O ÁTOMO DE BOHR: APROXIMANDO FÍSICA E QUÍMICA

## O ÁTOMO DE BOHR: APROXIMANDO FÍSICA E QUÍMICA

## * Janessa Aline Zappe 1 , Carla Moraes Rodrigues , Inés Prieto Schmidt 2 Sauerwein 3

## Resumo

O presente trabalho descreve uma atividade experimental - Teste de chama desenvolvida com alunos do 1º ano do Ensino Médio de uma escola particular da região central do Rio Grande do Sul. A atividade foi elaborada pelas professoras das disciplinas de Física e Química, com o intuito de relacionar os conceitos químicos e físicos para explicar os resultados obtidos na experimentação. Considerando que a ênfase foi dada ao modelo atômico de Bohr, não se pode deixar de mencionar que este modelo foi elaborado a fim de explicar a constituição da matéria, contemplando os fenômenos que não poderiam ser explicados utilizando o modelo atômico de Rutherford. Desta forma, foram abordados com os alunos as mudanças de pensamento, bem como uma apresentação da evolução histórica do conceito e modelo de átomo, esclarecendo das ideias de Demócrito até os fundamentos propostos pelo modelo atômico atual. Já com relação aos conceitos de Física, foram estudados os conceitos de radiação e espectro eletromagnético, mantendo o foco na explicação das cores obtidas no teste de chamas. Através deste trabalho, mostra-se a importância de um trabalho interdisciplinar para o processo de construção do conhecimento em sala de aula.

Palavras-chave : Modelos atômicos, interdisciplinaridade, Modelo de Bohr, Física, Química.

## Introdução

Física e Química são disciplinas que normalmente os alunos apresentam dificuldades expressivas. Ao mesmo tempo, muitos são os conceitos destas disciplinas que estão interrelacionados.

Através deste trabalho, apresenta-se uma proposta de atividade interdisciplinar entre Química e Física envolvendo o experimento - Teste de chama. Primeiramente, serão apresentados pressupostos sobre a constituição da matéria, abrangendo o átomo de Bohr, conceitos de radiação e espectro eletromagnético. Também será explicada a proposta e o experimento feito pelos alunos, enfatizando a importância da interdisciplinaridade, vista como 'uma nova atitude diante da questão do conhecimento, de abertura à compreensão de aspectos ocultos do ato de aprender e dos aparentemente expressos, colocando-os em questão' (Fazenda, 2001, p.180), para a construção do conhecimento em sala de aula.

Cabe ressaltar que o tema do trabalho foi proposto pelos alunos de uma turma do 1º do ensino médio, quando instigados a pesquisar algum assunto para ser

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apresentado na feira de ciências da escola. Com a escolha do tema pelos alunos, ocorreu a ideia, por parte das professoras de Física e Química, de orientá-lo de forma interdisciplinar, justamente pelo caráter unificador do experimento - Teste de chama. Este caráter reflete-se no fato de ser necessária a junção dos conceitos químicos e físicos para a explicação do experimento.

Desta forma o trabalho propõe-se a demonstrar aos alunos do Ensino Médio alguns aspectos do desenvolvimento histórico do conhecimento científico, fazendo com que os mesmos percebam que a Ciência faz parte de um processo de busca pelo conhecimento. Além disso, o presente trabalho busca desenvolver nos alunos a capacidade de relacionar conceitos de diferentes disciplinas para a explicação de fenômenos.

## Dividindo o indivisível

Dois mil e quinhentos anos - este é o período de tempo que faz desde que o homem começou a se questionar sobre a constituição da matéria. A primeira explicação foi o monismo, corrente filosófica que considera todas as coisas formadas por um elemento primordial. Enquanto Tales de Mileto (624-546 a.C.), o primeiro filósofo monista, acredita ser a água o elemento primordial, outros filósofos consideravam o fogo, a terra, o ar e até uma determinada espécie de semente como elementos primordiais. Devido a dificuldades de aceitação, o monismo deu lugar ao pluralismo, para o qual a matéria é composta por um pequeno número de elementos: a água, o fogo, a terra e o ar, ou ainda o frio, o quente, o seco e o úmido (BASSALO, 1980a; CARUSO e OGURI, 1997).

