Exercícios sobre modelos atômicos para o ENEM e vestibulares (gabarito explicado)
Modelos atômicos são fundamentais para entender como experimentos sucessivos transformaram antigas ideias em teorias mais precisas.
Nesta lista de exercícios, você vai revisar as principais características de cada modelo e suas evidências experimentais. As questões, voltadas para ENEM e vestibulares, contam com gabarito explicado para auxiliar na fixação do conteúdo.
Questão 1
O filósofo grego Demócrito (século V a.C.) propôs que a matéria seria formada por partículas indivisíveis, chamadas de átomos. Essa ideia permaneceu especulativa por mais de dois milênios, até que no século XIX, experimentos com gases e reações químicas retomaram a noção de atomicidade. No entanto, foi apenas no final do século XIX e início do século XX que experimentos com descargas elétricas em tubos de raios catódicos e com materiais radioativos revelaram que o átomo não era a menor partícula da matéria.
Com base na evolução histórica do modelo atômico, qual foi a principal evidência experimental que demonstrou a existência de partículas subatômicas menores que o átomo?
a) A observação de que os gases se combinam em proporções volumétricas fixas, conforme demonstrado por Gay-Lussac.
b) A descoberta de que o átomo de hidrogênio era o mais leve de todos os elementos, servindo como unidade de massa.
c) O fato de que os raios catódicos eram desviados por campos elétricos e magnéticos, indicando a presença de partículas com carga negativa.
d) A percepção de que os elementos químicos poderiam ser organizados em ordem crescente de massa atômica, como na Tabela Periódica de Mendeleev.
Resposta: alternativa C
A descoberta do elétron por J.J. Thomson (1897) foi o marco experimental que comprovou a existência de partículas subatômicas.
Utilizando tubos de raios catódicos, Thomson observou que os raios (que eram emitidos do cátodo em direção ao ânodo) eram desviados por campos elétricos e magnéticos, o que indicava que eram constituídos por partículas carregadas negativamente. Ele conseguiu medir a relação carga/massa dessas partículas, posteriormente chamadas de elétrons.
As outras alternativas descrevem contribuições importantes para a química (lei das proporções volumétricas, massas atômicas relativas, tabela periódica), mas não forneceram a evidência direta da subdivisão do átomo.
Questão 2
O modelo atômico proposto por Ernest Rutherford (1911), conhecido como modelo planetário ou modelo nuclear, foi resultado do famoso experimento da lâmina de ouro. Nesse experimento, uma finíssima folha de ouro foi bombardeada com partículas alfa (partículas positivas emitidas por materiais radioativos). A maioria das partículas alfa atravessava a lâmina sem sofrer desvio, mas uma pequena fração era desviada em grandes ângulos ou até mesmo refletida.
A interpretação de Rutherford para os resultados desse experimento levou à conclusão de que o átomo apresenta:
a) uma eletrosfera homogênea e densa, com os elétrons distribuídos uniformemente em uma nuvem de carga positiva.
b) um núcleo extremamente pequeno, denso e de carga positiva, ocupando uma fração mínima do volume atômico.
c) uma estrutura maciça e indivisível, sem espaços vazios, como uma esfera compacta.
d) níveis de energia quantizados, nos quais os elétrons se movem em órbitas circulares sem emitir radiação.
Resposta: alternativa B
O experimento de Rutherford mostrou que a maioria das partículas alfa atravessava a lâmina (indicando grande espaçamento entre os átomos e grande vazio dentro do átomo), mas algumas eram desviadas ou refletidas. Isso só seria possível se houvesse uma pequena região de carga positiva muito densa (o núcleo) capaz de repelir as partículas alfa positivas.
A alternativa A descreve o modelo de Thomson; a C, o modelo de Dalton; a D, o modelo de Bohr.
Questão 3
O modelo atômico de Niels Bohr (1913) foi proposto para explicar um fenômeno que os modelos anteriores não conseguiam justificar: o espectro de emissão do hidrogênio. Ao aquecer o gás hidrogênio, observa-se a emissão de luz em comprimentos de onda específicos (linhas discretas), e não em um espectro contínuo. Bohr propôs que os elétrons se movem em órbitas circulares ao redor do núcleo, com energias bem definidas e quantizadas.
Uma das principais inovações do modelo de Bohr foi:
a) introduzir a ideia de que os elétrons estão incrustados em uma esfera de carga positiva, como passas em um pudim.
b) estabelecer que os elétrons podem ocupar apenas certos níveis de energia permitidos, saltando de um nível para outro ao absorver ou emitir fótons.
c) demonstrar experimentalmente a existência do nêutron, partícula nuclear sem carga elétrica.
d) propor que o átomo é formado por um núcleo pequeno e denso, com elétrons girando ao redor em órbitas elípticas.
Resposta: alternativa B
A grande contribuição de Bohr foi a quantização da energia dos elétrons. Ele postulou que os elétrons não podiam ocupar qualquer órbita ao redor do núcleo, apenas aquelas com valores específicos de energia (níveis quantizados).
Quando um elétron absorve energia, salta para um nível mais energético (estado excitado); quando retorna ao nível original (estado fundamental), emite um fóton com energia exatamente igual à diferença entre os níveis, explicando as linhas discretas no espectro.
