O Modelo Atual de Schrödinger

A busca por entender o átomo levou os cientistas a avanços cada vez mais detalhados e complexos.

O modelo atual do átomo é fruto de contribuições importantes feitas por cientistas como Louis de Broglie, Werner Heisenberg e Erwin Schrödinger.

Vamos explorar as ideias principais que construíram o que sabemos hoje sobre a estrutura atômica.

1. Dualidade onda-partícula (De Broglie)

Você sabia que as partículas de matéria, como elétrons, podem se comportar como ondas?

Pois é! Louis de Broglie propôs, em 1924, que não apenas a luz tem um comportamento dual, como já se sabia,

mas que as partículas também apresentam essa propriedade.

O que é a dualidade onda-partícula?

Na natureza, algumas coisas se comportam de maneira surpreendente.

A luz, por exemplo, pode ser vista como uma onda que se propaga pelo espaço, mas também como pequenos pacotes de energia chamados fótons.

De Broglie foi mais longe e sugeriu que, assim como a luz, as partículas de matéria (como os elétrons) também têm um comprimento de onda associado.

Como calcular o comprimento de onda de uma partícula?

O comprimento de onda de De Broglie (λ) pode ser calculado com a fórmula:

λ = h / (m . V)

Onde:

• h é a constante de Planck (6,63 x 10⁻³⁴ J⋅s),
• m é a massa da partícula (em kg),
• v é a velocidade da partícula (em m/s).

Exemplo prático: Imagine um elétron com massa de 9,1 x 10⁻³¹ kg, movendo-se a uma velocidade de 2 x 10⁶ m/s. Qual seria o comprimento de onda associado a ele?

Esse comprimento de onda é tão pequeno que não conseguimos observá-lo no cotidiano, mas ele é muito importante para entender fenômenos em escala atômica.

2. Princípio da Incerteza de Heisenberg

Werner Heisenberg, em 1927, trouxe uma ideia que mudou completamente nossa forma de entender o átomo.

Ele mostrou que não podemos determinar ao mesmo tempo, com precisão infinita, a posição e a velocidade de uma partícula como o elétron.

Isso ficou conhecido como o Princípio da Incerteza.

Por que isso acontece?

Imagine tentar observar uma bola de futebol em movimento.

Ela é grande, e conseguimos acompanhar sua posição e velocidade sem problema.

Mas, ao observar algo muito pequeno, como um elétron, nós usamos luz (ou outros tipos de radiação) para "enxergar".

Acontece que, quando a luz interage com o elétron, ela altera sua posição ou sua velocidade.

Isso torna impossível saber com precisão as duas coisas ao mesmo tempo.

A ideia central do princípio é que sempre haverá uma incerteza:

Onde:

• é a incerteza na posição,
• é a incerteza no momento (massa vezes velocidade).

Impacto no modelo atômico: Antes de Heisenberg, pensávamos que os elétrons giravam em órbitas fixas, como planetas ao redor do Sol.

O Princípio da Incerteza mostrou que não é bem assim. Nós não podemos determinar exatamente onde o elétron está.

Em vez disso, usamos regiões de probabilidade para descrever onde ele pode estar.

3. A equação de Schrödinger

Erwin Schrödinger deu um passo à frente na descrição dos elétrons.

Em vez de pensar em trajetórias ou em órbitas fixas, ele propôs uma equação que descreve o comportamento do elétron tanto como partícula quanto como onda.

Essa equação é a base da mecânica quântica.

Orbitais atômicos: o que são?

A resolução da equação de Schrödinger nos dá funções chamadas de funções de onda,

que mostram as regiões ao redor do núcleo onde há maior probabilidade de encontrar um elétron.

Essas regiões são chamadas de orbitais atômicos.

Os orbitais têm formas diferentes, como esferas (para orbitais s) ou halteres (para orbitais p), e estão organizados em camadas e subcamadas ao redor do núcleo.

Curiosidade: Os orbitais são esfericamente simétricos, enquanto os orbitais p lembram halteres, e os orbitais d têm formas mais complexas.

Eles se distribuem no espaço de modo a minimizar as repulsões entre os elétrons.

O modelo atômico atual é incrível porque combina as ideias de onda e partícula.

Além disso, ele nos explica a incerteza em escala atômica e nos ajuda a prever o comportamento de elétrons em átomos e mol.

Podemos dizer que o conhecimento que esse modelo atual traz para a gente é exponencialmente maior que o conhecimento que nossos antepassados possuíam.