Exercícios: Os modelos atómicos (de Dalton a Bohr)

Na aula de Física e Química, a professora mostra uma bola de bilhar e diz que era assim que Dalton imaginava os átomos por volta do ano $1805$, como se mostra na figura.

Explica por palavras tuas o que é um átomo segundo o modelo de Dalton e que duas propriedades tinha essa «bola».

A avó do Tomás prepara um pudim de passas, como o da figura.

Thomson imaginou o átomo como essa sobremesa: explica o que representa a massa do pudim no seu modelo e o que representam as passas.

A Leonor vê num documentário a experiência da folha de ouro de Rutherford: lançavam-se partículas $\alpha$, com carga positiva, contra uma folha de ouro finíssima, como se mostra na figura.

O que aconteceu à grande maioria das partículas ao atingir a folha? Que conclusão tirou Rutherford sobre o interior do átomo?

Na roda-gigante de uma feira popular só podes andar sentado numa cabine, nunca suspenso no ar entre duas cabines. Bohr propôs algo semelhante para os eletrões, como se mostra na figura.

Explica o que Bohr afirmou sobre as órbitas dos eletrões e em que medida o seu modelo diferia do de Rutherford.

Uns cromos de «cientistas do átomo» apresentam estas datas: Thomson, $1897$; Bohr, $1913$; Dalton, $1805$; Rutherford, $1911$. Ordena os quatro modelos atómicos do mais antigo para o mais recente.

O jogo preferido do Mário é atualizado com frequência para corrigir erros e introduzir melhorias. Com os modelos científicos acontece algo semelhante: explica por que razão os cientistas substituem um modelo por um novo.

Num museu de ciência, o Leo observa um tubo de raios catódicos como o que Thomson utilizou nas suas experiências, semelhante ao da figura.

Que partícula descobriu Thomson com este aparelho e que carga elétrica possui?

Na exposição «Os detetives do átomo» há quatro painéis fora de ordem. Associa cada descrição ao respetivo cientista: Dalton, Thomson, Rutherford ou Bohr.

1. a) «O átomo é uma esfera maciça e indivisível.»
2. b) «Os eletrões estão incrustados numa esfera com carga positiva, como as passas num pudim.»
3. c) «Quase todo o átomo é espaço vazio e a carga positiva concentra-se num núcleo muito pequeno.»
4. d) «Os eletrões só podem ocupar certas órbitas permitidas.»

Na experiência da folha de ouro observaram-se três factos: a maioria das partículas $\alpha$ atravessava a folha sem se desviar, uma pequena parte desviava-se e, muito raramente, alguma ressaltava para trás, como se mostra na figura.

Escreve a conclusão que Rutherford tirou de cada uma das três observações.

Num debate na aula, a Nora defende que a experiência da folha de ouro deitou por terra o modelo de Thomson. Se o átomo fosse realmente uma esfera de carga positiva com eletrões incrustados, o que deveria ter acontecido às partículas $\alpha$ ao atingir a folha? Que observação da experiência não é compatível com essa previsão? Justifica a resposta.

O modelo de Rutherford é designado «modelo planetário» porque faz lembrar o sistema solar, como se mostra na figura.

Indica uma semelhança e uma diferença entre os planetas que giram à volta do Sol e os eletrões que giram à volta do núcleo (pensa na força que mantém cada sistema unido).

Para explicar o modelo de Bohr, um professor compara uma escada a um escorrega, como na figura: na escada só podes estar sobre um degrau, mas no escorrega podes parar a qualquer altura.

Relaciona cada imagem com um dos dois modelos, o de Rutherford e o de Bohr, e explica o que representa cada degrau da escada.

Estas quatro descrições de modelos atómicos estão desordenadas:

1. a) «Os eletrões giram em torno de um núcleo central, como os planetas em redor do Sol.»
2. b) «O átomo é uma esfera maciça e indivisível.»
3. c) «Os eletrões só podem encontrar-se em certas órbitas permitidas.»
4. d) «O átomo é uma esfera positiva com eletrões incrustados.»

Ordena-as cronologicamente, do modelo mais antigo para o mais recente, e escreve o nome do cientista que propôs cada um.

