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John Dalton (1766-1844)

Para explicar sua hipótese, Dalton elaborou um modelo , já que os átomos não podiam ser vistos. Esse modelo demonstrado na imagem acima, hoje chamado de modelo atômico de Dalton, o átomo seria semelhante a uma bola de bilhar, esférica, maciça e indivisível. Para melhorar sua teoria atômica Dalton substituiu os antigos símbolos utilizados por alquimistas, para representar o que eles acreditavam ser elementos químicos, por símbolos mais apropriados, porque alguns elementos descobertos ainda  não eram conhecidos pelos alquimistas.
Ele propôs uma série de círculos com linhas, pontos ou letras no meio que representassem cada elemento químico.

Atualmente, sabemos que alguns dos elementos representados por Dalton são, na realidade, compostos químicos, porque as técnicas da época ainda não permitiam a sua decomposição nos elementos que os constituíam. Por exemplo, o que Dalton achava ser o elemento alumínio (A?) era, na realidade, o composto alumina (A?₂O₃).

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Joseph John Thomson (1856-1940)

Realizou vários experimentos envolvendo um dispositivo chamado de ampola de Crookes ou tubo de raios catódicos. Esse dispositivo foi criado pelo físico inglês Willian Crookes (1832-1919), sendo feito de um tubo de vidro vedado, com um gás sob baixa pressão (atmosfera rarefeita), em que ele aplicava uma tensão. Isso era feito porque dentro do tubo haviam dois eletrodos, ou seja, de um lado tinha um fio de metal ligado ao polo positivo de uma fonte de alta tensão, que ficou sendo chamado de ânodo, e do outro havia outro metal, chamado de cátodo, que estava ligado ao polo negativo. É interessante que a palavra eletrodo significa “caminho para a eletricidade”.

Quando a alta tensão era ligada, podiam-se observar raios saindo do cátodo e indo em direção ao ânodo. Esses raios foram chamados, então, de raios catódicos.

J. J. Thomson observou que essas cargas elétricas tinham massa, pois, colocando-se uma ventoinha entre os dois eletrodos, quando os raios catódicos passavam, eles movimentavam a ventoinha. Quando se colocava um campo elétrico produzido por placas eletrizadas, esses raios sofriam um desvio e eram atraídos pelo polo positivo do campo elétrico. Isso comprovou que os raios catódicos eram um feixe de partículas negativas:

Experimento de Thomson com tubo de raios catódicos

Essa não era uma propriedade somente para um tipo de gás, mas para qualquer gás que fosse usado no tubo, o resultado desse experimento era sempre o mesmo. Portanto, essas partículas negativas, que foram chamadas de elétrons, eram parte constituinte dos átomos de toda matéria, ou seja, dos átomos de qualquer elemento químico.

Desse modo, Thomson propôs um novo modelo atômico, que continuava esférico como o de Dalton, porém, que explicava a natureza elétrica da matéria. Para Thomson, o átomo não seria indivisível, como Dalton propôs, mas sim divisível, ou seja, ele possuiria partículas menores de carga negativa, os elétrons, que ficavam distribuídos aleatoriamente sobre uma esfera carregada positivamente. A esfera tinha que ser positiva para neutralizar as cargas negativas dos elétrons, tendo em vista que o átomo é eletricamente neutro.

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Ernest Rutherford (1871-1937)

Ernest Rutherford conduziu um experimento muito importante que mudou o modo como o átomo era visto pelos cientistas da época. Até o momento, o modelo atômico aceito era o de Thomson, que dizia que o átomo seria uma esfera positiva, não maciça, incrustada de elétrons e com carga elétrica total nula.

O experimento em questão é demonstrado na figura abaixo, onde temos uma amostra do elemento radioativo polônio dentro de um bloco de chumbo. A radiação alfa (α) que saía do polônio passava por um pequeno orifício do bloco de chumbo e ia em direção a uma finíssima lâmina de ouro. Atrás dessa lâmina de ouro havia um anteparo fluorescente, pois foi recoberto de sulfeto de zinco, que mostraria uma luminosidade onde as partículas alfa incidissem.

