Modelos atômicos

Os modelos atômicos são essenciais para a compreensão do átomo, constituinte básico da matéria. Esses modelos iniciaram com a visão de Dalton de uma esfera maciça e indivisível, evoluindo para o “pudim de passas” de Thomson, a partir da descoberta do elétron e da natureza elétrica da matéria. Posteriormente, Rutherford remodelou o átomo, adotando uma estrutura com núcleo denso e positivo, rodeado por uma eletrosfera quase vazia, superando a ideia de uma estrutura única e compacta.

Os modelos atômicos se tornaram mais complexos a partir de Bohr, que introduziu níveis de energia quantizados para explicar por que elétrons não colidem com o núcleo, permitindo saltos quânticos. Era a primeira influência da Mecânica Quântica na compreensão dos átomos. Por fim, Schrödinger, por meio da sua equação, permitiu a substituição das órbitas fixas por orbitais, que são regiões de probabilidade de existência de elétrons, unindo a Mecânica Quântica ao comportamento de onda-partícula dos elétrons na eletrosfera.

Leia também: Física Quântica — leis, postulados e principais aplicações

Resumo sobre modelos atômicos

• Os modelos atômicos foram propostos por Dalton, Thomson, Rutherford, Rutherford e Bohr e, por fim, Schrödinger:
  • Modelo de Dalton: primeiro a ser considerado, define o átomo como uma esfera maciça, neutra e indivisível (analogia à bola de bilhar), sendo a unidade básica da matéria.
  • Modelo de Thomson: introduziu a natureza elétrica com a descoberta do elétron, descrevendo o átomo como uma esfera positiva com cargas negativas incrustadas (“pudim de passas”).
  • Modelo de Rutherford: propôs um átomo majoritariamente vazio, com um núcleo central denso e positivo, rodeado por elétrons em uma eletrosfera orbital.
  • Modelo de Rutherford-Bohr: para sanar as inconsistências de Rutherford, Bohr faz ajustes no átomo deste, ao introduzir níveis de energia (camadas) onde os elétrons orbitam sem perder energia, permitindo saltos quânticos entre essas camadas.
  • Modelo de Schrödinger: ao desenvolver sua equação, Schrödinger permitiu a substituição das órbitas fixas pelo conceito de orbitais (nuvens de probabilidade), baseando-se na Mecânica Quântica e no comportamento de onda-partícula do elétron.

Videoaula sobre modelos atômicos

Modelo atômico de Dalton

O modelo atômico de Dalton foi proposto pelo cientista inglês John Dalton, no começo do século XIX, mais especificamente em 1803. Dalton utilizou uma interpretação atomista para explicar o comportamento e propriedades de gases, inspirado por grandes cientistas da época, como Isaac Newton.

Suas teses atomistas serviram para ele e seu grande colaborador, William Henry, explicarem a homogeneidade da atmosfera, além de definirem a lei de Henry (que relaciona solubilidade dos gases com pressões parciais), e a lei das proporções múltiplas, em que Dalton referencia a combinação de átomos (que ele chamava de “partículas última”) para a formação de novos “átomos”. É, também, a partir daí que ele começa a utilizar símbolos para diferenciar átomos de elementos químicos distintos.

Todas as teorias de Dalton foram publicadas em três volumes, intitulados New System of Chemical Philosophy, de onde é possível retirar algumas visões sobre a teoria atomista de Dalton:

1. Toda matéria é constituída por átomos (as tais “partículas última”).
2. Átomos não podem ser destruídos ou criados, como determina a lei de Lavoisier de conservação de massas.
3. Os átomos de um mesmo elemento químico são sempre iguais, tendo, assim, a mesma massa.
4. Átomos se unem em números fixos para formar compostos, como determina a lei de Proust para proporções fixas.
5. Se compostos diferentes forem criados a partir dos mesmos átomos, então o número de átomos participantes varia dentro de uma proporção de números inteiros, conforme determina a lei de Dalton das proporções múltiplas.

Com isso, ficou entendido que o átomo de Dalton deveria ser entendido como uma esfera rígida, maciça, indestrutível, sendo responsável por ser a menor parcela da matéria.

