Modelos atômicos: Dalton.

CONTEXTO HISTÓRICO

Antes de falarmos do primeiro da era contemporânea da ciência entre os abordados no ensino médio, é necessário contextualizá-lo como uma consequência de certas transformações e eventos que, obviamente, o precederam. Vamos a elas:

O Renascimento, esta retomada das influências da civilização grega. No caso da ciência, ainda mais influente, por tomar emprestado de Demócrito a expressão "átomo" e seu significado, mesmo que tendo uma perspectiva diferente. Pois os gregos desenvolveram a ideia de átomo de forma intuitiva. Dalton a fez baseando-se em evidências.

O movimento renascentista é marcado por pensadores e pessoas de diversas áreas.

Visão parcial do teto da Capela Sistina, obra de Michelangelo.

Como é de se imaginar, uma das áreas que mais se destacam e que você talvez tenha ouvido falar são as obras de arte envolvendo pinturas. Seja em quadros ou em paredes ou tetos.

Escola de Atenas (1509), obra de Rafaello Sanzio, ou apenas Rafael para nós brasileiros.

O Banquete de Herodes (1423 a 1427), baixo relevo de bronze criado por Donatello.

Mona Lisa (1503 a 1506), Pintura a óleo sobre madeira de álamo, de Leonardo da Vinci.

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O desenvolvimento do método científico e, consequentemente, da ciência na idade moderna até culminar nas revoluções industrial e francesa. Não sendo necessariamente a causadora de ambas, mas se relacionando intimamente com elas. E como estaria relacionado? Bom, a revolução industrial marca o início do consumo em larga escala de combustíveis fósseis, marca a aplicação de conceitos da termodinâmica (estudo dos gases) nas máquinas a vapor e promove uma grande alteração na forma como os europeus faziam comércio entre si.

René Descartes (1596-1650)

Pare para refletir antes de seguir adiante nesta postagem, o que havia de tecnologia mais avançada no início do século XIX?

Locomotion nº 1, uma locomotiva de 1825 ainda preservada nos dias atuais.

Luneta de Galileu Galilei (1609).

Microscópio óptico de 1751.

Tear antigo.

O tear Jacquard é uma das invenções mais importantes da história e o primeiro tear mecânico inventado foi projetado pelo francês Joseph Marie Jacquard, em 1801.

Daguerreótipo (1839).

A pilha de Alexandre Volta (1799).

Acertou quem pensou nas máquinas a vapor (locomotivas ou teares), nos instrumentos ópticos (microscópios e telescópios) e nas pilhas. E como investigar a natureza microscópica da matéria sem qualquer dispositivo mais avançado que esses? Difícil, a turma da época de de dar seus pulos.

PRECURSORES DE DALTON

Uma vez estabelecido o cenário no qual John Dalton apresentou seu modelo ao mundo, se faz necessário observar que ele teve à sua disposição resultados de pesquisas de Lavoisier, Proust e suas próprias interpretações de estudos da matéria.

De Lavoisier ele absorveu a ideia de que "na natureza, nada se cria, nada se perde, tudo se transforma", ou seja, a lei de conservação das massas. O químico francês mediu as massas das reações químicas em sistemas fechados antes e depois de as transformações ocorrerem. Sistema fechado é um do qual matéria não entra e nem sai. Em todas as situações Lavoisier verificou que a massa não se alterava.

Antoine-Laurent de Lavoisier (1743 a 1794) em um de seus experimentos.

Do químico e farmacêutico Proust, nosso bom Dalton tomou emprestada a lei das proporções definidas, na qual temos que uma determinada substância pura contém sempre os mesmos elementos combinados na mesma proporção em massa, independente de sua origem. Confuso? Mais à frente teremos os exemplos.

Joseph Louis Proust (1754 a 1826)

Além disso, o próprio Dalton nos presenteou também com uma lei, a das proporções múltiplas: quando dois elementos se combinam para formar mais de uma substância, as razões entre a massa do elemento das duas substâncias são expressas em termos números inteiros pequenos, isto se a massa do outro elemento permanecer constante.

É muito importante notar que ele se baseou em descobertas de seus contemporâneos Lavoisier e Proust. Em resumo estas descobertas são, por exemplo:

1) Se 12 gramas de carbono reagirem com 16 gramas de oxigênio, termos 28 gramas de monóxido de carbono. Este é o princípio de conservação proposto por Lavoisier.

2) Se 24 gramas de carbono reagirem com 32 gramas de oxigênio, termos 56 gramas de monóxido de carbono. Esta proporção, junto da anterior, demonstra o princípio da proporção definida. Ao dobrar a massa de reagentes, a massa de produtos dobra.

3) Se 12 gramas de carbono reagirem com 16 gramas de oxigênio, termos 28 gramas de monóxido de carbono. Mas se os mesmos 12 gramas de carbono reagirem com 32 gramas de oxigênio, termos 44 gramas de dióxido de carbono. Uma mesma massa de carbono pode se combinar com duas massas diferentes de oxigênio e formar duas substâncias diferentes. E a razão entre as massas de oxigênio envolvidas é de 1 para 2.