A alternativa A é o modelo de Thomson; a C foi descoberta por Chadwick; a D foi uma modificação posterior (modelo de Sommerfeld).
Questão 4
A física quântica revolucionou a compreensão da estrutura atômica ao substituir a ideia de órbitas definidas por regiões de probabilidade. No modelo atual, baseado na equação de Schrödinger, não se pode determinar com precisão a trajetória de um elétron, mas sim a probabilidade de encontrá-lo em determinada região ao redor do núcleo. Essas regiões são chamadas de orbitais atômicos, que podem ter formas diferentes (esférica, em halteres, etc.).
Um estudante, ao comparar o modelo de Bohr com o modelo da mecânica quântica, afirmou corretamente que a principal diferença entre eles é que:
a) no modelo de Bohr, os elétrons são considerados partículas com massa, enquanto no modelo quântico, são tratados como ondas estacionárias.
b) no modelo de Bohr, os elétrons emitem radiação continuamente e acabam caindo no núcleo, enquanto no modelo quântico isso não ocorre.
c) no modelo de Bohr, o elétron é uma partícula com posição e momento perfeitamente determináveis, enquanto no modelo quântico vigora o Princípio da Incerteza.
d) no modelo de Bohr, os elétrons ocupam orbitais com formas geométricas definidas, enquanto no modelo quântico ocupam órbitas circulares fixas.
Resposta: alternativa C
O Princípio da Incerteza de Heisenberg (1927) estabelece que não é possível determinar simultaneamente e com precisão arbitrária a posição e o momento (ou velocidade) de um elétron. O modelo de Bohr, por outro lado, assumia órbitas circulares bem definidas, o que implicaria conhecimento simultâneo de posição e momento — algo incompatível com a mecânica quântica.
A alternativa A é imprecisa: ambos os modelos tratam o elétron como partícula, mas o modelo quântico introduz a dualidade onda-partícula.
A alternativa B descreve uma limitação do modelo clássico que Bohr resolveu com a quantização.
A alternativa D inverte os conceitos: órbitas circulares são do modelo de Bohr; orbitais (regiões de probabilidade) são do modelo quântico.
Questão 5
A descoberta do nêutron, por James Chadwick em 1932, foi fundamental para explicar a diferença entre o número de massa e o número atômico dos elementos. Antes dessa descoberta, acreditava-se que o núcleo atômico fosse composto apenas por prótons e elétrons, o que gerava inconsistências, como a impossibilidade de explicar o spin nuclear de certos isótopos. Com a identificação do nêutron, ficou claro que o núcleo é formado por prótons (carga positiva) e nêutrons (carga neutra).
Considerando o contexto histórico e as propriedades nucleares, é correto afirmar que a existência do nêutron permitiu explicar:
a) por que os elétrons não caem no núcleo, já que os nêutrons exercem uma força de repulsão sobre eles.
b) a estabilidade de alguns isótopos em relação a outros, uma vez que a presença de nêutrons adicionais contribui para a força nuclear forte que mantém o núcleo coeso.
c) a eletrização por atrito, já que os nêutrons podem ser transferidos entre diferentes materiais quando em contato.
d) a formação de ligações covalentes, pois os nêutrons são responsáveis pela atração entre os núcleos de átomos diferentes.
Resposta: alternativa B
A força nuclear forte é responsável por manter prótons e nêutrons unidos no núcleo, vencendo a repulsão eletrostática entre os prótons. Os nêutrons, sendo neutros, não contribuem para a repulsão, mas participam da atração nuclear forte. A presença de nêutrons adicionais pode aumentar a coesão nuclear e a estabilidade do núcleo, explicando por que alguns isótopos são estáveis e outros são radioativos.
As alternativas A, C e D são incorretas: os nêutrons não repelem elétrons, não são transferidos na eletrização (carga elétrica envolve elétrons) e não participam diretamente das ligações covalentes.
Questão 6
Um professor de química propôs aos alunos a seguinte situação-problema: "Suponha que um átomo de hidrogênio no estado fundamental absorva um fóton com energia exatamente igual à diferença entre o primeiro e o segundo níveis de energia (n=1 → n=2). Após um curto intervalo de tempo, o elétron retorna ao nível original, emitindo um fóton de mesma energia. Esse comportamento é uma consequência direta do modelo atômico proposto por Niels Bohr."
Em relação à situação descrita, qual dos seguintes fenômenos observáveis na prática está diretamente relacionado a esse comportamento eletrônico?
a) A formação de íons quando átomos neutros ganham ou perdem elétrons.
b) A condução de eletricidade em metais, devido à mobilidade dos elétrons livres.
c) A emissão de luz com comprimentos de onda específicos por gases aquecidos (espectros de emissão).
d) A difração de elétrons ao passarem por uma fenda dupla, demonstrando sua natureza ondulatória.
Resposta: alternativa C
O fenômeno descrito (absorção e emissão de fótons com energias específicas quando elétrons saltam entre níveis quantizados) é a base dos espectros de emissão atômicos. Cada elemento tem um padrão único de linhas espectrais porque seus níveis de energia são característicos.
