MMN e Propedêutica: Atomística: Atomística
Atomística
Sabemos que matéria é tudo que ocupa lugar no espaço e que uma porção (pedaço) limitada da matéria denomina-se corpo. Os corpos, quando manufaturados para servir de utensílios ao homem, formam os objetos.
Sabemos também que tanto a matéria, o corpo como o objeto é formado de diferentes espécies de substâncias e estas por minúsculas partículas básicas, denominadas átomos.
Este conceito é o que chamamos de teoria atômica, ou seja: “a matéria é constituída de átomos”.
Tanto a química moderna como outras ciências em geral, estão fundamentadas na teoria da constituição da matéria por átomos.
Ao longo da história os estudos da constituição da matéria sofreu muitas alterações devidos as teoria e modelos atômicos criados para explicar sua constituição.
OS GREGOS
A primeira idéia do átomo surgiu cerca de 400 a 500 anos (a.C.), através dos pensamentos filosóficos dos gregos, que Segundo a história, Leucipo foi o primeiro a conceber a idéia de pequenas partículas, cada vez menores, constituindo a matéria.
Demócrito de Abdera, outro filósofo grego, discípulo de Leucipo, afirmava que o mundo material estava constituído de pequenas partículas o qual denominou átomo que significa: não tem partes (a = não; tomo = parte).
Demócrito de Abdera (Pré-socrático)
DEMÓCRITO DE ABDERA
Terão sido Leucipo, o mestre e pioneiro, e o seu aluno Demócrito que criaram o atomismo. Atestada por fontes seguras, a existência de Leucipo não pode ser posta em causa. Todavia pouco se sabe dele em particular, e é quase sempre impossível distinguir a sua contribuição da do discípulo.
Demócrito nasceu em 460 a. C e sobreviveu a Sócrates. Diz-se que este filósofo viveu até muito velho, provavelmente até cerca de 359 a.C.
Foi um espírito universal, viajou, visitou pelo menos, fora do mundo grego, o Egipto e a Pérsia, e a sua produção é enciclopédica:questões morais, física, matemática, as artes e a técnica eram disciplinas do seu interesse.
Para Demócrito, na origem de todas as coisas estão os átomos e o vazio (tudo o mais não passa de suposição). Os mundos são ilimitados, engendrados e perecíveis. Nada nasce do nada, nem retorna ao nada. Os átomos são ilimitados em grandeza e em número e são arrastados com o todo em turbilhão.
Assim nascem todos os compostos: o fogo, o ar, a água e a terra. Pois são conjuntos de átomos incorruptíveis e fixos devido à sua solidez. O Sol e a Lua são compostos de massas semelhantes, simples e redondas, inteiramente como a alma que não se separa do espírito. Nós vemos pela projecção de imagens, e tudo se faz por necessidade, pois o turbilhão é a causa universal, e é este turbilhão que é o destino (Diógenes Laércio, IX).
«O extravio das suas obras, devido à indiferença, e por vezes também à hostilidade de época ulteriores, constitui um dos maiores e mais lamentáveis “naufrágios literários” de toda a Antiguidade” (François Châtelet, História da Filosofia-Ideias, Doutrinas).
MODELOS ATÔMICOS HISTÓRICOS
Evolução:
MODELO ATÔMICO DE J. DALTON (1808)
John Dalton, brilhante cientista inglês, através de experimentos, deu uma visão científica a idéia do átomo criada pelos antigos filósofos gregos.
Para Dalton cada átomo seria: uma partícula extremamente pequena (invisível), maciça, indivisível, esférica, indestrutível (numa reação ocorre rearranjo dos átomos) e que varia em tamanho e massa a depender do elemento químico.
A teoria (resumidamente: esfera maciça) é, didaticamente, associada a idéia de bolas de bilhar ou de gude, com tamanhos diferentes, representando os elementos químicos constituintes da matéria.
MODELO ATÔMICO DE J. J. THOMSON (1897)
Próximo no final do século XIX, após diversos experimentos realizados por estudiosos como: Faraday, Crookes, Stoney, Becquerel, entre outros, Os cientistas suspeitaram da existência de partículas subatômicas e com carga elétrica, dentro do átomo.
