História do Átomo

## História do Átomo

## Guilherme Oliveira¹, Deividi Marcio Marques , Silvia Martins 2 3

- ¹ Universidade Federal de Uberlândia (UFU), guil.a.oliveira12@gmail.com

2 Universidade Federal de Uberlândia (UFU), deividi@ufu.br

- 3 Universidade Federal de Uberlândia (UFU), smartins@ufu.br

Resumo: Sabendo da importância dos átomos e da mecânica quântica, preparamos uma mostra sobre a história do átomo, trazendo discussões sobre as concepções alternativas presentes nos materiais didáticos de química e uma possível proposta para introduzir o ensino de mecânica quântica e a interdisciplinaridade entre física e química. A mostra traz os principais modelos trabalhados no ensino médio: Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr, e introduzindo brevemente a descrição da mecânica quântica, apresentando os orbitais descritos pela solução da Equação de Schrödinger. Foram elaborados protótipos dos modelos atômicos e de alguns experimentos, buscando discutir as características de cada modelo. Além disso, preparamos uma breve bibliografia de cada autor e a descrição dos experimentos e modelos. Apresentamos também um pouco do formalismo matemático presente em cada modelo, buscando discutir os diferentes aspectos das teorias. Durante a mostra, percebemos que os visitantes perceberam que alguns dos conceitos que traziam sobre o tema não estavam totalmente de acordo com a história de cada modelo atômico, permitindo uma discussão mais ampla sobre os mecanismos da ciência. Muitos visitantes não sabiam da existência de um trabalho matemático relacionado a cada modelo, evidenciando a imagem extremamente simplificada do processo de construção do conhecimento. Além disso, como a apresentação dos modelos atômicos, em livros didáticos, vai até o modelo de Bohr, boa parte dos visitantes não conheciam as descrições da mecânica quântica e a relação com os orbitais atômicos.

Palavras chaves: História do átomo, modelo atômico, mostra.

## INTRODUÇÃO

Podemos afirmar que tudo o que nos rodeia é formado por átomo, e que estes por sua vez possuem massa e carga, que conseguimos aferir. E não para por aí. Hoje conseguimos também uma estimativa até do seu tamanho, ou melhor, do seu raio. Mas será que sempre foi assim? E como os conhecimentos foram organizados para as propostas do modelo atômico atual? Como os átomos são responsáveis por constituir tudo ao nosso redor, acreditamos que seja uma tarefa indispensável apresentar discussões sobre o assunto, para permitir uma melhor compreensão acerca dos modelos atômicos.

As diretrizes curriculares (MEC, 2013) defendem a interdisciplinaridade e a abordagem de mecânica quântica no ensino médio, o que são desafios para os pesquisadores na área de ensino de física e química. Será que teríamos como montar uma ação interdisciplinar, de química e física, abordando os modelos atômicos e, conseguindo ainda, introduzir conceitos de mecânica quântica? Nessa linha de pensamento, acreditamos que a história do átomo pode colaborar para a realização dessa ponte interdisciplinar entre a química e a física, além de ser uma opção para abordar a mecânica quântica.

Nesse cenário, o curso de Licenciatura em Física da Universidade Federal de Uberlândia possui uma disciplina 'Projeto Integrado de Práticas Educativas 5 (Pipe 5)', que tem como um dos objetivos a discussão de estratégia para o ensino de tópicos de física moderna e contemporânea (FMC) na educação básica. As estratégias para a inserção da FMC na escola básica foram discutidas e nas discussões concluiu-se que uma exposição com esse tema em um Museu de Ciências, seria uma abordagem com potencial para contribuir para a discussão desses temas, tanto na educação básica quanto para a população em geral, visto que temas como relatividade e mecânica quântica são bastante controversos quando discutidos pelo público leigo, por causa da pseudociência.