Enquanto isso, os filósofos gregos Leucipo de Mileto (~460-~370 a.C.) e seu discípulo Demócrito de Abdera (~470-~380 a.C.) acreditavam que a matéria era composta por partículas invisíveis e indivisíveis: o átomo (em grego, indivisível). O conceito de átomo foi retomado apenas em 1808, quando o químico inglês John Dalton (1766-1844) utilizou a palavra para fundamentar uma teoria científica e elaborou o primeiro modelo atômico. Este modelo estava de acordo com as leis de Proust e Lavoisier, já conhecidas na época, e foi inserido juntamente o conceito de elemento químico, afirmando que átomos do mesmo elemento químico eram idênticos entre si. Acreditava-se que diversos átomos pudessem se combinar, originando diferentes espécies de matéria. Portanto, o átomo seria análogo a uma bola de bilhar e a matéria seria uma miniatura de doce de sagu (OSTERMANN, 1999).

O fato de alguns fenômenos como, por exemplo, a eletricidade não serem explicados por este modelo fez com que no final do século XIX, o físico inglês Joseph John Thomson (1856-1940) dividisse o átomo, descobrindo através de experimentos a primeira partícula subatômica: o elétron.

Na mesma época que Sigmund Freud (1856-1939) apresentava sua teoria psicanalítica ao mundo, Thomson desenvolveu o modelo atômico conhecido como pudim de ameixas, no qual o átomo seria uma esfera carregada positivamente com alguns elétrons, de carga negativa, submersos (SILVA e NATTI, 2007).

O modelo atômico de Thomson não vigorou por muito tempo. Utilizando as radiações alfa emitidas pelo elemento químico Polônio e finas folhas de ouro, Ernest Rutherford (1871-1937) descobriu que algumas partículas atravessavam as folhas em linha reta, enquanto outras eram espalhadas ou desviadas. Estes desvios iam contra ao modelo do pudim de passas, e em 1911, Rutherford retomou o modelo

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planetário sugerido anteriormente pelo japonês Hantaro Nagaoka, considerando que o átomo era composto por um pequeníssimo núcleo, contendo a carga positiva e a maior parte da massa no centro e por elétrons, que estavam distribuídos ao redor do núcleo. Outros acontecimentos importantes desta época foram a descoberta da radioatividade, em 1890, que atualmente funciona como fonte de energia e para a cura de doenças, e a descoberta de partículas positivas no átomo pelo físico francês Jean Baptiste Perrin (1870-1942), posteriormente denominadas prótons (BASSALO, 1980b; OSTERMANN, 1999).

Entretanto, como se questionava a estabilidade do átomo, em 1913 o físico dinamarquês Niels Henrik David Bohr (1885-1962), com base nos estudos dos físicos alemães Max Planck e Albert Einstein, utilizou a quantização das órbitas dos elétrons, considerando que estas partículas giram ao redor do núcleo em órbitas circulares (estados estacionários) e não liberam energia. Quando um elétron passa de uma órbita para outra, emite ou absorve energia e esse fenômeno pode ser observado diariamente através de testes de chama, fogos de artifício, lâmpadas e bioluminescência.

A frequência da radiação emitida é calculada por:

<!-- formula-not-decoded -->

Em que E Δ é a diferença de energia entre os dois estados e h é a Constante de Planck.

Considerando a energia do estado fundamental 1 E como sendo aproximadamente -13,54 eV, para o átomo de Hidrogênio, a energia para os estados estacionários podem ser calculadas por:

<!-- formula-not-decoded -->

Em que cada inteiro n identifica uma particular órbita ou um estado estacionário do átomo. Segundo o Grupo de Ensino de Física da Universidade Federal de Santa Maria (GEFUFSM), disponível em http://www.ufsm.br/gef/Moderna/moderna08.pdf, a figura 1, a seguir representa, em escala, as seis órbitas mais próximas do núcleo para um átomo de um elétron segundo o modelo de Bohr.

Figura 1 - Órbitas possíveis para o modelo de Bohr

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Já a figura 2, disponível em http://www.ufsm.br/gef/Moderna/moderna08.pdf, demonstra o diagramas de níveis de energia para o átomo de Hidrogênio no modelo

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de Bohr. Nesta figura as setas verticais representam as transições entre níveis de energia do átomo.

