A teoria atômica - isto é, a crença de que toda a matéria é composta de pequenos elementos indivisíveis - tem raízes muito profundas. No entanto, não foi adotado cientificamente até o século XIX, quando uma abordagem baseada em evidências começou a revelar como era o modelo atômico.
Foi nessa época que John Dalton, químico inglês, meteorologista e físico, iniciou uma série de experimentos que culminariam nele propondo a teoria das composições atômicas - que posteriormente seriam conhecidas como Teoria Atômica de Dalton - que se tornaria uma das pedras angulares da física e da química modernas.
Além de criar um modelo para interações atômicas, John Dalton também é creditado com o desenvolvimento de leis para entender como os gases funcionam. Com o tempo, isso o levaria a concluir coisas sobre como os átomos interagiam, o peso dos átomos e a projetar leis que estabelecem a teoria atômica como disciplina científica.
Leis de gás de Dalton:
Dalton apresentou sua teoria dos átomos como resultado de sua pesquisa sobre gases. Isso começou em 1800, quando Dalton se tornou secretário da Sociedade Literária e Filosófica de Manchester. Enquanto estava lá, Dalton começou a submeter uma série de ensaios que descreviam seus experimentos sobre a constituição de gases mistos, incluindo a pressão de vapor e outros vapores a diferentes temperaturas, por evaporação. e na expansão térmica de gases.
Em seus ensaios, Dalton descreveu experimentos em que procurou verificar a pressão do vapor em vários pontos entre 0 e 100 ° C (32 e 212 ° F). Com base em suas observações de seis líquidos diferentes, Dalton concluiu que a variação da pressão de vapor para todos os líquidos era equivalente, para a mesma variação de temperatura e o mesmo vapor de qualquer pressão.
Ele também concluiu que todos os fluidos elásticos sob a mesma pressão se expandem igualmente quando o calor é aplicado. Além disso, ele observou que, para qualquer expansão de mercúrio (ou seja, aumento notável da temperatura usando um termômetro de mercúrio), que a expansão correspondente do ar é proporcionalmente menor, maior a temperatura.
Isso se tornou a base da lei de Dalton (também conhecida como lei de pressões parciais de Dalton), que afirmava que em uma mistura de gases que não reagem, a pressão total exercida é igual à soma das pressões parciais dos gases individuais.
Teoria atômica de Dalton:
No curso desta pesquisa sobre gases, Dalton também descobriu que certos gases só podiam ser combinados em certas proporções, mesmo que dois compostos diferentes compartilhassem o mesmo elemento comum ou grupo de elementos.
Esses experimentos se basearam em duas teorias que surgiram perto do final do século 18, que tratavam de reações químicas. A primeira foi a lei de conservação de massa, formulada por Antoine Lavoisier em 1789, que afirma que a massa total em uma reação química permanece constante - ou seja, que os reagentes têm a mesma massa que os produtos.
A segunda foi a lei das proporções definidas, comprovada pela primeira vez pelo químico francês Joseph Louis Proust em 1799. Essa lei afirma que, se um composto é decomposto em seus elementos constituintes, as massas dos constituintes sempre terão as mesmas proporções, independentemente da quantidade ou fonte da substância original.
Estudando essas leis e construindo sobre elas, Dalton desenvolveu sua lei de múltiplas proporções. Esta lei estabelece que, se dois elementos puderem ser combinados para formar um número possível de compostos, as proporções das massas do segundo elemento, que combinam com uma massa fixa do primeiro elemento, serão proporções de pequenos números inteiros.
Em outras palavras, os elementos combinam-se no nível atômico em proporções fixas que diferem naturalmente com base nos compostos que estão sendo combinados, devido a seus pesos atômicos únicos. As descobertas se tornaram a base das Leis Atômicas ou do Modelo de Dalton, que se concentram em cinco teoremas básicos. T
O estado em que os elementos, em seu estado mais puro, consistem em partículas chamadas átomos; que os átomos de um elemento específico são todos iguais, até o último átomo; que átomos de diferentes elementos podem ser diferenciados por seus pesos atômicos; que átomos de elementos se unem para formar compostos químicos; e que os átomos não podem ser criados ou destruídos na reação química, apenas o agrupamento muda.
Dalton também acreditava que a teoria atômica poderia explicar por que a água absorve gases diferentes em diferentes proporções - por exemplo, ele descobriu que a água absorve dióxido de carbono muito melhor do que absorve nitrogênio. Dalton supôs que isso se devia às diferenças de massa e complexidade das respectivas partículas dos gases.