Entre as discussões, foi estabelecida e proposta uma exposição, na forma de uma atividade organizada com caráter de aprendizado descentralizada do educador focado no aprendiz e que não é desenvolvida com o objetivo avaliativo, certificada ou com um currículo definido, ou seja, atividade não formal (Marandino, M. 2008). Assim, foi proposta aos estudantes da disciplina, a elaboração de mostras temáticas, relacionadas aos conteúdos de FMC, que seriam avaliadas e, aquelas com potencial para tornarem-se mostras permanentes, posteriormente ampliadas e integradas às ações do museu Dica, do Instituto de Física (Infis) da Universidade Federal de Uberlândia (UFU).

O Museu Dica é um órgão complementar do Instituto de Física da UFU, onde a ciência, tecnologia e conhecimento são discutidos de uma maneira divertida relacionada com o cotidiano, que busca despertar o interesse pela ciência e despertar o pensamento crítico, de uma maneira divertida, num ambiente não forma de educação.

Assim, este artigo apresenta a experiência de proposta e implementação da mostra 'História do Átomo', que é uma das propostas apresentadas na disciplina Pipe 5. Esse tema foi incluído para a exposição (que contou também com mostras sobre mecânica quântica, relatividade, radioatividade e nanociência), por considerarmos que seja um tema integrador para a discussão desses tópicos, que integra temas pertinentes à Física e Química.

## A EXPOSIÇÃO: as Propostas e as Interações com o Público

Este trabalho apresenta o relato do processo de idealização e montagem de uma exposição sobre a história do Átomo. Assim segundo Van-Praet e Poucet (1992), a montagem de uma exposição deve considerar vários elementos, tais como: o lugar, o tempo e a importância dos objetos (1992, apoud Marandino, M. 2008 p 20). Essas considerações devem ser válidas, pois, o tempo que as pessoas passam em uma exposição normalmente é curto, então precisamos saber selecionar bem os objetos para que possam expor o conteúdo pretendido e ao mesmo tempo se preocupar com o preenchimento do local de uma maneira organizada e agradável.

Além disso, a linguagem, a forma com que os textos, as imagens e os objetos são apresentados é que darão sentido à exposição (Marandino, M. 2008 p 20). Uma vez que um conjunto de objetos por si só não representa uma exposição, e é importante considerar o contexto e os objetivos na idealização do mesmo.

Nesse cenário para a transposição museológica de um tema tão amplo como a história do átomo, buscamos não só apresentar os modelos com imagens e textos. Nossa intensão foi proporcionar uma interação com a exposição que permitisse ao público vivenciar as experiências de proposição dos modelos atômicos. Para isso utilizamos orbitais feitos em biscuit, modelos com isopor, e maquetes de experimentos.

Pensando numa aproximação do público com os personagens dessa história, como Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr organizamos quadros com breve histórico de cada um deles e cópias 'envelhecidas' de textos sobre os modelos (CARUSO, F. e OGURI, V. 2006).

Para a apresentação, organizamos a exposição como uma linha do tempo. Os modelos que trabalhamos foram: Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr e Schrödinger. Em função do curto tempo de preparação, não conseguimos trabalhar o modelo de Nagaoka e Sommerfield, e nem aprofundar em Schroedinger que ficaram como trabalhos futuros.

Assim, apresentaremos os objetos e conteúdo utilizados para a transposição museológica, buscando uma abordagem mais didática. Eles foram organizados em bancadas, que foram organizadas da seguinte maneira: Bancada 1 - Modelo de Dalton; Bancada 2 - Modelo de Thomson; Bancada 3 - Modelo de Rutherford e; Bancada 4 Modelo de Bohr e Schrödinger.

Em todas as bancadas, foram apresentados protótipos dos modelos e de experimentos relacionados, além disso, em um porta retrato foi colocada a biografia de cada autor. Para auxiliar nas discussões conceituais, todas as bancadas acompanhavam um banner explicativo.

