Questão 28.
A construção dos modelos atômicos dependeu da interpretação de diferentes evidencias experimentais, muitas vezes semelhantes na aparência, mas distintas em suas conclusões. Considerando os modelos de Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr, bem como os experimentos envolvendo raios catódicos, gota de óleo, radioatividade e espectros atômicos, analise as afirmações a seguir e assinale a alternativa correta.
- A observação de que os raios catódicos apresentavam comportamento independente do gás presente no tubo contribuiu para a ideia de que havia uma partícula subatômica comum aos diferentes elementos;
II. O experimento da gota de óleo de Millikan permitiu determinar diretamente a massa do elétron, pois mostrou que a carga elétrica das gotículas era sempre múltipla de um valor elementar;
III. No experimento de Rutherford, os raros grandes desvios das partículas alfa foram explicados pela existência de uma carga positiva difusa, distribuída por quase todo o volume do átomo;
IV. A existência de espectros atômicos descontínuos é incompatível com a ideia clássica de que os elétrons poderiam emitir ou absorver energia de modo contínuo.
A ( ) Apenas I e ll são corretas
B ( ) Apenas II e III são corretas
C ( ) Apenas III e IV são corretas
D ( ) Apenas I e IV são corretas
E ( ) Apenas I, II e IV são corretas
A construção dos modelos atômicos dependeu da interpretação de diferentes evidencias experimentais, muitas vezes semelhantes na aparência, mas distintas em suas conclusões. Considerando os modelos de Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr, bem como os experimentos envolvendo raios catódicos, gota de óleo, radioatividade e espectros atômicos, analise as afirmações a seguir e assinale a alternativa correta.
II. O experimento da gota de óleo de Millikan permitiu determinar diretamente a massa do elétron, pois mostrou que a carga elétrica das gotículas era sempre múltipla de um valor elementar;
III. No experimento de Rutherford, os raros grandes desvios das partículas alfa foram explicados pela existência de uma carga positiva difusa, distribuída por quase todo o volume do átomo;
IV. A existência de espectros atômicos descontínuos é incompatível com a ideia clássica de que os elétrons poderiam emitir ou absorver energia de modo contínuo.
B ( ) Apenas II e III são corretas
C ( ) Apenas III e IV são corretas
D ( ) Apenas I e IV são corretas
E ( ) Apenas I, II e IV são corretas
Passo 1
O enunciado apresenta quatro afirmativas numeradas I, II, III e IV sobre modelos atômicos e experimentos clássicos (raios catódicos, gota de óleo, experiência de Rutherford e espectros atômicos). Pede para identificar quais afirmações são corretas e assinalar a alternativa correspondente entre A, B, C, D ou E.
As afirmações dadas são:
I. A observação de que os raios catódicos apresentavam comportamento independente do gás presente no tubo contribuiu para a ideia de que havia uma partícula subatômica comum aos diferentes elementos.
II. O experimento da gota de óleo de Millikan permitiu determinar diretamente a massa do elétron, pois mostrou que a carga elétrica das gotículas era sempre múltipla de um valor elementar.
III. No experimento de Rutherford, os raros grandes desvios das partículas alfa foram explicados pela existência de uma carga positiva difusa, distribuída por quase todo o volume do átomo.
IV. A existência de espectros atômicos descontínuos é incompatível com a ideia clássica de que os elétrons poderiam emitir ou absorver energia de modo contínuo.
I. A observação de que os raios catódicos apresentavam comportamento independente do gás presente no tubo contribuiu para a ideia de que havia uma partícula subatômica comum aos diferentes elementos.
II. O experimento da gota de óleo de Millikan permitiu determinar diretamente a massa do elétron, pois mostrou que a carga elétrica das gotículas era sempre múltipla de um valor elementar.
III. No experimento de Rutherford, os raros grandes desvios das partículas alfa foram explicados pela existência de uma carga positiva difusa, distribuída por quase todo o volume do átomo.
IV. A existência de espectros atômicos descontínuos é incompatível com a ideia clássica de que os elétrons poderiam emitir ou absorver energia de modo contínuo.
Vou analisar cada afirmativa com explicações didáticas dos experimentos e dos conceitos envolvidos.
Passo 2
Análise da afirmativa I — raios catódicos.
Explicação do experimento e da conclusão (passo-a-passo didático, sem pular):
- Em tubos de descarga com baixo pressão, quando se aplica alta tensão entre cátodo e ânodo aparecem feixes chamados raios catódicos. Observava-se que propriedades desses raios (desvio por campo elétrico/magnético, efeito sobre placas luminosas etc.) eram as mesmas independentemente do gás residual no tubo e também do metal usado no cátodo.