Thomson, então, ao fazer experiências com gases rarefeitos submetidos ã descarga elétrica, em tubos de Crookes (alto vácuo), propôs um novo modelo atômico onde, o átomo seria uma partícula compacta, esférica mas não indivisível, formado por uma “geleia” com carga positiva, na qual estariam dispersas partículas ainda menores de carga negativa denominadas elétrons, em quantidade suficiente para tornarem o conjunto neutro.
MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD (1911)
No início do século XX, Ernest Rutherford, juntamente com uma equipe de colaboradores, realizou dentre muitas, a célebre experiência da “lâmina de ouro”, derrubando o modelo proposto por Thomson.
A experiência consistia em bombardear uma finíssima folha de ouro com partículas ? proveniente de um pedaço de metal polônio.
Com o experimento, Rutherford imaginou então que o átomo seria formado por um núcleo pequeno (prótons), com carga positiva e concentrando boa parte da massa. Em torno do núcleo estariam girando outras partículas muitas menores que o núcleo, denominadas elétrons.
Este modelo foi comparado ao sistema solar onde, o núcleo, representaria o sol e as partículas da eletrosfera, os planetas girando em torno do sol.
MODELO ATÔMICO DE BÖHR (1913)
Este físico dinamarquês propôs um aperfeiçoamento do modelo de Rutherford, baseado nos conhecimentos e conceitos da Teoria Quântica e com sustentação experimental em eletroscopia, ele postulou que:
Os elétrons descrevem órbitas circulares(camadas) bem definidas, ao redor do núcleo, tendo cada órbita uma energia constante e sendo maior, quanto mais afastado do núcleo for a camada
Os elétrons quando absorvem energia “pulam” para uma camada superior (afastada do núcleo) e quando voltam para o seu nível de energia original liberam a energia recebida, na forma de onda eletromagnética(luz).
As camadas, orbitais ou níveis de energia foram denominadas K, L, M, N, O, P e Q.
Observação:
O modelo de Böhr, porem, não explicava o comportamento de átomos com vários elétrons.
MODELO ATÔMICO DE SOMMERFELD (1916)
A partir do modelo de Böhr, Arnold Sommerfeld propôs que os níveis de energia(camadas) estariam subdivididos em regiões menores denominadas subníveis de energia.
Os subníveis foram chamados de: (s, p, d, f ) a partir dos nomes técnicos da espectografia –Sharp, Principal, Difuse e Fundamental.
Ao pesquisar o átomo, Sommerfeld concluiu que os elétrons de um mesmo nível, ocupam órbitas de trajetórias diferentes ( circulares e elípticas ) a que denominou de subníveis, que podem ser de quatro tipos: s , p , d , f . Arnold Sommerfeld (1868-1951).
ARNOLD SOMMERFELD
Arnold Sommerfeld
Período: (1868 - 1951)
Nacionalidade: Alemão
Área: Matemática e Física
Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld, nasceu em Konigsberg - Prússia(hoje Kaliningrado, Rússia) a 5 de dezembro de 1868 e faleceu em Munique na Alemanha a 26 de abril de 1951 devido a um ferimento adquirido em acidente de transito. Casou-se dom Johanna Höpfner e teve três filhos e uma filha.
Era filho de Médico, desde pequeno tinha muito interesse nas ciências exatas, embora sai-se bem em todas as disciplinas escolares. Quando terminou os estudos regulares resolveu estudar matemática na universidade de Konigsberg mas paralelamente continuou a se interessar em ciências naturais e filosofia.
Fornou-se doutor em Matemática no ano de 1891, trabalhando como professor de matemática, física e engenharia, desenvolveu trabalhos teóricos sobre lubrificação hidrodinâmica, sobre giroscópio (dispositivo usado para orientação de navios, aviões e espaçonaves,) e a propagação de ondas eletromagnéticas em meios dispersivos.
Entre 1906 e 1931 trabalhou como professor de Física na Universidade de Munique. Onde entrou em contato com a teoria da Relatividade de Albert Einstein.
Teve muitos alunos de destaque nas ciências como por exemplo: Heisenberg, Wolfgang Pauli, Hans Bethe e Peter Debye.