## Bancada 1: Modelo de Dalton

A primeira bancada, figura 1A, estão os objetos que permitem discutirmos o modelo de Dalton. Construímos 10 átomos em biscuit mapeados pelo Dalton, para que tivesse uma maior interação com o público do que somente as imagens, em papel envelhecido estão o mapeamento de 20 átomos (Dalton J. 1808).

A interação do público ao passar por essa bancada mostrou que os objetos permitiram uma visualização mais completa do modelo apresentado e permitiu um olhar mais crítico para os livros didáticos, tanto em relação à profundidade do trabalho do Dalton, como pode ser observado no comentário de um dos visitantes: 'Não sabia que Dalton mapiou alguns átomos, e já possuía a noção de relação de tamanho entre um e outro' (visitante 1).

Além disso, houve também surpresas por parte do público a respeito do nome 'bola de bilhar', usado como analogia para esse modelo em livros de ensino médio (PERUZZO, T. M. CANTO, E. L. 1996). A exposição discute o fato de que esse nome não foi criado por Dalton (Dalton, J. 1808), como foi destacado pelo visitante 2: 'Pensei

que quando ele propôs o seu modelo ele mesmo já propôs a analogia para o publico mais leigo' (visitante 2).

Tivemos também sugestões para futuras ampliações da exposição, feitas por um professor de química que participou da visita: 'Poderiam citar Boyle, pois as definições de Dalton já haviam sido propostas por Boyle.'

Como essa sugestão já estava sendo considerada para trabalhos futuros, consideramos que esse comentário serviu para mostrar que esse é o caminho para o enriquecimento do trabalho e esclarecimento científico.

## Bancada 2: Modelo de Thomson

A segunda bancada estavam os objetos referente ao modelo de Thomson, figura 1B, representamos o experimento tubo de raios catódicos montado pelo Thomson, por meio de uma maquete. Durante a exposição, o público pareceu bastante familiarizado com este experimento. Acreditamos que seja por meio dos livros didáticos.

Durante a interação com o público, as relações de analogia preparadas para esse modelo (Modelo de 'Pudim de Passas') (ABRIL, 2014) foram bastante comentadas pelo público. Além disso, questões relacionadas à presença dos formalismos matemáticos foram destacados e essa bancada permitiu o aprendizado de conceitos novos acerca desse modelo e permitiu desmistificar a visão do público acerca desses modelo, como pode ser percebido nos relatos dos visitantes:

'Não sabia que possuía cargas no interior do modelo atômico proposto por Thonsom, e que para esse modelo não poderia existir um átomo com um único elétron e isso é confirmado por métodos matemáticos' (visitante 3).

'Então, não faz sentido falar que é um pudim de passas, pois, no seu interior possui carga, e no interior de um pudim não possui passas. Panetone também está equivocado, pois não existe panetone redondo' (visitante 4).

## Bancada 3: Modelo de Rutherford

A terceira bancada apresentou o modelo de Rutherford. Para a organização dos artefatos referente a esta bancada, figura 1C, construímos uma maquete ilustrando o experimento didático do espalhamento de partículas alfas de Rutherford.

O experimento ilustrado pelos livros didáticos (Santos, W. L. P. MÓL, G.S. MATSUNAGA, R. T et. Al. 2005) não foi o experimento realizado pelo Rutherford (MARQUES, D.M. 2006) causando uma dúvida como podemos observar no comentário do visitante 6: 'Quem fez esse experimento então? E como foi o experimento de Rutherford?' (visitante 5).

Desse modo, percebemos que as interações do público com essa bancada, permitiram a discussão de concepções alternativas sobre a realização desse experimento, evidenciando as ideias construídas pelas formas simplificatórias dos livros didáticos e, dessa forma, reforçando a importância da exposição.

Na parte final encontra-se o modelo de Bohr junto com Schrödinger (figura 1D), construímos uma maquete representando o átomo de Bohr, em biscuit montamos os orbitais descritos pela função de onda de Schrödinger. Uma breve bibliografia de Bohr foi exposta em um porta-retrato. A forma matemática do modelo foi representada em um banner (ZETILLI, N. 2009) em outro banner encontra-se a distribuição de Linus Pauling.

