Provavelmente, você já deve ter vivido situações curiosas como estas: ao pentear os cabelos, os fios são atraídos pelo pente, e o cabelo fica todo “espetado”; e ao tocar na porta de um automóvel, você, às vezes, leva um choque. O que acontece nesses casos?

Há muitos anos, século V e IV a. C., os filósofos buscavam respostas para suas dúvidas querendo saber sobre a origem do universo e de si próprios, sobre o porquê do sofrimento e da morte, sobre a geração e a corrupção da vida e, além disso, queriam desvendar os mistérios da matéria.

O que havia, naquela época, era a observação dos fenômenos e a busca do homem por uma explicação a respeito desses fenômenos. E a partir dos dois a busca de uma explicação para o que acontecia. Uma das maneiras que os gregos utilizavam para explicar a origem do Universo, ou para justificar comportamentos, ou para compreender o motivo dos sentimentos e das paixões era a mitologia. Mas, o que é um MITO? O texto a seguir que apresenta uma explicação mitológica entre os gregos: O mito de Prometeu e Pandora.

Após a leitura do texto sobre este mito, leia o texto de uma lenda e diferencie lenda de mito. A partir do desenvolvimento da filosofia, a explicação sobre a origem do mundo passou a ser racional, denominada cosmologia. Vamos nos ater neste momento à filosofia na Grécia – período pré-socrático ou cosmológico – final do século VII e início do século V a. C., onde a preocupação era com a origem do mundo, a sua ordem. Tales de Mileto (640 – 548 a. C), astrônomo, filósofo e matemático, conhecido como “o pai da filosofia”, procurava fugir das explicações mitológicas sobre a criação do mundo (cosmogonia), tentando descobrir algo que fosse constante em todas as coisas e que seria o princípio unificador de todos os seres (cosmologia).

Tales de Mileto foi o primeiro filósofo grego a observar que um pedaço de âmbar, depois de ser passado várias vezes sobre um pedaço de pele de animal, adquiria a propriedade de atrair corpos leves, como pedaços de palha e sementes.

Os fenômenos elétricos e luminosos exerceram enorme fascínio nos estudiosos daquela época. Então, eles começaram a investigá-los. Leucipo de Mileto (500 – 430 a .C.) e seu discípulo Demócrito de Abdera (460 – 370 a . C), também filósofos da Grécia Antiga, propuseram outra explicação (teoria). Segundo eles, a matéria poderia ser dividida até chegar a um ponto onde não existiria mais a possibilidade de dividi-la. Essa partícula indivisível seria a unidade fundamental, o princípio primordial da matéria, e recebeu, dos gregos, o nome de ÁTOMO.

Demócrito foi o responsável pelo surgimento de uma teoria conhecida como ATOMISMO. Para ele, além dos átomos, também, deveria existir o vazio, o vácuo. No pensamento de Demócrito, a atração ou repulsão de certos átomos eram atribuídas ao acaso. E esse agrupamento de átomos, imprevisível, seria a explicação para os diversos materiais diferentes conhecidos. Mas afinal, o que tudo isso tem a ver com o cabelo elétrico?

Você consegue colar um canudinho na parede sem usar qualquer tipo de cola?

Você sabe o que é eletrização por atrito?

Tudo que existe no Universo desde um grão de milho até o próprio Universo é formado por minúsculas partículas chamadas de átomos. Em 1808, John Dalton, cientista inglês, apresentou sua teoria, seu modelo de átomo. Segundo ele, o átomo é uma partícula indivisível e indestrutível. Para Dalton os materiais são formados pela combinação de diferentes átomos. O cientista inglês, Willian Crookes, ao usar ampolas (tubos) contendo gás, observou que descargas elétricas saíam da extremidade negativa e “caminhavam” para a extremidade positiva da ampola. Esses raios luminosos (descargas elétricas) foram denominados de raios catódicos.