Seu livro: Estrutura atômica e linhas espectrais de 1919 tornou-se um clássico da teoria atômica.
Tornou-se também um dos fundadores da mecânica quântica, tendo sido o codescobridor da lei de quantização de Sommerfeld-Wilson , uma generalização do modelo atômico de Bohr, substituída, mais tarde, pela equação de Schrödinger.
Sua principal contribuição para a evolução do modelo atómico foi a inclusão no modelo de Niels Bohr, os orbitais elípticos e a relatividade restrita, obtendo assim o modelo-Sommerfeld que dividia os níveis em subníveis(regiões menores) o que eliminava a decadência do elétron que ocorria no modelo anterior(Bohr) acrescentando mais dois números quânticos(azimutal e o magnético) além de estabelecer que os orbitais não tinham que se estabelecer num mesmo plano.
Didaticamente colocamos assim: Os elétrons estão na eletrosfera em camadas que estariam subdivididas em regiões menores denominadas subníveis(s,p,d,f...)de energia., não necessariamente circulares.
MODELO ATÔMICO ATUAL
Schrodinger, em 1926, lançou as bases da Mecânica Quântica Ondulatória, apresentando um novo modelo atômico que ainda é valido. No modelo os elétrons passam a ser partículas-onda.
Schrodinger
Neste novo modelo estão alguns princípios que muda completamente a idéia de que os elétrons são “bolinhas” em movimento rápido, girando em torno do núcleo.
Princípios do modelo atômico atual:
Princípio da dualidade: Proposto por De Broglie em 1924, fala que o elétron em movimento está associado a uma onda característica (partícula-onda).
Princípio da incerteza: Proposto por Heisenberg em 1926, fala que é impossível calcular a posição e a velocidade de um elétron, num mesmo instante.
Princípio do orbital: Estabelecido por Schrodinger em 1926, fala que existe uma região do espaço atômico onde haveria maior probabilidade de encontrar o elétron, denominado de orbital.
Princípio da exclusão: Estabelecido por Wolfang Pauli em 1925, fala que em um átomo, dois elétrons não podem apresentar o mesmo conjunto de números quânticos.
Princípio da máxima multiplicidade: Estabelecido por Hund, fala que durante a caracterização dos elétrons de um átomo, o preenchimento de um mesmo subnível deve ser feito de modo que tenhamos o maior número possível de elétrons isolados, ou seja, desemparelhados.
Em 1932, James Chadwick provou que, no núcleo não existiam somente cargas elétricas positivas, mas também, partículas com carga neutra que de certa forma isolam os prótons, evitando repulsões, e por isso foram denominados de nêutrons.
JAMES CHADWICK
Período: (1891-1974)
Nacionalidade: Inglês
Área: Física
James Chadwick
Físico Inglês, nascido em Cheshire, Reino Unido em 1891 e falecido em Londre em1974, filho de Joshep Chadwick e Anne Knowle, ingressou em Manchester University em 1908 para estudar Física graduando-se com honras em 1911.
Iniciou trabalhando com Rutherford, tornando-se especialista em fenômenos radioativos, o que o levou a ganhar vários prémios. Durante a primeira guerra mundial esteve detido, tendo depois voltado em 1919 para a Inglaterra para lecionar física e trabalhar com seu mestre Ruterford no laboratório de Cavendish.
Em 1925 Casou-se com a estudante Aileen Stewart-Brown e teve duas filhas.
Sua principal contribuição para o desenvolvimento da Física ocorreu em 1932 com a descoberta de uma partícula nuclear chamada de nêutron por não possuir carga elétrica. Esta descoberta lhe valeu o Prémio Nobel de Física em 1935.
Destaques biográficos:
1927 - Eleito membro da Royal Society
1932 - Descoberta dos nêutrons
1932 - Recebeu a medalha Huges Medal da Royal Society
1935 - Nobel de Física
1935 - Titular da cadeira de Física Lyon Jones, na University of Liverpool
1935 - Tornou-se cientista- diretor do projeto britânico da bomba atômica
1943 -1946 - Trabalhou nos Estados Unidos como chefe da missão britânica integrada ao Projeto Manhattan para o desenvolvimento da bomba atômica
1948 - Regressou à Inglaterra e retirou-se de suas atividades de pesquisador em física para assumir como master do Gonville e Caius College, Cambridge University.