## Bancada 4: Modelo de Bohr e Schrödinger

Na parte final encontra-se o modelo de Bohr junto com Schrödinger (figura 1D), construímos uma maquete representando o átomo de Bohr, em biscuit montamos os orbitais descritos pela função de onda de Schrödinger.

Como já esperávamos, poucas pessoas sabiam que existiam modelos atômicos após Bohr, pois no currículo do ensino médio é esse o último átomo a ser apresentado, como ficou evidente após os comentários de muitos visitantes: 'Existe um modelo atômico pós Bohr ? '.

Essa visão mostra a necessidade de ampliar a exposição, discutindo a teoria de Schrödinger e abrindo caminho para uma discussão sobre mecânica quântica.

Figura 1: A. Bancada 1 - Modelo de Dalton; B. Bancada 2 - Modelo de Thomson; C. Bancada 3 -Modelo de Rutherford ; D. Bancada 4 - Modelo de Bohr e Schrödinger; E. Visão geral da exposição.

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## Considerações Finais

Durante a exposição fizemos algumas entrevistas com os visitantes e, com isso, fizemos alguns levantamentos do que a exposição colaborou com os conceitos prévios do publico e sugestões do que precisava ser melhorado.

A principal questão que conseguimos percebe na maior parte do publico tanto de ensino médio quanto superior foram as relações das analogias com os dos modelos como são expostos nos materiais didáticos, pudim de passas, bola de bilhar. Além disso, na primeira vista ninguém conseguiu descrever o verdadeiro experimento do Rutherford, achavam que o experimento ilustrados nos livros didáticos não foi montado

daquela maneira pelo Rutherford. Outro ponto que percebemos nas concepções dos visitantes, foi o desconhecimento para a fundamentação matemática, que em nossa opinião é muito importante ilustrar. Além de outros fatores, como o modelo de Thomson, não poder existir com um único elétron, pois seria instável.

Assim percebemos um impacto positivo para o público que frequentou a mostra. Pensamos então em realizar outras vezes para observamos se causaria impactos semelhantes.

Recebemos algumas sugestões que estamos trabalhando para ampliar e aprofundar a exposição, como a inserção de modelos poucos citados (exemplo: Nagaoka e Sommerfeld). O que se pensava de átomo antes de Dalton. A resolução do átomo de hidrogênio como proposto por Schrödinger, entre outros. São alguns pontos que estamos trabalhando para em exposições futuras. O desfecho desse trabalho será uma mostra permanente no museu Dica.

## Referências:

ABRIL, 2014. GUIA DO ESTUDANTE: QUíMICA VESTIBULAR + ENEM. São Paulo: Abril, 2014.

CARUSO, F. e OGURI, V. Física Moderna - Origens Clássicas e Fundamentos Quânticos, Ed. Campus, Rio de Janeiro, 2006.

DALTON, J. NEW SYSTEM of CHEMICAL PHILOSOPHY S. Russell, is 5t Oeanigate, FOR R. BICKERSTAFF, STRAND, LONDON, 1808.

MARANDINO, M. Educação em Museus: A Mediação em Foco. FEUSP, São Paulo, 2008.

MEC, 2013 Diretrizes Curriculares Nacionais Gerais da Educação Básica / Ministério da Educação. Secretaria de Educação Básica. Diretoria de Currículos e Educação Integral, Brasília: MEC, SEB, DICEI, 2013.

Santos, W. L. P. MÓL, G.S. MATSUNAGA, R. T et. Al. 2005. Química e Sociedade. Volume único, 1 ed. São Paulo: Nova Geração, 2009.

PERUZZO, Tito Miragaia; CANTO, Eduardo Leite do. Química: na abordagem do cotidiano. Volume único, 1 ed.São Paulo: Moderna, 1996.

ZETILLI, N. Quantum Mechanics: Concepts and Applications, WILLEY 2nd Edition, 2009.