Veja também: Como ocorrem as ligações químicas?

Modelo atômico de Thomson

O modelo atômico de Thomson foi proposto no fim do século XIX, no ano de 1898, pelo cientista inglês Joseph John Thomson. À época, trabalhos do campo da eletricidade e magnetismo tinham grande destaque, como o desenvolvimento da eletrólise (por Michael Faraday), além de James Maxwell, reconhecido como um grande nome do campo do magnetismo.

Thomson fazia estudos acerca da natureza elétrica da matéria por meio dos experimentos com raios catódicos, utilizando-se de um instrumento conhecido como ampola de Crookes. Nesse experimento, um gás dentro da ampola, em condições de quase vácuo, era submetido a uma descarga elétrica, produzindo um feixe luminoso a partir do polo negativo (o cátodo) da ampola.

A interpretação desses resultados permitiu a Thomson perceber que os raios catódicos apresentavam não só caráter negativo, mas também eram dotados de massa. E, ainda assim, mesmo variando os gases ou os metais da constituição do eletrodo, a relação carga/massa era constante. Com isso, ele concluiu que todos os elementos químicos seriam dotados de uma partícula universal, de carga negativa, com uma massa muito inferior ao átomo de hidrogênio. Essa partícula, posteriormente, recebeu o nome de elétron.

Assim, Thomson fez alterações na estrutura do átomo, propondo um novo modelo, com as seguintes características:

• os átomos dos elementos seriam compostos por uma esfera de carga uniformemente positiva com um número de elétrons englobados nela;
• os elétrons estariam dispostos em anéis coplanares e concêntricos, circulando com alta velocidade.

O modelo de Thomson, popularmente conhecido como “pudim de passas”, era elogiado pelo rigor científico e pela estabilidade diante da eletrodinâmica clássica, o que permitiu o aprofundamento em outras explicações envolvendo as ligações químicas e as reações químicas.

Modelo atômico de Rutherford

O modelo atômico de Rutherford foi desenvolvido pelo cientista neozelandês Ernest Rutherford, a partir de experimentos propostos por ele e realizados pelos seus assistentes, Hans Geiger e Ernest Marsden, no ano de 1909. Rutherford era um dos principais expoentes de um campo inédito para a ciência, que era a radioatividade.

O físico neozelandês foi responsável por identificar, estudar e batizar fragmentos expelidos pelo núcleo atômico, como as chamadas partículas alfa. Rutherford chegou a perceber que as partículas alfa poderiam vir a sofrer desvios por campos elétricos e magnéticos, além de sofrer desvios ao tentarem atravessar alguns materiais.

No experimento proposto aos seus assistentes, um feixe de partículas alfa, oriundos de uma amostra radioativa, era bombardeado contra uma folha de ouro a fim de medir o desvio sofridos pelas partículas alfa após interação com a folha de ouro. Embora boa parte das partículas tenham passado direto ou sofrido um leve desvio, percebeu-se um número pequeno de partículas alfa sofrendo desvios com ângulos maiores que 90°, indicando que as partículas alfa estariam colidindo com uma estrutura pequena, porém densa.

Esse foi o ponto principal que levou Rutherford a teorizar acerca do núcleo atômico. Assim, podemos descrever que seu modelo atômico conclui que:

1. O átomo é dividido em duas regiões, o núcleo e a eletrosfera.
2. A massa e a carga positiva do átomo se concentram no núcleo, o qual teria um tamanho 100.000 vezes menor que a área total do átomo.
3. Na eletrosfera ficam as cargas negativas, os elétrons, os quais giram em torno do núcleo em uma órbita circular.

Modelo atômico de Rutherford-Bohr

O modelo atômico de Rutherford, embora trouxesse avanços importantes e uma robusta validação experimental, apresentava um grande problema: era instável. Sendo assim, ele já foi concebido sob fortes críticas à luz da Física Clássica. A teoria eletromagnética já dizia que cargas elétricas aceleradas perdiam energia, na forma de radiação eletromagnética. Isso significa que o elétron iria gradualmente perdendo energia, descrevendo uma trajetória espiralar em direção ao núcleo. Assim, seu aluno, o físico dinamarquês Niels Bohr, trouxe adaptações importantes para o modelo, para não dizer revolucionárias.

