Modelo Atômico de Thomson: Características, Experimentos, Postulados

O modelo atômico de Thomson foi reconhecido no mundo por dar a primeira luz sobre a configuração de prótons e elétrons dentro da estrutura do átomo. Por meio dessa proposta, Thomson sugeriu que os átomos eram uniformes e continham carga positiva de maneira homogênea, com depósitos aleatórios de elétrons dentro de cada átomo.

Para descrevê-lo, Thomson comparou seu modelo ao pudim de ameixa. Este símile foi usado posteriormente como um nome alternativo para o modelo. No entanto, devido a várias inconsistências (teóricas e experimentais) sobre a distribuição de cargas elétricas dentro do átomo, o modelo de Thomson foi descartado em 1911.

Origens

Esse modelo atômico foi proposto pelo cientista inglês Joseph John "JJ" Thomson em 1904, com o objetivo de explicar a composição dos átomos com base nas noções que eram conhecidas até então.

Além disso, Thomson foi responsável pela descoberta do elétron no final do século XIX. Vale ressaltar que o modelo atômico de Thomson foi proposto logo após a descoberta do elétron, mas antes de conhecer a existência de um núcleo atômico.

Portanto, a proposta consistia em uma configuração dispersa de todas as cargas negativas dentro da estrutura atômica que, por sua vez, era composta de uma massa uniforme de carga positiva.

Funcionalidades

- O átomo tem uma carga neutra.

- Existe uma fonte de carga positiva que neutraliza a carga negativa dos elétrons.

- Essa carga positiva é distribuída uniformemente no átomo.

- Nas palavras de Thomson: "corpúsculos negativamente eletrificados" - isto é, elétrons - estão contidos dentro da massa uniforme de carga positiva.

Os elétrons podem derivar livremente dentro do átomo.

- Os elétrons tinham órbitas estáveis, argumento baseado na Lei de Gauss. Se os elétrons se movessem através da "massa" positiva, as forças internas dentro dos elétrons seriam equilibradas pela carga positiva que era gerada automaticamente ao redor da órbita.

- O modelo de Thomson era popularmente conhecido na Inglaterra como um modelo de pudim de ameixa, uma vez que a distribuição de elétrons proposta por Thomson era semelhante à disposição das ameixas naquela sobremesa.

Experimentos para desenvolver o modelo

Thomson conduziu vários testes com tubos de raios catódicos para testar as propriedades das partículas subatômicas e estabelecer as bases de seu modelo. Os tubos de raios catódicos são tubos de vidro cujo conteúdo de ar foi quase totalmente esvaziado.

Esses tubos são eletrificados com uma bateria que polariza o tubo para ter uma extremidade de carga negativa (catodo) e uma extremidade com carga positiva (ânodo).

Eles também são selados em ambos os lados e estão sujeitos a altos níveis de tensão por eletrificação de dois eletrodos colocados no catodo do dispositivo. Por meio dessa configuração, a circulação de um feixe de partículas do catodo para o ânodo do tubo é induzida.

Raios Catódicos

Há a origem do nome deste tipo de ferramentas, já que elas são chamadas de raios catódicos devido ao ponto de saída das partículas dentro do tubo. Ao pintar o ânodo do tubo com um material como fósforo ou chumbo, uma reação é gerada no final positivo apenas quando o feixe de partículas colide com ele.

Em seus experimentos, Thomson determinou o desvio do feixe em seu caminho do catodo para o ânodo. Mais tarde, Thomson tentou validar as propriedades dessas partículas: basicamente a carga elétrica e a reação entre elas.

O físico inglês colocou duas placas elétricas com carga oposta nas extremidades superior e inferior do tubo. Devido a esta polarização, o feixe foi desviado para a placa positivamente carregada, colocada na parada superior.

Desta forma, Thomson demonstrou que o raio catódico era composto de partículas carregadas negativamente que, devido à sua carga oposta, eram atraídas pela placa positivamente carregada.

Evolução em pesquisa

Thomson evoluiu suas suposições e, depois disso, colocou dois ímãs em ambos os lados do tubo. Essa incorporação também afetou alguns desvios do raio catódico.

Ao analisar o campo magnético associado, Thomson foi capaz de determinar a relação massa-carga das partículas subatômicas e detectou que a massa de cada partícula subatômica era desprezível em comparação com a massa atômica.

JJ Thomson criou um dispositivo que precedeu a invenção e a perfeição do que hoje é conhecido como espectrômetro de massa.