Fonte: www.slideshare.net
Atomística
A ESCOLA ATOMÍSTICA
A história aqui nesta escola começa em Abdera, porto marítimo que foi desenvolvido por refugiados provenientes da invasão persa da Lídia. Geograficamente, Abdera está situada na costa norte do mar Egeu. Nesta pequena cidade da região da Trácia, o legendário filósofo grego Leucipo, nascido em 500 a.C., em Eléia ou Mileto, foi morar por volta de 478 a.C.
Muitos acreditam que Leucipo era um pseudônimo do grande filósofo grego Demócrito. A maioria dos autores considera, todavia, que Leucipo foi discípulo de Zenon e mestre de Demócrito, tendo sido o fundador da Escola de Abdera, onde se originou a teoria atomística grega.
Entre as várias teorias sobre a constituição da matéria que compõe o Universo, a mais lógica na Antigüidade grega foi a hipótese atomística. Esta teoria possibilitou aos seus autores, Leucipo e Demócrito, da Escola de Abdera, dar uma explicação para a estrutura da matéria do nosso Universo sem recorrer a entidades divinas ou misteriosas.
Pouco sabemos da vida de Leucipo; de Demócrito conhecemos muito mais. Nasceu no ano 472 a.C. ou 460 a.C. em Abdera e morreu em 357 a.C.. Foi discípulo de Leucipo e era filho de uma família muito rica. Viajou muito, tendo ido ao Egito, à Pérsia e, provavelmente, até a Índia. A sua viagem à Índia, muitos consideram que não existiu, sendo uma maneira fantasiosa apresentada por alguns historiadores para tentar provar que os hindus já apresentavam uma teoria atomística, e que Demócrito foi quem a trouxe para a Grécia.
Contudo, a teoria atômica da Índia era mais equivalente à teoria dos quatro elementos do que realmente às concepções de Demócrito e Leucipo. Muitas são as fábulas contadas a respeito da vida de Demócrito. Numa delas, atribuída a Cícero, revela-se que ele se cegou voluntariamente, para melhor se concentrar nas suas elucubrações.
Não se pode realmente confirmar a afirmação de Cícero.
Podemos, todavia, dizer com certeza, que Demócrito tinha um temperamento alegre e excelente senso de humor, o que possibilitou a existência do provérbio na Grécia: "Rir como Demócrito".
Na sua longa vida, ele escreveu mais de setenta trabalhos, desenvolvendo conhecimentos enciclopédicos e sempre afirmando:"Ninguém viajou mais do que eu, nem viu mais países e climas, ou assistiu palestras de tantos homens sábios".
Os seus trabalhos envolveram os assuntos mais variados: Moral, Cosmologia, Psicologia, Medicina, Botânica, Zoologia, Matemática, Música, Tecnologia; a ponto de podermos afirmar que sua obra é tão vasta quanto à de Aristóteles, denotando também considerável universalidade.
A teoria fundamental de Leucipo e Demócrito é a de que o Universo é constituído de duas coisas, os átomos e o vácuo; isto é, composto de agregados de matéria e de um vazio total. Demócrito acreditava que as diversas espécies de matéria poderiam ser subdivididas em pedaços cada vez menores até atingir um limite, além do qual nenhuma divisão seria possível.
A denominação átomo dada a estas partículas indivisíveis foi, na realidade de Epicuro, quase um século mais tarde. As substâncias são diferentes porque os seus átomos diferem quanto à forma ou pela maneira como estão agregados. As diversas substâncias são diferentes entre si quanto à dureza, porque os átomos podem estar bastante próximos ou afastados.
Quando estão muito próximos, o corpo é sólido; e quando mais afastados, o material é mais maleável.
Os átomos explicavam também todas as nossas sensações: paladar, olfato, tato, visão e audição.
Para Demócrito, o fogo e a alma humana eram também de natureza atômica. Constituídos de átomos esféricos que apresentavam grande movimentação, de forma tal que seria impossível permanecerem reunidos.
