Por que as chamas mudaram de cor explique utilizando o modelo atômico de Böhr?

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.

O teste de chama é feito colocando-se vários sais de elementos diferentes sob uma chama azul. Nesse experimento observa-se a emissão de luzes coloridas.

Quando submetemos diferentes sais inorgânicos à chama do bico de Bunsen observa-se a formação de chamas de cores diferentes. Por que isso acontece? Que sais podemos utilizar? Como realizar esse experimento?

Veja cada um desses aspectos a seguir:

Para realizar esse experimento você precisará de:

Materiais e reagentes:

• Fonte de calor que tenha chama azul, de preferência um bico de Bunsen, mas pode ser também uma lamparina a álcool ou a chama de um fogão;

• Fósforos;

• Fio de níquel-cromo (pode ser conseguido em lojas de materiais elétricos ou em arames de resistências de chuveiros. Se não conseguir, no texto será explicado outras formas em que se pode usar no lugar desse fio palitos de churrasco e algodão);

• Pregador de roupas ou pinça de madeira (se for possível prender o fio de níquel-cromo);

• Sais diversos, tais como sais de lítio, de cobre, de cálcio, de estrôncio e de sódio. Alguns exemplos de sais são: cloreto de lítio (LiCl), cloreto de bário (BaCl2), cloreto de sódio – sal de cozinha (NaCl), sulfato de cobre (CuSO4), cloreto de cálcio (CaCl2), cloreto de potássio (KCl) etc.;

• Solução de ácido clorídrico a 1% em um béquer;

• Esponja de aço;

• Água destilada.

Procedimento experimental:

1. Antes de iniciar o experimento, limpe bem o fio de níquel-cromo com a esponja de aço e em água corrente. Depois de seco, prenda-o num cabo de madeira ou segure-o com o pregador;

2. Ligue o bico de Bunsen;

3. Faça uma pequena volta na ponta do fio de níquel-cromo e o mergulhe na solução de ácido clorídrico;

4. Pegue um pouco de um dos sais com a ponta do fio e coloque-a na chama;

5. Observe e anote o que aconteceu com a cor da chama;

6. Limpe o fio de níquel-cromo com a esponja de aço e água corrente;

7. Passe-o pelo ácido e repita o processo para todos os sais.

Outra forma de realizar esse processo é fazendo soluções de cada um dos sais. Depois se mergulha um palito de churrasco com algodão na ponta, que é, então, levado para a chama. Nesse caso, é importante trocar o algodão para cada solução de sal diferente.

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Outra possibilidade é colocar cada uma dessas soluções em algum borrifador. Assim, é só borrifar a solução sobre a chama.

Resultados e Discussão:

A cor observada em cada chama é característica do elemento presente na substância aquecida. Por exemplo, ao se colocar o cloreto de sódio, sal de cozinha, na chama, a luz emitida é de um amarelo bem intenso, quando colocamos o sulfato de cobre, a luz emitida é de cor verde e o cloreto de cálcio emite uma luz vermelha.

Isso acontece porque cada elemento é formado por um átomo diferente, pois as suas camadas eletrônicas possuem valores de energia bem definidos, segundo o modelo atômico estabelecido por Böhr. Quanto mais distante do núcleo, maior é a energia do nível eletrônico.

Quando aquecemos o sal, ocorre o seguinte: o elétron absorve energia e salta para um nível mais externo, de maior energia. Dizemos que o elétron realizou um salto quântico e que está em um estado excitado. Porém, esse estado é instável e logo ele retorna para a sua órbita anterior, mas quando o elétron salta de um nível até outro que seja mais próximo do núcleo, ele libera energia. Essa liberação ocorre na forma de luz visível.

As cores são ondas eletromagnéticas, cada uma com um comprimento de onda diferente e que ficam na região do visível. Isso é demonstrado também quando o gás de algum elemento químico passa por um prisma e gera um espectro descontínuo, com raias ou bandas luminosas coloridas. Cada elemento apresenta um espectro diferente e constante.

Como os átomos de cada elemento possuem órbitas com níveis de energia diferentes, a luz liberada em cada caso será em um comprimento de onda também diferente, o que corresponde a cada cor.

Esse fenômeno foi empregado pelos chineses no século X para a criação dos fogos de artifício. Quando explodem, eles emitem uma luz de coloração branca, mas ao se acrescentar diferentes sais na sua composição, são obtidas as diversas cores que pintam os céus e fornecem um espetáculo maravilhoso.

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química

Por Jennifer Rocha Vargas Fogaça

Por que as chamas mudaram de cor explique utilizando o modelo atômico de Bohr?

Porque ocorre a mudança de cor da chama?

O que o modelo de Bohr explica?

Como é possível explicar o fenômeno segundo o modelo atômico de Bohr?