Este dispositivo realiza uma medição bastante precisa da relação entre massa e carga dos íons, o que produz informações extremamente úteis para determinar a composição dos elementos presentes na natureza.

Repetindo o experimento

Thomson realizou a mesma experiência em várias ocasiões, modificando os metais que usou para a colocação dos eletrodos no tubo de raios catódicos.

Finalmente, ele determinou que as propriedades do feixe permaneciam constantes, independentemente do material usado para os eletrodos. Ou seja, esse fator não foi determinante na execução do experimento.

Os estudos de Thomson foram muito úteis para explicar a estrutura molecular de algumas substâncias, bem como a formação de ligações atômicas.

Postulados

O modelo de Thomson continha em uma única declaração as conclusões favoráveis do cientista britânico John Dalton sobre a estrutura atômica, e sugeria a presença de elétrons dentro de cada átomo.

Além disso, Thomson também conduziu vários estudos sobre prótons em gás neon, demonstrando assim a neutralidade elétrica dos átomos. No entanto, a carga positiva no átomo foi proposta como uma massa uniforme e não como partículas.

O experimento de Thomson com os raios catódicos permitiu a enunciação dos seguintes postulados científicos:

- O raio catódico é constituído por partículas subatômicas de carga negativa. Thomson inicialmente definiu essas partículas como "corpúsculos".

- A massa de cada partícula subatômica é apenas 0, 0005 vezes a massa de um átomo de hidrogênio.

Essas partículas subatômicas são encontradas em todos os átomos de todos os elementos da Terra.

Os átomos são eletricamente neutros; isto é, a carga negativa dos "corpúsculos" é igualada à carga positiva dos prótons.

Modelo controverso

O modelo atômico de Thomson foi altamente controverso dentro da comunidade científica, pois era contrário ao modelo atômico de Dalton.

Este último postulou que os átomos eram unidades indivisíveis, apesar das combinações que podem ser geradas durante as reações químicas.

Portanto, Dalton não contemplou a existência de partículas subatômicas - como elétrons - dentro dos átomos.

Em contraste, Thomson encontrou um novo modelo que forneceu uma explicação alternativa da composição atômica e subatômica, após a descoberta do elétron.

O modelo atômico de Thomson foi rapidamente revelado pelo símile com a popular sobremesa inglesa "pudim de ameixa". A massa do pudim simboliza uma visão integral do átomo e as ameixas representam cada um dos elétrons que compõem o átomo.

Limitações

O modelo sugerido por Thomson teve grande popularidade e aceitação na época, e serviu como ponto de partida para investigar a estrutura atômica e refinar os detalhes associados.

A maior causa de aceitação do modelo foi o quão bem ele se adaptou às observações dos experimentos de raios catódicos de Thomson.

No entanto, o modelo teve importantes oportunidades de melhoria para explicar a distribuição das cargas elétricas dentro do átomo, tanto positivas como negativas.

As investigações de Rutherfod

Mais tarde, na década de 1910, a escola científica liderada por Thomson continuou as investigações sobre os modelos de estrutura atômica.

Foi assim que Ernest Rutherford, ex-aluno de Thomson, determinou as limitações do modelo atômico de Thomson, na companhia do físico britânico Ernest Marsden e do físico alemão Hans Geiger.

O trio de cientistas realizou vários experimentos com partículas alfa (α), ou seja, núcleos ionizados de moléculas 4He, sem o entorno de elétrons.

Este tipo de partículas é composto de dois prótons e dois nêutrons, razão pela qual a carga positiva predomina. Partículas alfa são produzidas em reações nucleares ou por experimentos com decaimento radioativo.

Rutherford projetou um arranjo que permitia avaliar o comportamento das partículas alfa ao cruzar substâncias sólidas, como, por exemplo, folhas de ouro.

Na análise do caminho detectou-se que algumas partículas apresentavam um ângulo de desvio ao penetrar nas folhas de ouro. Em outros casos, um leve ressalto também foi percebido no elemento de impacto.

Após as investigações com partículas alfa, Rutherfod, Marsden e Geiger contradizem o modelo atômico de Thomson e propuseram uma nova estrutura atômica.

Nova proposta

A contraproposta de Rutherford e seus colegas foi que o átomo era composto de um pequeno núcleo de alta densidade, no qual cargas positivas e um anel de elétrons estavam concentrados em torno dele.

A descoberta do núcleo atômico por Rutherford trouxe um novo ar para a comunidade científica. No entanto, anos depois, este modelo também foi revogado e substituído pelo modelo atômico de Bohr.