partículas elementares. São elas os prótons, nêutrons e elétrons. E estas partículas também podem ser divididas em outras, menores ainda. Mas os físicos são unânimes em achar que em alguma parte deve haver um limite para esta divisão. Deve haver as chamadas partículas mínimas, a partir das quais toda a natureza se constrói.

Demócrito não teve acesso aos aparelhos eletrônicos de nossa época. Na verdade, sua única ferramenta foi a sua razão. Mas a razão não lhe deixou escolha. Se aceitamos que nada pode se transformar, que nada surge do nada e que nada desaparece, então a natureza simplesmente tem de ser composta por partículas minúsculas, que se combinam e depois se separam.

Demócrito não acreditava numa força ou numa inteligência que pudessem intervir nos processos naturais. As únicas coisas que existem são os átomos e o vácuo, dizia ele. E como ele só acreditava no material, nós o chamamos de materialista.

Por detrás do movimento dos átomos, portanto, não havia determinada intenção. Mas isto não significa que tudo o que acontece é um acaso, pois tudo é regido pelas inalteráveis leis da natureza. Demócrito acreditava que tudo o que acontece tem uma causa natural; uma causa que é inerente à própria coisa. Conta-se que ele teria dito que preferiria descobrir uma lei natural a se tornar rei da Pérsia.

Para Demócrito, a teoria atômica explicava também nossas percepções sensoriais. Quando percebemos alguma coisa, isto se deve ao movimento dos átomos no espaço. Quando vejo a Lua, isto acontece porque os átomos da Lua tocam os meus olhos.

Mas o que acontece com a consciência? Está aí uma coisa que não pode ser composta de átomos, quer dizer, de coisas materiais, certo? Errado. Demócrito acreditava que a alma era composta por alguns átomos particularmente arredondados e lisos, os átomos da alma. Quando uma pessoa morre, os átomos de sua alma espalham-se para todas as direções e podem se agregar a outra alma, no mesmo momento em que esta é formada.

Isto significa que o homem não possui uma alma imortal. E este é um pensamento compartilhado por muitas pessoas em nossos dias. Como Demócrito, elas acreditam que a alma está intimamente relacionada ao cérebro e que não podemos possuir qualquer forma de consciência quando o cérebro deixa de funcionar e degenera.

Com sua teoria atômica, Demócrito coloca um ponto final, pelo menos temporariamente, na filosofia natural grega. Ele concorda com Heráclito em que tudo flui na natureza, pois as formas vão e vêm. Por detrás de tudo o que flui, porém, há algo de eterno e de imutável, que não flui. A isto ele dá o nome de átomo.

O pensamento filosófico

As primeiras especulações relativas à origem da natureza são devidas ao filósofo grego Tales, que viveu na cidade de Mileto, aproximadamente entre os anos 640 e 548 a.C.

Fugindo de figurações extraídas da imaginação – muitas vezes de inspiração religiosa, fantástica ou poética –, Tales deduzia que a natureza (ou a phisis, como era dito em grego) teria a água como princípio (ou substrato) único, ou seja: todo o universo teria a água como origem.

Fugindo de figurações extraídas da imaginação – muitas vezes de inspiração religiosa, fantástica ou poética –, Tales deduzia que a natureza (ou a phisis, como era dito em grego) teria a água como princípio (ou substrato) único, ou seja: todo o universo teria a água como origem.

Deve-se reconhecer que esse pensamento carecia de uma base teórica ou material consistente, além de ser pouco esclarecedor. Porém, evidenciava um questionamento ou uma contestação sobre o pensamento que prevalecia até então e, ao mesmo tempo, induzia à reflexão investigativa, fundamental para o desenvolvimento do conhecimento.

Os próximos registros sobre a constituição da natureza vieram de Abdera, na Ásia Menor, onde o filósofo Leucipo se fixou por volta de 478 a.C. Ele acreditava que o universo era constituído por elementos indivisíveis e pelo vazio, e que os movimentos desses elementos, gerando união ou separação, produziam ou destruíam os materiais.

Leucipo não deixou registros sobre suas reflexões. Porém, elas permaneceram e foram melhoradas pelo seu seguidor Demócrito, que viveu entre 460-370 a.C. e, seguindo as idéias do seu mestre, afirmava que a menor partícula constituinte de qualquer tipo de matéria não poderia ser fragmentada, pois se fosse divisível ao infinito, confundir-se-ia com o vazio. Por essa característrica, denominou tal partícula de átomo, palavra grega que significa indivisível.

Como corolário, Demócrito pos os espaços entre eles e que qual elementos: água terra, fogo e ar.

Essas idéias foram apoiadas por alguns filósofos. Porém, outros, entre os quais, Aristóteles, que foi um dos maiores filósofos de todos os tempos, consideravam um absurdo existir algo indivisível, estabelecendo-se, então, duas correntes de pensamento.

Para Aristóteles, a matéria era contínua (não atômica) e suas idéias terminaram prevalecendo entre a maioria dos pensadores até o século XVI, quando outros estudiosos, como Pierre Gassendi (1592 – 1655), rompendo com a filosofia aristotélica, passaram a defender o atomismo e adotar o empirismo como prática para o estabelecimento da verdade científica.

Fonte: www.vias.org/allchemy.iq.usp.br