Baseando-se na espectroscopia, ele estabeleceu que os elétrons dos átomos estariam em órbitas eletrônicas e, enquanto nessas órbitas (os chamados níveis de energia ou estados fundamentais) os elétrons não iriam absorver ou emitir energia, mantendo energia constante. Para fundamentar mais a sua adaptação e explicar a estabilidade atômica, Bohr afirmou que não havia como explicar as órbitas eletrônicas e o comportamento dos elétrons em um átomo apenas com as leis da Física Clássica.

Era preciso fazer uso da teoria quântica, a qual teve como pilar as importantes observações de Max Planck. Assim, ele elencou condições para a estabilidade e estrutura atômica, conhecidas como os postulados de Bohr:

1. Tanto o movimento circular dos elétrons em torno do núcleo como a atração elétron-núcleo deveria seguir as leis da Física Clássica.
2. Os elétrons estão localizados em órbitas circulares específicas, de modo que o momento angular dessas órbitas sempre será um múltiplo inteiro da expressão h/2π, sendo “h” a constante de Planck. Em resumo, os elétrons não podem apresentar qualquer órbita em torno do núcleo, mas apenas as que obedecem à tal condição matemática.
3. Quanto mais distante for a órbita circular específica em relação ao núcleo, maior a sua energia potencial.
4. Os elétrons, enquanto nessas órbitas, estão acelerados, porém mantendo energia constante, sem qualquer perda de energia na forma de radiação eletromagnética. Esse fenômeno é conhecido como transição eletrônica e explica a emissão de luz colorida em alguns fenômenos.
5. Elétrons podem saltar para uma órbita específica permitida mais externa, desde que absorva energia para tal. Ao retornar para seu estado fundamental, ele emite parte dessa energia na forma de radiação eletromagnética.

Dessa forma, vê-se que o modelo de Bohr tenta ser um híbrido das leis da Física Clássica e Quântica, em que as explicações não tangenciadas pelas leis da Mecânica Clássica são complementadas pelas explicações trazidas pela Mecânica Quântica.

Modelo atômico de Schrödinger

Logo após os trabalhos de Bohr, a Mecânica Quântica se desenvolveu exponencialmente, demonstrando limitações do modelo do cientista dinamarquês. O modelo atômico de Schrödinger é, na verdade, uma forma de descrição do átomo obtida a partir da resolução da equação de Schrödinger, em alusão ao seu criador, o físico austríaco Erwin Schrödinger, no ano de 1927.

A equação de Schrödinger traz uma interpretação mais robusta para o átomo, à luz da Mecânica Quântica, trazendo uma base matemática significativa para fenômenos observados nas partículas constituintes do átomo, como a dualidade onda-partícula adotada pelos elétrons e o princípio da incerteza de Heisenberg, que diz que não se consegue determinar, com precisão, a trajetória ou a posição de uma partícula em nível quântico, uma vez que ela também apresenta comportamento ondulatório.

Assim, entende-se que o elétron não descreve uma trajetória específica em torno do átomo, mas sim regiões de probabilidade de existência do elétron em torno do núcleo, conhecidas como orbitais atômicos. Isso quer dizer que o elétron não pode apresentar qualquer energia, mas níveis de energia específicos, os quais podem ser obtidos a partir da resolução adequada da equação de Schrödinger.

Com isso, é possível obter a distribuição mais provável do elétron dentro do átomo, sendo que a distribuição do elétron é dada pelo orbital atômico.

Observe, na imagem acima, uma representação do modelo atômico moderno apresentando apenas os orbitais do tipo s, que possuem forma esférica. Cada orbital é uma região de probabilidade de existência de elétron.

Saiba mais: O que afirma a teoria do gato de Schrödinger?