Figura 2 - Diagrama de níveis de energia

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Como a radiação eletromagnética liberada desloca-se, em relação a determinado referencial, com velocidade de módulo igual ao módulo da velocidade da luz, tem -se:

<!-- formula-not-decoded -->

Em que c é o módulo da velocidade da luz, λ o comprimento de onda e f a frequência da radiação.

Podendo-se determinar a frequência da radiação por:

<!-- formula-not-decoded -->

E sabendo - se s m c 8 10 3 × = , pode-se determinar o comprimento de onda e assim analisar a cor no espectro eletromagnético, conforme a figura 3, da radiação emitida.

Figura 3 - Espectro Eletromagnético

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Atualmente, após diversas pesquisas, considera-se que prótons, nêutrons e elétrons sejam formados por quarks e léptons, e que existam cerca de 60 partículas subatômicas. Portanto, o átomo seria composto por dezenas de partículas nucleares e por uma núvem de elétrons, distribuídas em órbitas nas quais não se tem certeza de onde estão os elétrons, mas onde há maior probabilidade de eles estarem.

Uma aproximação ao modelo atual está representada na figura 4, a seguir.

Figura 4 - Modelo atual de átomo (Tolentino-Neto, 2011).

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É importante considerar que o crescente número de pesquisas relacionadas à constituição da matéria evidenciam o processo contínuo de construção do conhecimento científico, com a superação de paradigmas e a divisão do até então 'indivisível'.

## A aproximação das disciplinas

Através desse trabalho, descreve-se uma aula experimental - Teste de chama - feita com alunos do 1º ano do Ensino Médio de uma escola particular da região central do Rio Grande do Sul.

O experimento escolhido envolve conceitos das disciplinas de Química e Física, visto que a evolução dos modelos atômicos é um tópico estudado na disciplina de Química. Já os conceitos de radiação e espectro eletromagnético são abordados na disciplina de Física. A partir daí, os professores das referidas disciplinas se uniram a fim de envolver os alunos numa explicação mais completa do observado experimentalmente.

Para Carlos (2007) a interdisciplinaridade pressupõe:

- (...) uma organização, uma articulação voluntária e coordenada das ações disciplinares orientadas por um interesse comum. Nesse ponto de vista, a interdisciplinaridade só vale a pena se for uma maneira eficaz de se atingir metas educacionais previamente estabelecidas e compartilhadas pelos membros da unidade escolar (CARLOS, p.164, 2007).

Desta forma justifica-se a característica interdisciplinar do trabalho aqui descrito, pois através do estudo do modelo de Bohr e a consequente explicação das cores obtidas no teste de chamas, que constituiu-se como objetivo comum do trabalho, ocorreu a articulação dos saberes e a junção das disciplinas de Física e Química.

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Neste momento cabe uma reflexão sobre a interdisciplinaridade na escola.

Quando a escola se abre para um novo olhar para a educação que ministra, a possibilidade de elaborar um projeto interdisciplinar começa a tomar forma, tornando-se mais concreta. A interdisciplinaridade passa, então, a não ser mais vista como a negação da disciplina. Ao contrário, é justamente na disciplina que ela nasce. Muito mais que destruir as barreiras que existem entre uma e outra, a interdisciplinaridade propõe sua superação. Uma superação que se realiza por meio do diálogo entre as pessoas que tornam a disciplina um movimento de constante reflexão, criação - ação. Ação que depende, antes de tudo, da atitude das pessoas. É nelas que habita - ou não - uma ação, um projeto interdisciplinar (Fazenda, p. 94, 2008).

Portanto, a interdisciplinaridade é uma atitude diferente a fim de superar as fragmentações disciplinares. Para existir atitudes interdisciplinares, é necessário o diálogo entre os professores, além do ato de refletir sobre as atividades desenvolvidas.

## O experimento do Teste de Chamas

É importante considerar que os alunos envolvidos estudaram, primeiramente, tópicos sobre a constituição da matéria nas aulas de Química, como: Conceito de modelo; Ideias de Demócrito e Leucipo; Modelo atômico de Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr. Para o estudo destes tópicos, foram utilizados como recursos didáticos apresentação em projetor multimídia, vídeos e pesquisa na internet.