O MODELO ATÔMICO DE DALTON

Sociedade Literária e Filosófica de Manchester

O modelo atômico de Dalton, como qualquer modelo de estreia na passarela da compreensão, é razoavelmente simples. Surgiu no início do século XIX. Dalton concluiu que toda a matéria, deve consistir de diminutas partículas. Reviveu, assim, a antiga teoria atômica e elaborou a primeira tabela de pesos atômicos, anunciando seus resultados em 1803, na forma de uma “lecture”, uma leitura para seus pares da Sociedade Literária e Filosófica de Manchester.

Dalton desenvolveu sua teoria atômica numa série de conferências que proferiu na “Royal Institution” de Londres, nos anos de 1804 e 1805. Em 1807, com o seu consentimento, Thomas Thomson incluiu um sumário da teoria atômica na terceira edição de sua obra “System of Chemistry” (Sistema de Química).

O próprio Dalton, no ano seguinte, no primeiro volume do seu “New System of Chemical Philosophy” (Novo sistema de filosofia química), apresentou as bases de sua nova teoria. Este trabalho marca o início de uma nova, e moderna, tentativa por parte da humanidade, de explicar do que a matéria é feita. No entendimento de Dalton, os átomos são partículas de tamanho diminuto não visíveis a olho nu. Como são esses átomos? Bem, vejamos a seguir como ele imaginou os átomos.

Capa da primeira edição de 1808 de “A New System of Chemical Philosophy”.

Agora que todos esses detalhes foram apresentados, podemos ir aos Postulados do Modelo Atômico de Dalton

1º Postulado: Toda e qualquer porção de matéria é constituída de pequeníssimos corpúsculos esféricos, maciços, indivisíveis e indestrutíveis denominados átomos.

Por este postulado surgiu a expressão "bola de bilhar".

Pela simples falta de meios que o permitissem investigar os átomos mais de perto, ele apostou na forma geométrica mais simples e no seu completo preenchimento. Do contrário, como faria para explicar qualquer outra forma ou espaço vazio no interior do átomo?

2º Postulado: Todos os átomos de um dado elemento são idênticos, não só quanto à massa, mas também quanto às suas propriedades químicas.

3º Postulado: Átomos de elementos diferentes possuem massas e propriedades diferentes.

Átomos de diferentes tamanhos e massas pertencem a diferentes elementos.

Átomos de elementos diferentes têm massas diferentes e propriedades diferentes. A distinção necessária entre a química e a alquimia, que considerava elementos a terra, o fogo, a água e o ar. Agora temos, finalmente, uma visão moderna de elemento sendo aplicada. Isto também explicou a diversidade de elemento químicos conhecidos.

4º Postulado: As substâncias compostas se formam pela combinação de duas ou mais espécies diferentes de átomos. Os átomos se combinam na proporção fixa de números inteiros pequenos, por exemplo, um átomo de A com um átomo de B ou dois átomos de A com um átomo de B.

Duas combinações de átomos, hoje conhecidas por água (esquerda) e metano (direita).

A água (esquerda) é a combinação de dois hidrogênios (azuis) para cada oxigênio (vermelho). O metano (direita) é a combinação de quatro hidrogênios (azuis) para cada carbono (preto). É a versão microscópica da proporção entre as massas das substâncias em uma reação química, a lei de Proust das proporções definidas.

5º Postulado: Durante as reações químicas, átomos não são criados e nem destruídos, são apenas rearranjados, formando novas substâncias.

Os átomos são as unidades das mudanças químicas. Uma reação química envolve apenas combinação, separação e rearranjo de átomos, mas os átomos não são criados, nem destruídos, nem divididos, ou convertidos em outras espécies durante uma reação química. Dalton apostou em um átomo indestrutível e que do nada surge confiando na lei de conservação das massas de Lavoisier. Se a matéria é constituída de átomos e a matéria se conserva, então os átomos devem obedecer a este comportamento.

Um exemplo de reação química: a combustão do metano.

No caso acima apresentado, o átomo de carbono (preto) deixa de se combinar com os de hidrogênio (azuis) para se combinar com os de oxigênio (vermelhos). O oxigênio, por sua vez, deixa de se combinar com seu semelhante para se combinar com os de carbono e hidrogênio. A conservação da matéria implica em conservação dos átomos, uma vez que estes são a base de construção de qualquer porção de matéria. Não podem surgir do nada nem desaparecer. É a lei de conservação da massa a nível microscópico.

Toda esta informação é resumida atualmente na seguinte equação química:

6º Postulado: Átomos de um determinado elemento químico não podem se converter em átomos de outro elemento químico.

É a negação da transmutação da matéria, crença comum entre os que praticaram a alquimia.

Como Dalton representou os átomos de diferentes elementos? E como eles se combinam para formar as moléculas. Veja a seguir:

Átomos e “átomos compostos”.

Observe que os “átomos compostos”, expressão que ele chamou as moléculas, ainda não tinham uma composição definitiva. Ele não sabia a proporção dos elementos dentro das substâncias. Isto porque as massas dos elementos ainda não foram determinadas. A seguir veja outras estruturas de “átomos compostos” propostos por Dalton:

Imagens contidas no livro de “A New System of Chemical Philosophy”.

