Estrutura Atômica

OS PRIMEIROS EXPERIMENTOS DE ELETRÓLISE E A DESCOBERTA DA ESTRUTURA ATÔMICA

Atualmente, evidencia-se uma íntima relação entre a matéria e a eletricidade.

Em 20 de março de 1800, o físico italiano Alessandro Giuseppe Volta (1745-1827) enviou, de sua cidade natal Como, uma carta para o naturalista inglês Sir Joseph Banks (1743-1820), Presidente da Royal Society of London, na qual descrevia suas experiências sobre a invenção da pilha Voltaica (conforme a denominou), conhecida também como coluna de Volta e, posteriormente, pilha (bateria) elétrica. 

                                                         

Nessas experiências, idealizou uma série de recipientes contendo salmoura, nos quais mergulhou placas de zinco (Zn) e de cobre (Cu) e, ao ligá-las por intermédio de arcos metálicos, conseguiu produzir uma corrente elétrica contínua. No entanto, a primeira experiência eletroquímica usando esse dispositivo foi a realizada pelos ingleses, o químico William Nicholson (1753-1815) e o fisiologista Anthony Carlisle (1768-1840).

Eles demonstraram a decomposição da água nos gases hidrogênio e oxigênio por eletrólise. (Eletrólise é o uso de eletricidade para produzir uma transformação química geralmente uma decomposição.)

 Tubos de Crookes

Os primeiros estudos sistemáticos, de caráter qualitativo, sobre descargas elétricas em gases rarefeitos foram estudados por Francis Hauksbee e Michael Faraday.

Em 1705, Hauksbee observou que o barômetro de mercúrio (instrumento utilizado para medida de pressão atmosférica, inventado por Torricclli e usado pela primeira vez em 1643), ao ser girado da vertical para a horizontal, emitia um rápido brilho luminoso. Esse fato também foi observado pelo astrônomo francês Jean Picard em 1675.

Este é um fenômeno experimental de difícil visualização, então Hausksbee construiu um dispositivo mecânico que fazia a coluna de mercúrio girar ampliando desse modo, o espaço onde se produzia o “vácuo”, este aoser preenchido pelo ar aumentava a intensidade do brilho luminoso. Dessa forma ele investigou o problema da produção de luz, dando origem a uma nova área de pesquisa: a triboluminescência, que significa a produção de luz por atrito.

Em 1838, Faraday realizou uma série de experimentos com descargas elétricas em gases rarefeitos usando pilhas voltaicas como fonte de produção de energia elétrica em tubos evacuados, que produziam “flashes” de luz com cores variadas. Estima-se que nessas experiências Hausksbee e Faraday tenham alcançado pressões 100 vezes menor que a pressão atmosférica normal.

Em 1855, o vidreiro alemão Heinrich Geissler, inventou uma bomba de vácuo de mercúrio e desenvolveu uma técnica eficiente para soldar vidro ao metal chamada dopagem do vidro com metais, este artefato recebeu o nome de tubos de Geissler.

Em 1858, utilizando os tubos de Geissler, Plucker retomou as experiências com cargas elétricas conseguindo observar faíscas (raios) com cores diferentes, cujas trajetóriasse deslocavam nas paredes do vidro quando o tubo era colocado na presença de um campo magnético.

Em 1869, seu aluno, o físico alemão Johann Hittorf observou que ao se colocar um objeto diante do cátodo, surgia uma sombra projetada na parede oposta do vidro, mostrando com isso que os raios descreviam trajetórias retilíneas.

Como esses raios tinham origem no cátodo, em 1876, o físico alemão Eugen Goldstein deu-lhe o nome de raios catódicos.

Mas, foi em 1879 que o físico inglês Sir William Crookes deu um novo rumo a essas experiências. Ele fez aprimoramentos na bomba de vácuo de mercúrio, conseguindo obter pressões ainda menores, ou seja, 100.000 vezes menor que a pressão atmosférica normal, o que lhe garantia um alto vácuo no interior dos tubos.

Desde então, em sua homenagem, esses tubos passarama ser chamados tubos ou ampolas de Crookes.   

Elementos Químicos e Átomos

Os gregos antigos acreditavam que existiam apenas 4 elementos - terra, ar, água e fogo - que poderiam, quando combinados nas proporções corretas, produzir todas as outras substâncias existentes em nosso planeta.

O conceito deles, era semelhante ao nosso, porém hoje sabemos que existem mais de 100 elementos químicos, que em várias combinações, compõem toda a matéria da Terra.  

Átomos

Os gregos perguntavam-se o que aconteceria se eles dividissem a matéria em pedaços cada vez menores, haveria um ponto em que eles teriam que parar ou poderiam continuar dividindo indefinidamente?

Sabemos hoje que chega a um ponto em que temos que parar, em outras palavras, a matéria é feita de partículas inimaginavelmente pequenas.

A menor partícula em que um elemento químico pode ser dividido é o átomo.

O primeiro argumento convincente em favor dos átomos foi apresentado, em 1807, pelo professor e químico inglês Jonh Dalton.

Ele mediu muitas vezes a razão entre as massas dos elementos que se combinam para formar as substâncias que chamamos de compostos e verificou que as razões entre as massas mostrava uma tendência. 

Ele encontrou, por exemplo, 8g de oxigênio para cada 1g de hidrogênio, em todas as amostras de água que estudou, mas que em outro composto dos dois elementos - peróxido de hidrogênio, havia 16g de oxigênio para cada 1g de hidrogênio.

Dados desse tipo levaram Dalton a desenvolver sua hipótese atômica:

1. Todos os átomos de um dado elemento são idênticos.
2. Os elementos são caracterizados por seus átomos. Os átomos de diferentes elementos tem massas diferentes e  propriedades diferentes.
3. Um composto tem uma combinação específica de átomos de mais de um elemento.
4. Em uma reação química, os átomos não são criados, nem destruídos, porém trocam de parceiros para produzir novas substâncias.

A teoria de Dalton explicou com sucesso porque a massa é conservada nas reações químicas. (Se cada átomo tem sua própria característica e se os átomos são rearranjados, permanecendo inalterados durante uma reação química, então a massa total dos átomos dos reagentes deve ser a mesma que a dos átomos dos produtos.)

A Lei da Composição Definida é também explicada com sucesso: se cada composto é caracterizado por proporções fixas entre os números de átomos dos seus elementos componentes e se cada

átomo de um dado elemento tem a mesma massa, então a composição de cada composto deve ser sempre a mesma.

Muitas das idéias básicas que fazem parte da teoria de Dalton ainda são aceitas hoje em dia, embora saibamos que átomos são formados de pequenas partículas e que, devido à existência de isótopos, todos os átomos de um dado elemento não têm a mesma massa.

Atualmente, a instrumentação de que dispomos, fornece evidências muito mais diretas da existência dos átomos.

Não há mais dúvidas de que os átomos existem e que eles são as unidades que formam os elementos.

Os químicos usam a existência dos átomos para definir o elemento: um elemento é uma substância composta, por um único tipo de átomo.