Nesta seção apresentaremos um resumo histórico sobre a evolução da química moderna ou química quântica. Nas próximas seções daremos mais detalhes sobre cada um destes tópicos.
 

1) Teoria Atômica

- Grécia antiga ® Alquimistas (400 A.C.)
         Matéria consiste de partículas distintas indivisíveis (átomos)
         Ausência de evidências experimentais.

- Os egípcios, muito antes de Cristo, já haviam atingido um alto grau de desenvolvimento e trabalhavam com o ferro, o ouro, a prata e outros metais; fabricavam vidros e sabiam extrair os corantes, medicamentos e perfumes das plantas.

-Teoria Atômica dos Gregos

        Na cultura ocidental, os gregos da época clássica foram os primeiros a teorizar sobre a composição da matéria. As idéias de átomo e elemento, centrais em todo o desenvolvimento da química, surgem na Antiguidade. Leucipo, de Mileto, e Demócrito, de Abdera, ao discutirem a constituição do Universo, no século V a.C., consideram que ele é formado por vácuo e por partículas muito pequenas e indivisíveis, os átomos. Aristóteles, no século IV a.C., em suas reflexões sobre a composição da matéria, conclui que a natureza é formada por quatro elementos: terra, água, ar e fogo. Ele também desenvolve a idéia de qualidades elementares: o fogo tem as qualidades calor e secura; o ar, calor e umidade; a terra, frio e secura; e a água, frio e umidade.
         Em 430 A. C. Leucipo formula a primeira teoria científica sobre a composição da matéria. Em 400 A. C Demócrito confirma esta teoria de que a matéria é constituída por partículas minúsculas e indivisíveis. Em 300 A. C. Epicuro continua a sustentar a teoria atômica de seus antepassados assim como Lucrécio, entre os romanos, em 90 A. C.

-Alquimia
         Os árabes herdaram, no começo da era cristã, a cultura do mundo antigo e, no que diz respeito à química, aprofundaram-se no desenvolvimento da alquimia. Na busca da Pedra Filosofal que transformaria tudo em Ouro, ou ainda do Elixir da Longa Vida, os alquimistas acumularam grande experiência em diversos processos, que foram muito úteis na evolução da química através dos tempos.

- Século XVIII ® Antoine Lavoisier (1789)
         Química como ciência quantitativa (conservação de massa no decorrer de uma reação química).
 

-Antes de 1800, o conceito da natureza discreta da matéria foi baseada, em grande parte, em intuição.

- Lei das combinações volumétricas (Gay-Lussac, 1808)

- Dalton, por volta de 1808, em sua teoria atômica veio a explicar várias dessas leis empíricas e intuitivas.

- Três dos postulados principais da teoria atômica de Dalton são:
 

- O terceiro postulado levou Dalton a formular a Lei das Proporções Múltiplas:
 

- Século XIX - Lei das proporções definidas (Proust)
 

- Helmholtz (1811)
 

- Avogadro (1811), distinguiu o átomo ( a menor partícula que pode participar de uma reação química) da molécula (a menor partícula que pode existir permanentemente).

- Faraday (1832) ® Leis da eletrólise

- J. J. Thompson (1897) ® Descoberta do elétron

- Modelo atômico de Thompson (1904)

- Modelo de Rutherford (1911), comprovado experimentalmente

- Millikan (1913) ® Medida direta da carga do elétron.
 

2)- Conexão entre Física e Química : A Natureza da Luz

Século XVII ® Controvérsia entre Isaac Newton na Inglaterra e Huygens na Holanda.

            Newton® As propriedades da luz poderiam ser explicadas se ela fosse constituída de corpúsculos.

            Huygens® A luz era um movimento ondulatório do éter, um meio imaterial que enchia o universo.

Confirmação da teoria ondulatória

Young (1801) ® Experiências de interferência da luz

Fresnell (1815) ® Experiências de difração da luz

Malus (1808) ® Descobriu o efeito de polarização à direção da luz ou ondas luminosas eram distúrbios perpendiculares à direção de movimento do feixe de luz.

Maxwell (1864) ® Desenvolveu uma teoria eletromagnética para a luz, confirmada experimentalmente em 1887.

Michelson e Morley (1887) ® Realizou experiências que demonstraram a não existência do éter.
 

3) A Luz e a Teoria Quântica

  Max Planck (1900) ® Ressuscitou o modelo corpuscular da luz quando
    apresentou uma teoria explicando a radiação do corpo negro.