Experimento de Rutherford com partículas alfa em lâmina de ouro

O resultado observado foi o seguinte:

1. A maioria das partículas continuou sua trajetória atravessando a lâmina de ouro;

2. Poucas partículas atravessaram a lâmina e desviaram-se de sua trajetória;

3. Poucas partículas foram refletidas, não atravessando a lâmina.

Trajetória das partículas alfa no experimento de Rutherford

Cada um desses fatos levou Rutherford à conclusão de que o modelo de Thomson estava incorreto:

1. O fato de a grande maioria das partículas alfa atravessar a lâmina de ouro indica que a maior parte do átomo trata-se, na verdade, de espaços vazios;

2. O fato de poucas partículas que atravessaram a lâmina de ouro terem sofrido um desvio na sua trajetória indica que elas se aproximavam de alguma região do átomo que tivesse a mesma carga que elas, isto é, carga positiva, sendo assim repelidas;

3. As poucas partículas que foram rebatidas pela lâmina de ouro indicavam que o átomo possui uma região maciça que impedia essa passagem, com carga igual, isto é, positiva. As partículas refletidas bateriam de frente com essa região.

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Niels Henry David Bohr (1885-1962)

O Modelo Atômico de Bohr apresenta o aspecto de órbitas onde existem elétrons e, no seu centro, um pequeno núcleo.

O físico dinamarquês Niels Henry David Bohr (1885-1962) deu continuidade ao trabalho desenvolvido com Rutherford. Ele preencheu a lacuna que existia na teoria atômica proposta por Rutherford.

Por esse motivo, o átomo de Bohr pode também ser chamado de Modelo Atômico de Rutherford – Bohr.

Niels havia conhecido Rutherford no laboratório da Universidade de Cambridge e foi levado por ele à Universidade de Manchester onde passaram a trabalhar em conjunto.

Bohr conseguiu explicar como se comportava o átomo de hidrogênio, o que não era possível mediante a teoria atômica de Rutherford.

Mas, embora tenha aperfeiçoado o modelo atômico de Rutherford, o modelo de Bohr ainda não é perfeito, uma vez que continuam havendo lacunas por explicar.

Em 1913, Bohr promoveu experimentos que mostravam essas falhas e propunha um novo modelo.

Se o modelo proposto de Rutherford estivesse correto, ao serem acelerados, os elétrons emitiriam ondas eletromagnéticas. Na sequência, essas partículas perderiam energia e consequentemente colidiriam com o núcleo atômico.

O que acontece, na verdade, é que o elétron emite energia. Quanto maior a sua energia, mais afastado ele fica do núcleo do átomo.

Postulados de Bohr

Mediante o trabalho que desenvolveu, Bohr obteve quatro princípios:

1. Quantização da energia atômica (cada elétron apresenta uma quantidade específica de energia).

2. Os elétrons se movem em uma órbita, as quais são chamadas de “estados estacionários”. Ao absorver energia, o elétron salta para uma órbita mais distante do núcleo.

3. Quando absorve energia, o nível de energia do elétron aumenta saltando para uma camada mais externa. Por outro lado, ela diminui quando o elétron emite energia.

4. Os níveis de energia, ou camadas eletrônicas, acomodam um número determinado de elétrons e são designados pelas letras: K, L, M, N, O, P, Q.

O modelo de Bohr estava ligado à Mecânica Quântica. Assim, a partir da década de 20, Erwin Schrödinger, Louis de Broglie e Werner Heisenberg, especialmente, dão o seu contributo no que respeita ao modelo da estrutura atômica.

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Erwin Schrödinger (1887-1961)

Erwin Schrödinger determinou, através de uma infinidade de operações matemáticas (cálculos e equações do movimento de ondas e plotagem dos dados em plano cartesiano), as regiões no espaço que apresentariam máxima probabilidade de se encontrar um elétron. A esta altura a utilização do termo órbita já estava em desuso, pois não se poderia prever, pelo princípio da incerteza de Heisenberg, a posição e velocidade de um elétron. Logo, determinou-se orbital a região que apresentaria máxima probabilidade de localização dos elétrons e, portanto, orbitais se assemelhariam, grosso modo, a nuvens eletrônicas.

Schrödinger, ao propor o modelo de orbitais atômicos, conciliou os postulados teóricos de De Broglie e Heisenberg, formalizando a ideia de que o elétron apresenta comportamento dual (onda – partícula). O modelo atômico de Schrödinger apresentou um modelo de orbital tridimensional para cada um dos subníveis de energia e possibilitou a compreensão do fenômeno da hibridação em átomos de carbono, permitindo a determinação da geometria molecular de diversas substâncias químicas. A geometria molecular, por sua vez permite a previsão de propriedades físicas e químicas de diversos compostos.