Você sabia que existe um mundo onde os objetos podem estar em milhares de lugares ao mesmo tempo? Onde você não pode medir a posição exata de um objeto, não importa o quanto você tente? Onde objetos localizados em extremidades opostas do universo po...
Imagine que você tem um objeto e que começa a quebra-lo em partes cada vez menores. Você poderia continuar dividindo-o para sempre, ou chegaria eventualmente em algum invisível e peculiar bloquinho? Estudiosos da Grécia antiga se fizeram a mesma pergunta e chegaram numa suposição correta: toda matéria no universo é feita de pequeníssimos “grãos”. Eles chamaram esses grãos de átomos (átomos = indivisível).
Mais tarde, quando os cientistas acharam que tinham descoberto esses blocos indivisíveis, eles adotaram o nome grego. Depois, revelou-se que átomos, na verdade não são indivisíveis, consistem prótons positivamente carregados, elétrons negativamente carregados e nêutrons sem carga. Contudo, havia incerteza no que se refere a estrutura do átomo, então físicos do início do século XX estavam tentando esclarecer isso.
Em 1911, Ernest Rutherford propôs o chamado modelo planetário do átomo. De acordo com esse modelo, todo átomo consiste em um núcleo positivamente carregado ao redor do qual orbitam elétrons negativamente carregados, como planetas ao redor de uma estrela. Porém, esse modelo tem uma grande falha se os átomos obedecessem ao modelo, eles seriam extremamente instáveis, uma vez que seus elétrons irradiariam toda sua energia como resultado da aceleração constante e cairiam no núcleo quase que imediatamente.
Em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr mostrou seu próprio modelo atômico. O modelo de Bohr é bastante similar ao modelo planetário. Porém, Bohr especificou três regras que deveriam ser aderidas estritamente para que a estabilidade dos átomos fosse mantida:
1. Elétrons orbitam ao redor do núcleo em orbitais circulares sem irradiar luz.
2. Os orbitais não estão a uma distância arbitrária do núcleo, mas puramente em níveis de energia permitidos que são múltiplos da constante de Planck reduzida (a constante de Planck reduzida equivale a constante de Planck dividida por dois π). A partir desse fenômeno, é óbvio que a quantização se aplica a objetos com massa também (nesse caso, elétrons).
3. Elétrons podem pular de um orbital para outro. Quando pula de um orbital de menor energia para um de maior energia, o elétron absorve um quantum de luz. Esse processo é chamado de excitação. Elétrons localizados num orbital de maior energia do que seu original, são chamados de elétrons excitados. Em contraste, quando pula de um orbital de maior energia para um de menor energia, o elétron emite um quantum de luz. Elétrons no seu nível de energia original são ditos no estado base.
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Esquema de um elétron transicionando de um orbital de maior energia para um de menor energia enquanto emite um fóton.
Usando o modelo de Bohr, a existência das chamadas linhas espectrais pode ser facilmente explicada. Uma linha espectral é uma linha escura ou clara perturbando o que seria um espectro eletromagnético contínuo. Por exemplo, se expusermos um átomo (consideremos um átomo de hélio) para todo o espectro, uma parte desse espectro é filtrada depois de interagir com o átomo, uma vez que certas frequências do espectro têm a quantidade exata de energia que os elétrons do hélio precisam para pularem para um orbital de maior energia. Consequentemente, essa parte do espectro é absorvida. Essas perturbações do espectro contínuo se chamam linhas de absorção. Os elétrons do hélio jamais absorveriam a radiação remanescente pois, se o fizessem, eles se encontrariam fora do nível de energia permitido.
No entanto, a radiação que foi previamente absorvida pelo elétron é emitida depois de um tempo, quando o elétron se move do orbital de maior energia de volta para o de menor energia. Consequentemente, as chamadas linhas de emissão são criadas. Linhas de emissão e absorção são únicas para cada elemento. Esse fato é usado para determinar a composição de objetos remotos no espaço - os cientistas apontam seus telescópios para um corpo cósmico distante e determinam sua composição química baseado nas linhas espectrais que recebem.
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Linhas de emissão
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Linhas de absorção
No entanto, nem mesmo o modelo de Bohr é perfeito e pouco depois de ter sido publicado, ele foi substituído por outro modelo mais preciso - o modelo quantum mecânico. Apesar de suas imperfeições, o modelo de Bohr ainda apresenta uma importante transição entre o clássico e o quantum mecânico, uma vez que aplica as descobertas de Planck em relação a quantização para átomos.