            Planck assumiu que a energia da radiação eletromagnética emitida fosse quantizada em unidades de hn. Estas quantidades discretas de energia foram chamadas de quanta de energia, sendo um quantum de luz de freqüência equivalente a hn. Daremos mais detalhes sobre este tema nas próximas seções.

            Segundo Planck, o material constituinte da superfície emissora do corpo negro era como que composto de pequenos osciladores que, ao oscilarem, emitiam radiações eletromagnéticas, cuja energia E_n era dada por E_n = n hn, sendo n = 1, 2, 3,… e n seria a freqüência associada a uma dada oscilação (comportamento descontínuo do mundo atômico). Estes pequenos pacotes de luz foram mais tarde chamados de fótons.

O Efeito Fotoelétrico

Efeito Foto-elétrico

        Einstein (1905), utilizando as idéias de Planck, mostrou que a energia cinética dos fotoelétrons igual a hn - E_e , onde E_e é a energia necessária para arrancar um elétron de um átomo.
        Energia Cinética do fóton E = hn= mc² = (mc)c ~ pc  onde p é o momento do fóton, então

         A luz, que experimentalmente possui um comprimento de onda l = c/n, comporta-se como uma partícula com momento p = h/l . Assim sendo, Einstein e Planck vieram conciliar, de certa forma, as teorias de Newton e Maxwell para a luz.
 

4) A Teoria Quântica

O Modelo Atômico de Bohr (1913)

            Já se conhecia, experimentalmente, as séries espectrais do átomo de hidrogênio calculadas empiricamente pela fórmula de Balmer-Rydberg e Ritz (1896),

sendo os números quânticos n números inteiros. R_H = 110.500 cm^-1.

Espectro de radiação do átomo de hidrogênio

Na tentativa de explicar estes resultados experimentais foram propostos vários modelos atômicos. Estes modelos deveriam responder questões do tipo:

- Como relacionar o espectro emitido por um átomo de hidrogênio com a sua estrutura ?

- Como resolver o problema da instabilidade do modelo nuclear de Rutherford ?

- O modelo atômico é semelhante ao modelo planetário ? Isto é, o movimento eletrônico ocorre em órbitas ?

- Como escolher estas órbitas ?

Modelo atômico proposto por Niels Bohr

Cada uma destas órbitas teriam uma energia dada pela expressão;

Espectro do átomo de hidrogênio : Diferença energética entre dois estados

Falhas no modelo de Bohr

- Resultados incorretos para átomos ou íons com mais de dois elétrons

- Não explica o problema da ligação química

- Não pode ser usada na descrição dos sistemas moleculares
 

Outras questões :  Dualidade Onda - Corpúsculo

        Luiz de Broglie (1924) sugeriu que, assim como as ondas de luz tinham propriedades de partículas o inverso também deveria ser válido, isto é, a toda partícula de momento p estaria associada uma onda de comprimento l = h/p, o que foi verificado experimentalmente por Davisson e Gerner (1927) usando a difração de um feixe de elétrons em um cristal de níquel, calculando com isto o comprimento de onda dos elétrons.

        Para Bohr, o elétron do hidrogênio só poderia existir em certas órbitas que confeririam estabilidade ao átomo e que seriam caracterizadas por um certo número quântico.

        Para de Broglie, as órbitas estáveis do átomo de Bohr corresponderiam a ondas estacionárias onde o perímetro da órbita seria um múltiplo inteiro do comprimento de onda do elétron, isto é,

A idéia de onda estacionária correspondendo ao perímetro da órbita era necessária, pois do contrário, as ondas se destruiriam por simples interferências. Segundo De Broglie l = h/p, então

o que corresponde à hipótese de Bohr (momento angular quantizado em múltiplos de h/2p ).

Com de Broglie e Einstein, introduziu-se o caráter dualístico da natureza. Na natureza os fenômenos se manifestam, então, ora com propriedades e características de partículas, ora com propriedades e característica de ondas.
 

Sistemas Moleculares e Sólidos

Com a introdução da teoria quântica foi possível compreender estruturas com vários átomos. Faltava ainda responder ser esta teoria seria válida na descrição dos sistemas moleculares e dos sólidos em geral. A figura abaixo mostra duas destas estruturas moleculares.
 

Vitamina E : C29H50O2

Cristal de NaCl

 
 

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