Em 1898, Joseph John Thomson, cientista inglês, ao realizar experiências com as ampolas de Crookes, fez importantes descobertas. Ele observou que os raios catódicos eram constituídos de partículas negativas menores que o átomo, que foram denominadas elétrons. As observações feitas por Thomson, e outras como a eletrização por atrito, permitiram que ele elaborasse um modelo para o átomo, pois estava comprovado que o átomo não era indivisível como os gregos pensavam.

Thomson sugeriu que os elétrons, cargas negativas, estariam incrustados na superfície de uma esfera de carga positiva, como ameixas em um pudim. E, também, a carga elétrica total de um átomo seria nula, pois o número de cargas positivas seria igual ao de cargas negativas. Esse modelo ficou consagrado como o modelo atômico de Thomson. O modelo atômico de Thomson representava um grande avanço, pois identificava o elétron como partícula constituinte do átomo.

O físico Ernest Rutherford, alguns anos mais tarde, ao trabalhar com a radiatividade (fenômeno descoberto por Henry Becquerel e desenvolvido pelo casal Marie e Pierre Curie), fez sua maior descoberta. Rutherford realizou experimentos com uma pequena amostra do elemento químico polônio (material radioativo emissor de partículas alfa). Esse material foi colocado dentro de uma caixa de chumbo com um pequeno orifício, tendo à sua frente uma finíssima folha de ouro, envolvida por uma placa de material fluorescente (material com capacidade de brilhar quando exposto a raios luminosos), como mostra o desenho ao lado.

Assim, Rutherford, ao colocar a folha de ouro entre a placa de material fluorescente e a caixa com o material radioativo, esperava que a folha de ouro bloqueasse a passagem da radiação (luz) de partícula alfa, positiva. Porém, para surpresa de Rutherford, a luz (eram partículas do átomo de hélio duplamente ionizado) apareceu do outro lado da folha de ouro. Isto é, a partícula alfa, “luz”, atravessou a folha de ouro como se ela não existisse. Ele, também, observou que outras partículas, em menor número, não passavam pela folha de ouro e então voltavam e, outras, ainda, passavam e sofriam desvio.

A partir dessas observações, Rutherford sugeriu que as partículas alfa que conseguiam atravessar a folha de ouro e não sofriam desvio, provavelmente, passavam por algum lugar vazio; as partículas que sofriam desvio depois de atravessarem a placa, batiam em “algo” que estaria bloqueando a sua passagem. E sugeriu, ainda, que a carga elétrica desse “algo” deveria ser positiva tal como a carga da partícula alfa.

O modelo atômico de Rutherford seria formado por uma região central denominada de núcleo, contendo os prótons com carga positiva e partículas sem carga – os nêutrons – que dariam estabilidade ao núcleo e por uma região ao redor do centro, a eletrosfera, formada por partículas de cargas negativas, denominadas de elétrons.

O modelo atômico de Rutherford ficou famoso com o nome de Modelo Planetário, uma vez que nele o átomo se assemelha ao Sistema Solar. Os elétrons giram ao redor do núcleo como os planetas giram ao redor do Sol, em órbitas fixas ou trajetórias fixas.

E aí, você já descobriu por que seu cabelo fica elétrico? Ou como colar um canudinho de plástico na parede sem usar cola?

Você já derrubou sal de cozinha na chama do fogão? O que aconteceu? Provavelmente, além de ouvir uma crepitação, isto é, um barulhinho de estalo, ocorreu também uma mudança na cor da chama do fogão, que de azul passa a amarela.

Cada substância quando aquecida emite luz de cor diferente. Essa cor é característica para cada substância, o que torna esse teste bastante útil no reconhecimento de substâncias desconhecidas

A emissão de luz, na queima de sais metálicos pode ser explicada pela emissão de fótons quando os elétrons excitados do metal (isto é, que ganharam energia e que, portanto, passaram para um nível de energia maior do que o fundamental) retornam a seu estado fundamental (nesse retorno, emitem fótons de energia correspondente àquela que ganharam para passar ao estado excitado). E, no caso do modelo de Rutherford, será que os elétrons girando ao redor do núcleo ao perder energia cairiam no núcleo? O que você acha? Por que os átomos emitem luz de cores diferentes?

A resposta a essas perguntas fez com que o modelo atômico de Rutherford fosse superado. Quanto à natureza da luz, até o começo do século XIX prevalecia, a teria corpuscular da luz, proposta por Isaac Newton, físico inglês, que considerava a luz como um feixe de pequenas partículas emitidas por uma fonte de luz que atingia o olho estimulando a visão. Entretanto, em meados do século XIX, James Clerck Maxwell propôs uma teoria que unificou a compreensão dos fenômenos elétricos e magnéticos (teoria do eletromagnetismo). Uma das consequências dessa teoria é que a luz passou a ser considerada como uma onda eletromagnética e que sua velocidade não depende do observador.

No início do século XX, com os trabalhos de Max Planck e Albert Einstein, a luz também passou a ser interpretada de forma corpuscular (como pacotes de energia). A energia desses “pacotes de energia” (fótons) é diretamente proporcional à sua frequência de oscilação. Em meados de 1920, Louis Victor de Broglie, com base nos trabalhos de Einstein, propôs que elétrons (que possuem massa muito pequena) apresentam propriedades tanto ondulatórias quanto corpusculares (dependendo do fenômeno, se comportam como onda ou como partícula). Isto é conhecido como dualidade onda-partícula, ou dualidade matéria-energia e naturalmente aplica-se ao fóton (que é considerada uma partícula sem massa) e à base da mecânica quântica e do modelo quântico do átomo, que é bem aceito na atualidade.

Mas o que é onda?

Faça o experimento a seguir que você entenderá:

Uma onda pode ser representada pelo esquema:

A distância entre duas cristas ou entre dois vales é denominada de comprimento de onda e representado pela letra grega lambda ( ). E o que é frequência de onda? Quando você sintoniza um rádio ou o televisor, você está procurando a frequência da onda eletromagnética daquela rádio ou estação de televisão. Podemos dizer que frequência é o número de vezes que uma crista ou um vale passa por um determinado ponto, ou o quanto o sistema está oscilando. A cor da luz emitida corresponde a uma frequência de onda específica. Nossos olhos percebem apenas uma determinada gama de cores, que são faixas de frequência de ondas específicas.

O ser humano percebe apenas a região visível do espectro eletromagnético, que apresenta as sete cores do arco-íris, sendo que cada cor possui um comprimento de onda determinado. As ondas de rádio, micro-ondas, o infravermelho possuem frequência menor do que as da região visível e, consequentemente, suas energias são menores; já as frequências de ondas menores correspondem ao raio ultravioleta, raios-X, raios gama, cuja energia é maior e que também não conseguimos enxergar.

Voltando a discutir o modelo atômico proposto por Rutherford, que estabelecia que os átomos eram compostos de um núcleo denso e carregado positivamente, circundado por elétrons carregados negativamente, podemos apontar que este modelo possuía um grande problema, identificado por alguns cientistas da época. O problema de um modelo do tipo planetário (elétrons em órbita do núcleo tal como planetas em órbita do sol) é que ele não leva em conta a perda de energia dos elétrons nessa situação. Uma partícula carregada eletricamente e acelerada emite radiação eletromagnética e, portanto, perde energia nesse processo.

Em consequência os elétrons não poderiam manter uma “órbita estável” e deveriam gradativamente se aproximar do núcleo, em uma “órbita em espiral” até, no final, se chocarem com ele. Como o “colapso atômico” descrito acima não se verifica no mundo real, Niels Henry David Bohr, em 1913, propôs um novo modelo pelo qual, além de resolver essa dificuldade básica do modelo de Rutherford, permitiu explicar teoricamente o espectro eletromagnético emitido pelo elemento químico hidrogênio, determinado experimentalmente.