Os átomos da alma tinham por finalidade gerar o calor do corpo e constituíam a força vital, isto é, o fundamento da própria vida. Na morte, os átomos constituintes da alma partiriam de maneira lenta, o que explicaria o crescimento dos cabelos e das unhas de um cadáver.
Aos poucos, os átomos da alma iam se desprendendo e nada mais permanecia. Não aceitavam a existência de vida após a morte, consistindo a doutrina de Leucipo e Demócrito em uma filosofia materialista.
Epicuro, filósofo grego que nasceu em Gargeta, cidade próxima de Atenas, no ano de 341 a.C. e morreu em 270 a.C., retornou às idéias de Demócrito e Leucipo. Ampliou esses pensamentos e batizou com o nome de átomo esta partícula que era o constituinte fundamental do Universo. Abandonando e reagindo ao idealismo de Platão, retornou às concepções materialistas da Escola de Abdera.
Numa carta dirigida ao grande historiador Heródoto, Epicuro nos apresenta em alguns trechos a sua filosofia em relação à estrutura do universo.
"Nada vem do nada ou do que não existe, pois se assim não fosse, tudo nasceria de tudo sem necessitar de sementes. Se o que se destrói não passasse a ser outra coisa, passando a não existência, tudo já teria se acabado. Mas o Universo foi sempre tal como é hoje, e como tal será sempre e nada existe em que possa converter-se; pois fora do próprio Universo nada existe em que ele possa vir a se transformar ou com o qual ele possa ser trocado".
"Há o vácuo, pois se ele não existisse, criando o espaço e a extensão, não teriam os corpos um local para estar, nem onde se movimentar como na verdade se movem".
"Os corpos uns são compostos e outros são simples, porém estes podem também podem vir a formar corpos compostos. São estes corpos simples indivisíveis e imutáveis, que não podem passar a não existência, de tal maneira que permanecem eternamente estáveis, mesmo quando se dissolvem os corpos compostos.
Deste modo, precisamente os princípios fundamentais de todas as coisas, constituem as natureza intrínsecas destes pequenos corpos, átomos, ou seja, indivisíveis."
"O Universo é infinito pela grandeza do vácuo e pela quantidade destes átomos. Os átomos se movem continuamente. Devem ter igual velocidade quando se deslocam no vácuo, sem se tocar em nada, pois supondo que nada encontrem que os detenha, nem os mais pesados correm mais que os mais leves, nem os menores que os maiores".
"Os átomos não têm princípio já que eles e o vácuo são a causa de tudo. Não têm nenhuma qualidade a não ser a configuração, a grandeza e o peso."
Na carta e Epicuro a Heródoto nós devemos destacar o princípio da conservação da matéria, a formação da matéria por átomos eternos e imutáveis que são indivisíveis, impenetráveis, invisíveis, animados de movimento próprio e, ainda, a existência do vácuo. Afirmou também que os átomos apresentam certo peso, e é estranho para nós que Demócrito, em sua teoria, não tenha feito esta afirmação.
Lito Lucrécio, importante e conhecido poeta romano, nasceu em 95 a.C. e morreu na cidade de Roma no ano de 52 a.C. Lucrécio entra para a História da Ciência por ter reproduzido no seu livro "De Rerum Natura" as idéias dos atomistas gregos Leucipo, Demócrito e Epicuro.
Como Roma na época de Lucrécio apresentava poucas idéias e um número pequeno de homens de ciência, as teorias filosóficas dos atomistas passaram a ser largamente difundidas. Além de divulgar os fundamentos da ciência grega, Lucrécio tambémpossuía suas próprias teorias sobre a hipótese atômica, atribuindo a eles formas geométricas distintas. Dizia que o mel tem um gosto suave e adocicado por ter átomos perfeitamente esféricos.
As obras de Lucrécio foram muito difundidas na época do Renascimento. No início do século XVII devemos destacar a figura do filósofo, astrônomo, matemático e físico francês Pierre Gassend, que defendeu as hipóteses dos atomistas gregos.
Fonte: www.saomiguelbh.com.br
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