A alternativa A está relacionada à formação de íons, explicada pela perda ou ganho de elétrons, mas não diretamente pelo salto quântico de Bohr.
A alternativa B refere-se à condução em metais, explicada pelo modelo do mar de elétrons.
A alternativa D refere-se à dualidade onda-partícula, demonstrada por Davisson e Germer.
Questão 7
A tabela abaixo apresenta as principais características de quatro modelos atômicos históricos:
| Modelo | Principais características |
| I | Átomo maciço, indivisível, indestrutível. Cada elemento tem átomos com propriedades específicas. |
| II | Átomo formado por uma esfera de carga positiva uniforme, com elétrons incrustados (modelo do pudim de passas). |
| III | Átomo com um núcleo pequeno, denso e positivo, rodeado por elétrons em órbitas circulares (modelo planetário). |
| IV | Átomo com elétrons em órbitas quantizadas (níveis de energia) e que saltam entre essas órbitas ao absorver ou emitir energia. |
Um estudante afirmou que o modelo IV incorpora características do modelo III e acrescenta a novidade da quantização da energia. Considerando a evolução histórica dos modelos atômicos, é correto afirmar que:
a) o modelo II foi o primeiro a propor a existência de partículas subatômicas, o que representou um avanço significativo em relação ao modelo I.
b) o modelo III foi proposto antes do modelo II, mas foi rapidamente substituído por não explicar a estabilidade atômica.
c) o modelo IV, proposto por Rutherford, resolveu a questão da estabilidade eletrônica ao introduzir a ideia de órbitas elípticas.
d) o modelo I, de Dalton, foi o único que não utilizou evidências experimentais, sendo puramente especulativo.
Resposta: alternativa A
Analisando a evolução histórica:
Modelo I (Dalton, 1808): Átomo indivisível. Baseado em evidências experimentais indiretas (Leis Ponderais), não era puramente especulativo (a alternativa D é falsa).
Modelo II (Thomson, 1897): Primeiro modelo a incorporar partículas subatômicas (elétrons), com base em experimentos com raios catódicos. Foi um grande avanço em relação ao modelo de Dalton.
Modelo III (Rutherford, 1911): Baseado no experimento da lâmina de ouro. Veio depois de Thomson, não antes (alternativa B falsa).
Modelo IV (Bohr, 1913): Incorpora a quantização da energia aos núcleo + eletrosfera de Rutherford, resolvendo o problema da estabilidade e explicando os espectros atômicos. Não foi proposto por Rutherford (alternativa C falsa).
Portanto, apenas a alternativa A está correta.
Questão 8
O modelo atômico de Rutherford-Bohr, embora tenha sido um grande avanço para a época, apresentava limitações. Entre elas, destacavam-se a incapacidade de explicar os espectros de átomos com mais de um elétron (átomos multieletrônicos) e o efeito Zeeman (desdobramento de linhas espectrais na presença de um campo magnético). Essas limitações foram superadas com o desenvolvimento da mecânica quântica, que introduziu novos conceitos, como os números quânticos e os orbitais atômicos.
Sobre os números quânticos e sua relação com o modelo atômico atual, é correto afirmar que:
a) o número quântico principal (n) indica a forma do orbital atômico e pode assumir valores inteiros a partir de 1.
b) o número quântico azimutal (l) está relacionado à energia total do elétron e à sua distância média do núcleo.
c) o número quântico magnético (mₗ) descreve a orientação espacial do orbital e seus valores variam de -l a +l, incluindo o zero.
d) o número quântico de spin (mₛ) foi introduzido por Bohr para explicar a estabilidade do átomo de hidrogênio.
Resposta: alternativa C
Vamos analisar cada alternativa:
A: Incorreta. O número quântico principal (n) indica o nível de energia e a distância média do elétron ao núcleo, não a forma do orbital. A forma é dada pelo número quântico azimutal (l).
B: Incorreta. O número quântico azimutal (l) está relacionado à forma do orbital (e ao momento angular), não diretamente à energia total. Em átomos multieletrônicos, tanto n quanto l influenciam a energia.
C: Correta. O número quântico magnético (mₗ) determina a orientação do orbital no espaço. Seus valores possíveis são inteiros de -l até +l, incluindo o zero. Por exemplo, para l=1 (subnível p), mₗ = -1, 0, +1, correspondendo aos orbitais px, py e pz.
D: Incorreta. O número quântico de spin (mₛ = +1/2 ou -1/2) foi introduzido posteriormente por Uhlenbeck e Goudsmit (1925) para explicar o desdobramento de linhas espectrais em campos magnéticos (efeito Zeeman anômalo). Não foi proposto por Bohr.
Para estudar mais: Modelos atômicos: quais são e qual é o atual.
Faça mais questões sobre modelos atômicos (com respostas explicadas).
ALVES, Gustavo. Exercícios sobre modelos atômicos para o ENEM e vestibulares (gabarito explicado). Toda Matéria, [s.d.]. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/exercicios-sobre-modelos-atomicos-para-o-enem-e-vestibulares-gabarito-explicado/. Acesso em:
