Quando um elétron salta de uma camada mais externa para uma mais interna?

O texto Átomo de Rutherford mostrou que, segundo os estudos desse cientista, um modelo atômico que explicaria as propriedades da matéria seria que o átomo é composto de um pequeno núcleo positivo (constituído por prótons e nêutrons) onde está inserida a massa praticamente total do átomo, envolta de uma região denominada eletrosfera onde os elétrons ficam girando.

No entanto, o modelo atômico de Rutherford possuía alguns erros. Por exemplo, o elétron possui carga negativa, portanto, se ele girasse ao redor do núcleo, que é positivo, ele iria perder energia na forma de radiação, com isso, suas órbitas iriam diminuir gradativamente e os elétrons iriam adquirir um movimento espiralado, acabando por se chocar com o núcleo.

Mas isso não ocorre na prática. Por isso, em 1913, o cientista Niels Bohr (1885-1962) propôs um modelo que se baseou no modelo de Rutherford, apenas aprimorando-o, por isso ele passou a ser chamado de modelo atômico de Rutherford-Bohr.

Bohr se baseou também na teoria quântica da energia de Max Planck e nos espectros de linhas dos elementos para criar os seguintes princípios fundamentais:

1. Os elétrons não se movem aleatoriamente ao redor do núcleo, mas sim em órbitas circulares, sendo que cada órbita apresenta uma energia bem definida e constante (nível de energia) para cada elétron de um átomo. Quanto mais próximo do núcleo, menor a energia do elétron, e vice-versa;
2. Os níveis de energia são quantizados, ou seja, só são permitidas certas quantidades de energia para o elétron cujos valores são múltiplos inteiros do fóton (quantum de energia);
3. Para passar de um nível de menor energia para um de maior energia, o elétron precisa absorver uma quantidade apropriada de energia. Quando isso ocorre, dizemos que o elétron realizou um salto quântico e atingiu um estado excitado. Esse estado é instável e quando o elétron volta para o seu nível de energia original (estado fundamental), ele libera a energia que havia absorvido na forma de onda eletromagnética.

Esse último postulado explica porque os fogos de artifício emitem cores diferentes. Cada sal presente nos fogos de artifício possui um cátion de elementos químicos diferentes. Quando são aquecidos, os elétrons desses elementos saltam de nível de energia, mas quando voltam para o nível original, eles emitem a energia que foi absorvida na forma visível. Cada cor corresponde a uma quantidade de energia característica. Por exemplo, se usarmos um sal de cobre veremos a cor azul, já se usarmos um sal de bário, a cor emitida será a verde e assim por diante. Outras cores podem ser vistas no texto Química dos Fogos de Artifício.

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Os níveis de energia para os átomos dos elementos conhecidos são no máximo 7 e são representados pelas letras K, L, M, N, O, P, e Q.

* Crédito da imagem: Antonio Abrignani e Shutterstock.com.

Com a ideia do átomo consolidada, vários cientistas trabalhavam na tentativa de propor um modelo que explicasse de forma significativa as observações e resultados experimentais conhecidos. Um desses cientistas foi Rutherford que, em seu modelo, explicava o átomo como tendo quase toda sua massa em seu núcleo com carga positiva e que os elétrons com carga negativa giravam ao redor desse núcleo. Porém, pelas leis da física clássica, esse modelo não poderia existir, pois, de acordo com o eletromagnetismo clássico, os elétrons, como qualquer carga em movimento acelerado, ao girar ao redor do núcleo, emitem radiação e, ao emitir essa radiação, eles perdem energia. Assim, os elétrons perderiam toda sua energia e se chocariam com o núcleo.  

Como era preciso a criação de um modelo para explicar a estrutura atômica, em 1913, Bohr propôs um modelo atômico. Seu modelo estava baseado em dois postulados:

1º. Os elétrons só podem girar ao redor do núcleo em órbitas circulares, essas órbitas são chamadas de órbitas estacionárias e enquanto eles estão nessas órbitas, não emitem energia.

2º. A energia absorvida ou emitida por um átomo é equivalente ao número inteiro de um quanta.

Cada quanta tem energia igual a h.f, em que f  é a frequência da radiação e h é a constante de Planck. Portanto, a variação de energia produzida num átomo será igual à energia emitida ou recebida. Essa variação de energia é dada por:

Ee- Ei=h .f

Em que:

Ee: energia da órbita mais externa (de maior energia);

Ei: energia da órbita mais interna (de menor energia);

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h: constante de Planck;

f: frequência do fóton absorvido ou emitido.

Assim, um elétron em uma órbita permitida emite um fóton de energia para ir para outra órbita permitida menos energética, observe na figura 2.

Durante o salto, para ir de uma órbita de maior energia para uma de menor valor energético, o elétron emite um fóton com energia igual a:

E1- E2=h .f

Agora, observe a figura 2, para um elétron ir de uma órbita permitida para outra também permitida mais externa, ou seja, mais energética, ele necessita de absorver um fóton de energia que contenha a energia exata para ele mudar de órbita.

Durante o salto, para ir de uma órbita de menor energia para uma de maior energia, o elétron absorve um fóton com energia igual a:

E2- E1=h .f

É importante ressaltar que as hipóteses de Niels Bohr tinham como objetivo explicar o comportamento do movimento do elétron ao redor do núcleo do átomo de hidrogênio e que não foi deduzida de teorias já conhecidas. Apesar de conseguir explicar o movimento do elétron no átomo de hidrogênio, o modelo proposto por Bohr não obteve o mesmo resultado quando aplicado a átomos de outros elementos, não sanando o problema da estrutura atômica. É aí que surge a mecânica quântica, para explicar de forma mais satisfatória a estrutura atômica.

*Créditos da imagem: Antonio Abrignani e Shutterstock

Quando um elétron salta de uma camada mais externa para uma mais interna libera energia?

O que o elétron libera ao saltar de uma camada para outra?

O que ocorre quando um elétron salta de um nível de maior energia para um de menor energia?

Quando o núcleo recebe energia salta para um nível mais externo?