E quanto aos elementos? Veja:

Elementos e suas massas segundo Dalton.

Observe que as massas não correspondem aos valores atuais. Mais uma vez, devido à tecnologia, ou à falta dela, não era um processo tão simples.

O próprio Dalton chegou a elaborar modelos reais de madeira para representar os átomos. Como se vê na imagem a seguir.

Modelos de madeira confeccionados por Dalton.

QUEM FOI DALTON?

John Dalton (1766 a 1844)

John Dalton (Eaglesfield, 6 de setembro de 1766 — Manchester, 27 de julho de 1844) foi um químico, meteorologista e físico britânico.

É também um dos pioneiros na meteorologia, iniciando suas observações em 1787 com instrumentos confeccionados por ele mesmo e publicando, seis anos mais tarde, em 1903, o livro “Meteorological Observations and Essays” (Ensaios e Observações Meteorológias), um dos primeiros concernentes à ciência meteorológica. Sobre a humidade do ar, ele também deixou uma frase marcante: “Apurar a quantidade exata de água em uma dada quantidade de ar é, presumo, um objetivo ainda não totalmente alcançado”.

Suas observações experimentais permitiram a ele elaborar teorias sobre o vapor d'água e misturas de gases, apresentando em 1801 sua lei das pressões parciais: em uma mistura de gases, cada componente exerce a mesma pressão como se estivesse solitária no recipiente que a contém.

Ao fim de sua vida, sua teoria atômica estava amplamente difundida entre a comunidade científica e reconhecida pelo rei da Inglaterra com a Medalha Real.

Uma frase atribuída a John Dalton é a seguinte: “A matéria, embora divisível em grau extremo, não é infinitamente divisível. Isto é, deve haver algum ponto além do qual não podemos ir na divisão da matéria... Escolhi a palavra 'átomo' para significar essas partículas últimas”.

Capa da 2ª Edição (1834) de “Meteorological Observations and Essays”, de John Dalton.

Seu nome, contudo, passou à história da ciência por outro motivo além da primeira teoria atômica moderna: a descoberta da anomalia da visão das cores, conhecida hoje por daltonismo.

O daltonismo, também conhecido como discromatopsia ou discromopsia, é uma perturbação da percepção visual caracterizada pela incapacidade de diferenciar todas ou algumas cores, manifestando-se muitas vezes pela dificuldade em distinguir o verde do vermelho. O daltonismo afeta um grande número de indivíduos, sendo a protanopia e a deuteranopia os tipos mais comuns. Os indivíduos com ascendência norte-europeia, assim como 8% dos homens e 0,4% das mulheres sofrem de deficiência congênita de cor.

Diferentes formas de daltonismo.

Você é daltônico ou não faz ideia?

Teste de daltonismo.

Se você enxerga com clareza os números acima, é bem provável que você não seja daltônico. Caso tenha dificuldade em reconhecer um deles, sugiro procurar por mais testes.

CRÍTICAS AO MODELO DE DALTON

Dalton deu o pontapé inicial aos capítulos modernos da forma como ser humano enxerga a matéria e sua constituição. Pode-se dizer também, que iniciou uma verdadeira guerra de bastidores ao longo de todo o século. Os críticos alegavam falta de evidências a favor, que suas explicações a respeito da natureza microscópica da matéria eram circunstanciais ou se encaixavam de maneira conveniente. Estavam até corretos no aspecto da conveniência, mas no fim, como veremos, a teoria atômica prevaleceu. Enquanto isto, vejamos onde Dalton errou:

1º Postulado: O átomo não é maciço, pelo contrário, é repleto de espaços vazios em seu interior. Também não é indivisível. Por uma questão de justiça com Dalton, são exatamente dois detalhes que dependeram de quase um século de evolução tecnológica para se perceber.

2º Postulado: O tempo mostrou que existem isótopos, átomos com o mesmo número atômico e massas diferentes. Em outras palavras, ele deu azar. Existem sim átomos de um mesmo elemento que não são idênticos.

3º Postulado: Átomos de elementos diferentes possuem propriedades diferentes sim. Mas existem isóbaros, átomos de diferentes elementos químicos com a mesma massa.

4º Postulado: Este ele acertou fácil, pois aplicou aos átomos a lei das proporções definidas.

5º Postulado: Também acertou este, pois aplicou aos átomos a lei de conservação das massas.

6º Postulado: Os fenômenos radioativos, descobertos no final do século XIX, mostram que foi um erro. A maioria deles causa a alteração do elemento ao qual o átomo pertence.

Um detalhe adicional. Ao longo do século XIX, os fenômenos da eletricidade e do magnetismo foram mais estudados, chegou-se a unir as duas sob o nome de eletromagnetismo, pois são interligadas de forma como não se pensava antes.

O conhecimento gerado a partir disto provocou avanço tecnológico e mostrou que a eletricidade é parte constituinte da matéria e está relacionada a propriedades dos átomos. Mas isto será em outro modelo atômico.

MAPA MENTAL

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