- Interpretação física: se algo produzido num gás dependesse muito do gás ou do metal, esperaríamos propriedades diferentes. Como eram idênticas, a conclusão foi que os raios correspondem a partículas fundamentais presentes em todos os átomos — hoje chamamos essas partículas de elétrons.
- Portanto, a observação citada realmente contribuiu para a ideia de que existia uma partícula subatômica comum a todos os elementos.
Conclusão do passo: a afirmativa I é correta.
Passo 3
Análise da afirmativa II — gota de óleo de Millikan.
Explicação do experimento de Millikan (passo-a-passo didático):
- Millikan fez cair gotículas de óleo entre placas paralelas. Sem campo elétrico as gotas caíam com velocidade terminal devido ao equilíbrio entre peso e resistência viscosa. Com campo elétrico ajustado ele conseguia equilibrar a gota estacionária (força elétrica para cima igual ao peso para baixo).
- Na situação de equilíbrio vertical vale a igualdade de forças: peso igual força elétrica. Escrevendo de forma simples, se a gota tem carga
, massa e o campo elétrico entre as placas é , então
- Medindo
(a partir do raio estimado usando a velocidade terminal e a lei de Stokes) e , Millikan determinou para várias gotículas. Ele observou que os valores de eram múltiplos de uma mesma carga elemental , estimando . - O experimento, portanto, determinou de forma direta a carga elementar
e deu forte evidência da quantização da carga (que cargas aparecem em múltiplos de ).
Por que a afirmativa está incorreta ao dizer “determinou diretamente a massa do elétron”?
- A gota de óleo não mede diretamente a massa do elétron isolado; mede cargas de gotículas de óleo macroscópicas e a partir disso identifica
. Para obter a massa do elétron foi necessário combinar a carga medida por Millikan com a razão carga/masa já obtida por J. J. Thomson (a partir dos raios catódicos). A relação usada é, simbolicamente,
- Então Millikan não determinou diretamente
; determinou . A massa só foi obtida ao juntar resultados experimentais de Millikan e Thomson.
Conclusão do passo: a afirmativa II é incorreta.
Passo 4
Análise da afirmativa III — experimento de Rutherford.
Explicação do experimento e da conclusão (passo-a-passo didático):
- Rutherford (com Geiger e Marsden) disparou partículas alfa contra uma fina lâmina de ouro e observou como elas eram espalhadas. A maior parte atravessava quase sem desvio, algumas sofriam pequenos desvios e um número muito pequeno era fortemente desviada, até quase voltar na direção de onde vieram.
- Se a carga positiva estivesse espalhada difusamente por todo o átomo (como no modelo “pudim de passas” de Thomson), as forças exercidas pelas muitas pequenas cargas positivas distribuídas não seriam capazes de produzir grandes desvios com grande probabilidade; o efeito seria muito suave.
- Rutherford interpretou os raros grandes desvios como resultado de um encontro próximo com uma carga positiva concentrada e muito densa — ou seja, um núcleo pequeno e massivo com carga positiva. Esse núcleo ocupa uma fração muito pequena do volume do átomo, concentrando quase toda a massa positiva.
- Portanto, a explicação correta dos grandes desvios é a existência de uma carga positiva concentrada (núcleo), e não difusa por quase todo o volume.
Conclusão do passo: a afirmativa III é incorreta (ela afirma o oposto do que Rutherford concluiu).
Passo 5
Análise da afirmativa IV — espectros atômicos descontínuos.
Explicação conceitual (passo-a-passo didático):
- Na física clássica, um elétron em movimento ao redor do núcleo aceleraria continuamente e, ao acelerar, emitiria radiação de forma contínua — o espectro esperado seria contínuo (todas as frequências possíveis).
- Observação experimental: átomos isolados em gás excitado emitem luz em linhas discretas, ou seja, apenas determinadas frequências aparecem (espectro de linhas). Isso indica que os elétrons só emitem (ou absorvem) energia em quantidades bem definidas.
- A explicação teórica foi dada por Bohr (modelo de Bohr) e depois por mecânica quântica: os elétrons ocupam níveis de energia discretos
e a energia do fóton emitido ou absorvido numa transição é exatamente a diferença entre níveis,
- Exemplo concreto: para o átomo de hidrogênio os níveis são dados por
e daí surgem as séries de linhas (Balmer, Lyman, etc.) com energias discretas.
- Logo, a existência de espectros atômicos descontínuos é realmente incompatível com a ideia clássica de emissão/absorção contínua; ela exige a quantização da energia.
Conclusão do passo: a afirmativa IV é correta.
Passo 6
Resumo final das avaliações:
- I é correta.
- II é incorreta.
- III é incorreta.
- IV é correta.
Portanto, as afirmações corretas são I e IV.
Resposta
D