As teorias atômicas e seus modelos visa explicar o que sejam os átomos. Dessa forma, para explicar os modelos atômicos podemos usar o processo histórico das descobertas sobre o átomo.
A princípio, tudo começa na antiguidade com os pensadores gregos. Os pensadores Leucipo (500 a.C.) e Demócrito (460 a.C.) formularam a ideia de haver um limite para a pequenez das partículas. Então, eles afirmavam que elas se tornariam tão pequenas que não poderiam ser divididas. Chamou-se a essa partícula última de átomo. A palavra é derivada dos radicais gregos que, juntos, significam o que não se pode dividir.
Em 1803, Dalton retomou as ideias de Leucipo e Demócrito e propôs, então, que a matéria é formada por átomos, que são partículas minúsculas, maciças, esféricas e indivisíveis. Esse modelo fazia uma analogia à estrutura de uma bola sólida, similar àquelas usadas na mesa de pilha. Dessa forma, todos os átomos seriam assim, diferenciando-se somente pela massa, tamanho e propriedades para formar elementos químicos diferentes.
Após experimentos em um sistema elétrico Thomson descobriu que no átomo existia partículas negativas, mostrando, portanto, que o modelo de Dalton não estava correto. Então, em 1898 Thomson propôs que seu modelo atômico o átomo continha uma partícula esférica de carga positiva, não maciça. Em princípio, essa carga positiva se incrusta com os elétrons (negativos), de modo que a carga elétrica total é nula. Por causa dessa representação, modelo recebeu o apelido de modelo de pudim ou bolo de passas.
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Em 1911, Ernest Rutherford realizou um experimento em que ele bombardeou uma finíssima lâmina de ouro com partículas alfa (α) emitidas por uma amostra de polônio (material radioativo) que ficava dentro de um bloco de chumbo com um pequeno orifício pelo qual as partículas passavam. Dessa forma, Rutherford propôs que o átomo era descontínuo e tendo duas regiões: o núcleo e a eletrosfera. O núcleo era denso e tem carga positiva; ou seja, é constituído de prótons. Por conseguinte, a eletrosfera é uma grande região vazia onde os elétrons ficam girando ao redor do núcleo.
Em 1932, o então cientista Chadwick descobriu a terceira partícula subatômica, o nêutron. Dessa forma, o modelo de Rutherford passou a ter os nêutrons no núcleo junto aos prótons.
Em 1913, Niels Bohr propôs um modelo que se baseou no de Rutherford, apenas o aprimorando cujos elétrons movem-se em órbitas circulares. Nesse modelo, cada órbita apresenta uma energia bem definida e constante (nível de energia) para cada elétron de um átomo. Essas orbitas são conhecidas como camadas eletrônicas ou níveis de energia e são representadas pelas letras K, L, M, N, O, P e Q, respectivamente, no sentido da camada mais próxima ao núcleo para a mais externa.
O advento da mecânica quântica
Com o advento da mecânica quântica e da equação de Schrödinger na década de 1920, a teoria atômica tornou-se uma ciência matemática precisa. O físico austríaco Erwin Schrödinger desenvolveu uma equação diferencial parcial para a dinâmica quântica dos elétrons atômicos. Ele incluiu a repulsão eletrostática de todos os elétrons carregados negativamente uns dos outros e sua atração pelo núcleo carregado positivamente. A equação de Schrödinger resolve exatamente para um átomo contendo apenas um único elétron (hidrogênio). Por outro lado, as aproximações dessa equação chegam a valores muito próximas para átomos contendo dois ou três elétrons, por exemplo hélio e lítio.
Na medida em que a equação de Schrödinger ganhou capacidade para casos resolver átomos mais complexos, a teoria atômica passou a ser capaz de prever a partir de primeiros princípios as propriedades de todos os átomos e suas interações. A recente disponibilidade de supercomputadores de alta velocidade para resolver a equação de Schrödinger tornou possível cálculos precisos de propriedades para átomos e moléculas com números cada vez maiores de elétrons. A concordância precisa com o experimento é obtida se pequenas correções devido aos efeitos da teoria da relatividade especial e da eletrodinâmica quântica também forem incluídas.