Para a execução do experimento, foi necessário três béqueres, três bastões de vidro, três garras de madeira com clipe na extremidade, bico de Bunsen, água destilada, três espátulas, os sais cloreto de sódio, sulfato de cobre, cloreto de cálcio.

Primeiramente, preparou-se cerca de 50 mL de solução dos sais, adicionando cerca de uma espátula de cada sal no béquer, completando com água destilada e usando o bastão de vidro para dissolução. Nesta etapa, deve-se ter bastante atenção a fim de que não ocorra a mistura dos sais.

Após o preparo das soluções, o clipe preso ao bastão de madeira foi molhado com a solução de determinado sal e levado à chama do bico de Bunsen. Observouse a cor da chama. Da mesma forma, procedeu-se para as demais soluções. Os resultados desses experimentos podem ser vistos na figura 5 a seguir:

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Figura 5 - Fotos do experimento de Teste de Chama para o cloreto de cálcio e sulfato de cobre, respectivamente.

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Na figura 5, é mostrado os alunos colocando os clipes com as soluções de de cloreto de cálcio e sulfato de cobre, respectivamente, na chama, resultando em chamas de cor vermelha e verde azulada.

Os alunos fizeram o experimento adequadamente, interagiram entre si dialogando sobre os possíveis resultados dos sais estudados. Após o teste de chama do primeiro sal, eles ficaram curiosos para saber a cor da chama para o próximo sal a ser utilizado.

A explicação do fenômeno aconteceu a partir da comparação das transições ocorridas para se observar o fenômeno da cor com as transições que ocorrem com o átomo de hidrogênio.

## Considerações finais

O trabalho interdisciplinar é uma possibilidade que deveria estar mais presente nas escolas. Através do diálogo entre os professores e a superação das barreiras disciplinares, os alunos conseguem ter uma visão mais ampla do processo de construção do conhecimento científico, como pode ser observado nos alunos participantes desta pesquisa.

Ações como as descritas no trabalho demonstram aos alunos que o conhecimento não se faz de forma repentina e individual. Além disso, o mesmo demonstra que formas de cooperação agregam valor ao processo de ensino e aprendizagem.

## Referências

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BASSALO, J. M. F. Do átomo-filosófico de Leucipo ao átomo-científico de Dalton. Revista Brasileira de Ensino de Física , São Paulo, v. 2, n. 2, p. 70-76, jun. 1980a.

BASSALO, J. M. F. As partículas constituintes do átomo. Revista Brasileira de Ensino de Física, São Paulo, v. 2, n. 3, p. 58-65, set. 1980b.

CARUSO, F.; OGURI, V. A eterna busca do indivisível: do átomo filosófico aos quarks e léptons. Química Nova , São Paulo, v. 20, n. 3, p. 324-334, 1997.

CARLOS, J. G. Interdisciplinaridade no Ensino Médio: desafio e potencialidades . Brasília: UnB, 2007. 172 p. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências, Universidade de Brasília, Brasília, 2007.

FAZENDA, I (Org.). Dicionário em construção: interidisciplinaridade . 2. ed. São Paulo: Cortez, 2001.

\_\_\_\_\_ (Org.). O que é interdisciplinaridade? São Paulo: Cortez, 2008.

Grupo de Ensino de Física. Modelo Atômico de Bohr. Disponível em: www.ufsm.br/gef/Moderna/moderna08.pdf. Acesso em: 25 de julho de 2012.

SILVA, C.O.; NATTI, P.L. Modelo de quarks e sistema multiquarks. Revista Brasileira de Ensino de Física ; São Paulo, v. 29, n. 2, p. 175-187, 2007.

OSTERMANN, F. Um texto para professores do Ensino Médio sobre Partículas Elementares. Revista Brasileira de Ensino de Física . São Paulo, v. 21, n. 3, p. 415-436, set. 1999.

TOLENTINO-NETO, L. C. B. . A superação das metáforas. QUANTA , São Paulo, p. 36 - 39, 01 set. 2011

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