Um modelo teórico permite explicar, ou prever uma observação experimental de forma consistente, é de grande valor, e em vista disso, a proposta de Bohr teve um grande impacto na época. O modelo de Bohr é constituído pelas seguintes ideias básicas, que se fundamentam em ideias já trabalhadas por Planck e Einstein em outros contextos

1. Os elétrons ao redor do núcleo atômico se situam em níveis quantizados de energia;
2. As leis da mecânica clássica (leis de Newton) não são válidas para a passagem do elétron de um nível para o outro;
3. Quando ocorre a passagem (ou o salto) de um elétron entre níveis diferentes de energia, o elétron deve absorver ou emitir energia (o elétron absorve energia se ele passa de um nível mais baixo de energia para um mais alto e emite energia no caso contrário) como um fóton que deve ter energia exatamente igual à diferença de energia entre os respectivos níveis.
4. Os níveis permitidos de energia dependem de valores inteiros para o chamado número quântico principal n (n = 1, 2, 3, 4…). Segundo a equação L = n.(h/2 ) onde L é chamado de momento angular orbital, n é o número quântico principal, h é o constante de Planck e é o número pi.

O modelo de Bohr explica de maneira razoável o sistema contendo um elétron (o átomo de hidrogênio), mas não permite explicar átomos com mais de um elétron.

Ele agrega ideias de quantização com princípios da mecânica clássica. Apesar de representar um grande avanço em relação aos modelos anteriores, possui problemas evidentes como:

• Ao assumir que a mecânica clássica não é válida no caso de transição eletrônica não propõe outras leis para explicar o processo.
• Não explica o porquê da quantização estabelecida no item 4 anteriormente.

Estes problemas do modelo de Bohr vão ser superados a partir dos anos de 1920 por meio dos trabalhos de Erwin Schrödinger, Louis de Broglie e Werner Heisenberg, dentre outros, que resultam no aparecimento da Mecânica Quântica (que é uma área de estudos da física que trata do estudo do estado de sistemas em que não são válidos os princípios da mecânica clássica) e de modelos de estrutura do átomo baseados em seus princípios.

O modelo quântico (modelo atômico atual) é um modelo matemático – probabilístico que, em linhas gerais, tem por base:

• O princípio da incerteza de Heisenberg: não é possível determinar com precisão a posição e a velocidade de um elétron num mesmo instante.
• O princípio da dualidade de Louis de Broglie: o elétron apresenta característica dual, ou seja, comporta-se como partícula-onda.

O modelo quântico permite por exemplo, explicar o funcionamento dos raios laser utilizados em cirurgias, em indústrias e em leitura óptica. Estamos tão acostumados a conviver com uma série de aparelhos que nos ajudam a ter conforto que raramente paramos para nos perguntar: como será que o televisor funciona? Ou o forno de micro-ondas, o rádio? Será que esses equipamentos possuem algo em comum? Em nosso dia-a-dia, estamos interagindo o tempo todo com diferentes tipos de radiação.

Quando ficamos expostos ao sol, estamos recebendo radiação ultravioleta, uma forma de radiação eletromagnética, e que não é visível. Se você quebrar um dedo e precisar de uma radiografia para verificar a gravidade do caso, estará se expondo a outro tipo de radiação eletromagnética (os raios x). Ao assistir a um programa de televisão ou ao usar o celular, as radiações eletromagnéticas continuarão a acompanhá-lo.

E agora, já descobriu por que seu cabelo fica elétrico?

Conseguiu colar o canudinho de plástico na parede sem usar cola?

Por que o “choque” ao tocar no automóvel?

Um corpo, em seu estado normal, isto é, não eletrizado, estará neutro, ou seja, terá o mesmo número de cargas positivas (prótons) e cargas negativas (elétrons). Se este corpo perder elétrons, ficará com excesso de prótons (cargas positivas) e ficará eletrizado positivamente. Se ele receber elétrons, ficará com excesso de elétrons (cargas negativas) e ficará eletrizado negativamente.

Agora é só se lembrar: cargas opostas se atraem enquanto cargas iguais se repelem. É isso o que acontece com o cabelo “elétrico” e com o automóvel que dá choque. E se você ainda não conseguiu colar um canudinho de plástico em uma parede sem usar cola, basta atritá-lo em seu cabelo, por exemplo.

REFERÊNCIAS:

Química / vários autores. – Curitiba: SEED-PR, 2006. – p. 248