Os televisores antigos de tubo funcionavam com raios catódicos, os mesmos com que Thomson descobriu o eletrão em $1897$. O eletrão é uma partícula que provém do interior do átomo: explica por que razão esta descoberta obrigou a alterar o modelo de Dalton.

Quando Rutherford propôs o seu modelo, não pôde ignorar o que já se sabia: por exemplo, que os átomos são eletricamente neutros. Explica de que modo a neutralidade do átomo se enquadra no modelo de Rutherford (núcleo positivo e eletrões) e por que razão um novo modelo deve explicar também os factos que o anterior já explicava corretamente.

Imagina que, na experiência da folha de ouro, a maioria das partículas $\alpha$ tivesse ressaltado para trás em vez de atravessar a folha. O que teria Rutherford concluído sobre o interior do átomo nesse caso? A qual dos modelos que conheces mais se assemelharia essa conclusão? Justifica as respostas.

Na experiência da folha de ouro, em cada $8000$ partículas $\alpha$ lançadas, cerca de $7992$ atravessavam a folha sem sofrer desvio, cerca de $7$ desviavam-se e apenas $1$ ressaltava.

1. a) Calcula que percentagem das partículas atravessava a folha em linha reta.
2. b) Que fração das partículas lançadas ressaltava?
3. c) Explica, a partir destes valores, por que razão Rutherford afirmou que o átomo é quase todo espaço vazio e que o núcleo é minúsculo.

Para explicar os modelos, um grupo de alunos utiliza uma melancia com pevides como imagem do modelo de Thomson.

1. a) Explica o que representa cada parte da melancia nesse modelo.
2. b) Propõe um objeto ou uma situação do dia a dia que represente o modelo de Rutherford e explica o que é cada elemento.
3. c) Nenhuma comparação é perfeita: indica uma falha da imagem da melancia como modelo do átomo.

Num trabalho, o Paulo escreve: «O modelo de Dalton estava errado, por isso não serviu para nada». Não estás de acordo. Explica dois aspetos que o modelo de Dalton explicava bem (porque existem elementos diferentes e como se combinam os seus átomos) e um aspeto que não conseguia explicar e que obrigou à sua substituição.

As partículas $\alpha$ têm carga positiva, tal como o núcleo do átomo, como se mostra na figura.

1. a) Explica, com base nas forças entre cargas elétricas, por que razão uma partícula $\alpha$ que passa perto do núcleo se desvia da sua trajetória.
2. b) Porque é que as partículas que ressaltam para trás são precisamente as que mais se aproximam do núcleo?
3. c) Se a folha fosse bombardeada com partículas sem carga elétrica, esperarias observar os mesmos desvios? Justifica.

Escreve um pequeno artigo de enciclopédia intitulado «A história do átomo em quatro modelos». Para cada cientista (Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr), indica o contributo do seu modelo e a observação ou experiência em que se baseou.

Uns cientistas repetem a experiência com uma folha de outro metal diferente do ouro e observam que agora ressalta o dobro das partículas $\alpha$, embora continuem a ser muito poucas.

1. a) A ideia de que o átomo é quase todo espaço vazio continua a ser válida? Porquê?
2. b) Formula uma hipótese que explique por que razão ressaltam mais partículas com este metal (pensa em como poderá ser o seu núcleo em comparação com o do ouro).
3. c) Que nova experiência farias para verificar a tua hipótese? Justifica as respostas.

O modelo de Rutherford apresentava um problema: segundo a física da época, um eletrão a girar em torno do núcleo deveria perder energia continuamente e acabar por cair sobre ele, como se mostra na figura, pelo que os átomos não seriam estáveis.

1. a) Explica o que Bohr propôs para evitar a queda do eletrão.
2. b) Porque dizemos que Bohr introduziu uma «regra nova» em vez de se limitar a desenhar melhor as órbitas de Rutherford?

O teu primo de oito anos pergunta-te porque é que os desenhos do átomo mudam nos livros de ciências. Escreve-lhe uma explicação simples (podes compará-la com a atualização de um mapa quando se descobre um novo caminho), contando como se passou do modelo de Dalton para o de Bohr e que papel tiveram as experiências nessas mudanças.