De fato, foi exatamente essa observação que se acredita ser a primeira vez que Dalton sugeria a suposta existência de átomos. No artigo que abordou a absorção de gás na água, publicado pela primeira vez em 1805, ele escreveu:
“Por que a água não admite a maior parte de todo tipo de gás? Considerei devidamente essa questão e, embora não seja capaz de me satisfazer completamente, estou quase convencido de que a circunstância depende do peso e do número das partículas finais dos vários gases..”
Dalton propôs que cada elemento químico é composto de átomos de um único tipo único e, embora não possam ser alterados ou destruídos por meios químicos, eles podem se combinar para formar estruturas mais complexas (ou seja, compostos químicos). Isso marcou a primeira teoria verdadeiramente científica do átomo, desde que Dalton chegou a suas conclusões experimentando e examinando os resultados de maneira empírica.
Dalton e pesos atômicos:
Dalton também começou a estudar pesos atômicos com base nas proporções de massa nas quais eles se combinaram, com o átomo de hidrogênio tomado como padrão. No entanto, Dalton estava limitado pela crueza de seus instrumentos de laboratório e pelo fato de ele não conceber que os átomos de certos elementos existissem na forma molecular, como o oxigênio puro (O2).
Ele também acreditava que o composto mais simples entre dois elementos é sempre um átomo cada. Isso foi melhor ilustrado em como ele pensava que a fórmula química da água era HO, não H2O.
Em 1803, Dalton apresentou oralmente sua primeira lista de pesos atômicos relativos para várias substâncias. Este artigo foi publicado em 1805, mas ele não discutiu exatamente como obteve esses números. Em 1807, seu método foi revelado por seu conhecido Thomas Thomson, na terceira edição do livro de Thomson, Um Sistema de Química. Por fim, Dalton publicou uma conta completa em seu próprio livro, Um novo sistema de filosofia química, em 1808 e 1810.
Falhas científicas:
A principal falha na teoria de Dalton - ou seja, a existência de moléculas e átomos - foi posteriormente corrigida em princípio em 1811 por Amedeo Avogadro. Avogadro propôs que volumes iguais de dois gases, em temperatura e pressão iguais, contenham números iguais de moléculas. Em outras palavras, a massa das partículas de um gás não afeta o volume que ele ocupa.
A lei de Avogadro permitiu deduzir a natureza diatômica de vários gases estudando os volumes em que reagiram. Assim, Avogadro foi capaz de oferecer estimativas mais precisas da massa atômica de oxigênio e de vários outros elementos, e fez uma distinção clara entre moléculas e átomos. Infelizmente, essas e outras descobertas contradizem e refinam as teorias de Dalton.
Por exemplo, os cientistas descobriram que o átomo - que antes se pensava ser a menor parte da matéria - pode de fato ser subdividido em partículas elementares ainda menores. E enquanto Dalton concebia os átomos como uma entidade única, sem separação entre cargas positivas, negativas e neutras, experimentos subsequentes de J.J. Thomson, Ernest Rutherford e Neils Bohr revelaram uma estrutura mais complexa para o átomo.
Essas teorias foram posteriormente validadas por observações feitas com o microscópio eletrônico. Também sabemos que o peso atômico é um produto da estrutura dos próprios átomos. Portanto, o Modelo Atômico de Dalton, em sua forma mais pura, agora é considerado válido apenas para reações químicas. No entanto, isso não diminui a contribuição de Dalton para a ciência moderna.
Antes de sua época, o átomo era pouco mais que uma construção filosófica transmitida da antiguidade clássica. O trabalho inovador de Dalton não apenas transformou a teoria em realidade, mas levou a muitas outras descobertas, como a teoria da relatividade de Einstein e a teoria quântica de Planck - dois campos de estudo que formam a base de nossa compreensão moderna do cosmos.
Escrevemos muitos artigos interessantes sobre teoria atômica aqui na Space Magazine. Aqui está um sobre o número de átomos no universo, quais são as partes do átomo ?, quem era Demócrito ?, o modelo atômico de Bohr e qual é o modelo do pudim de ameixa?
Se você quiser saber mais sobre o modelo de Dalton, consulte o artigo da Universidade Central de Queensland sobre o modelo atômico de Dalton.
Astronomy Cast registrou muitos episódios interessantes sobre o assunto. Dê uma olhada neles - Episódio 138: Mecânica Quântica, Episódio 378: Rutherford and Atoms e Episódio 392: O Modelo Padrão - Introdução.