Exercícios resolvidos sobre modelos atômicos

Questão 1. (UFU – 1ª fase/2025.2) A publicação da “Química Nova na Escola” apresenta a produção de terminologias químicas na Língua Brasileira de Sinais (Libras), essencial para a equidade educacional, e destaca que a representação gesto visual do átomo é feita com um movimento circular da mão direita, configurada no sinal de “elétron”, ao redor da mão esquerda em forma de esfera, representando o núcleo.

SOUSA, S. F. de; SILVEIRA, H. E. da. Terminologias químicas em Libras: a utilização de sinais na aprendizagem de alunos surdos. Química Nova na Escola, v. 33, n. 1, p. 37-45, fev. 2011.

Assinale a alternativa que melhor descreve o modelo que se aproxima do sinal de átomo em Libras na publicação.

1. O átomo possui um núcleo central pequeno e com carga positiva, ao redor do qual os elétrons se movem em órbitas, conforme apresentou Rutherford, com revisão e aperfeiçoamentos de Bohr.
2. O átomo é uma partícula indivisível, maciça e sem estrutura interna, sendo a menor unidade da matéria, conforme descrito no modelo de Dalton.
3. O átomo contém partículas negativas (elétrons) distribuídas em uma região de carga positiva, sem a presença de um núcleo distinto, segundo o modelo de Thomson.
4. O átomo possui um núcleo pequeno, formado por nêutrons e prótons, que são partículas subatômicas que se transformam em outros átomos por processos nucleares, segundo o modelo de Bohr.

Resposta: Letra A.

Os experimentos de Rutherford deixaram evidentes a divisão do átomo em duas regiões: o núcleo, de caráter positivo, e a eletrosfera, região de existência de elétrons. A movimentação e o comportamento dos elétrons na eletrosfera foram, entretanto,  explicados de melhor forma por Bohr.

Questão 2. (UNICENTRO/2025) O desenvolvimento dos modelos atômicos, ao longo da história, foi fundamental para a compreensão da estrutura da matéria e é marcado por avanços e correções. Desde as primeiras teorias filosóficas até a Física Quântica, cada avanço não apenas ajudou no entendimento de fenômenos naturais, mas também impulsionou inovações em diversas áreas, como a medicina e a indústria.

Relacione o modelo atômico, na coluna da esquerda, com seus postulados ou hipóteses, na coluna da direita.

1. Modelo de Bohr.
2. Modelo de Thomson (pudim de passas).
3. Modelo de Dalton (bola de bilhar).
4. Modelo de Rutherford (modelo planetário).
5. Modelo mecânico-quântico.

1. Todas as substâncias são formadas por partículas pequenas e indivisíveis chamadas átomos.
2. O átomo é composto por um núcleo central positivo, pequeno e denso, e mantém os elétrons orbitando ao seu redor.
3. O átomo é uma esfera uniforme de carga positiva, onde estão os elétrons de carga negativa.
4. Os elétrons movem-se ao redor do núcleo em órbitas circulares fixas chamadas de níveis ou camadas de energia.
5. Os elétrons possuem propriedades tanto de partículas quanto de ondas, e suas posições exatas não podem ser determinadas.

Assinale a alternativa que contém a associação correta.

1. I-A, II-B, III-C, IV-E, V-D.
2. I-A, II-C, III-E, IV-D, V-B.
3. I-C, II-B, III-A, IV-E, V-D.
4. I-D, II-C, III-A, IV-B, V-E.
5. I-D, II-E, III-C, IV-B, V-A.

Resposta: Letra D.

A compreensão do átomo como uma partícula pequena e indivisível é de John Dalton.

A ideia de que o átomo possui um núcleo com elétrons girando em torno de um núcleo é de Ernest Rutherford.

A ideia de elétrons presentes em uma esfera de carga positiva foi trazida por J. J. Thomson.

A interpretação de que elétrons estão em camadas fixas e circulares em torno do núcleo, recebendo o nome de níveis ou camadas de energia, foi feita por Niels Bohr.

A visão da dualidade onda-partícula do elétron foi possível graças ao avanço da Mecânica Quântica, sendo assim, só foi introduzia no modelo atômico que se baseia nas leis da Mecânica Quântica.

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