Todo modelo não deve ser somente lógico, mas também consistente com a experiência. No século XVII, experiências demonstraram que o comportamento das substâncias era inconsistente com a idéia de matéria contínua e o modelo de Aristóteles desmoronou.
Em 1808, John Dalton, um professor inglês, propôs a idéia de que as propriedades da matéria podem ser explicadas em termos de comportamento de partículas finitas, unitárias. Dalton acreditou que o átomo seria a partícula elementar, a menor unidade de matéria. Surgiu assim o modelo de Dalton: átomos vistos como esferas minúsculas, rígidas e indestrutíveis. Todos os átomos de um elemento são idênticos.
Modelo de Thomson
O modelo atômico de Thomson (também conhecido como modelo do pudim de passas ou ainda como modelo do bolo de ameixa) é uma teoria sobre a estrutura atômica proposta por Joseph John Thomson, descobridor do electrão e da relaçao entre a carga e a massa do electrão, antes do descobrimento do protão ou do neutrão. Neste modelo, o átomo é composto de electrões embebidos numa sopa de carga positiva, como as passas num pudim. Acreditava-se que os electrões distribuiam-se uniformemente no átomo.Em outras oportunidades, postulava-se que no lugar de uma sopa de carga positiva seria uma núvem de carga positiva. O modelo de Thomson foi superado após a experiência de Rutherford, quando foi descoberto o núcleo do átomo, originando um novo modelo atômico conhecido como modelo atômico de Rutherford.
Modelo de Rutherford 
O modelo atômico de Rutherford, também conhecido como modelo planetário do átomo, é uma teoria sobre a estrutura do átomo proposta pelo físico neozelandês Ernest Rutherford, e está intimamente relacionado à experiência de Rutherford. Segundo esta teoria, o átomo teria um núcleo positivo, que seria muito pequeno em relação ao todo mas teria grande massa e, ao redor deste, os electrões, que descreveriam órbitas circulares em altas velocidades, para não serem atraídos e caírem sobre o núcleo. A eletrosfera - local onde se situam os electrões - seria cerca de dez mil vezes maior do que o núcleo atômico, e entre eles haveria um espaço vazio.A falha do modelo de Rutherford é mostrada pela teoria do electromagnetismo, de que toda partícula com carga elétrica submetida a uma aceleração origina a emissão de uma onda electromagnética. O electrão em seu movimento orbital está submetido a uma aceleração centrípeta e, portanto, emitirá energia na forma de onda eletromagnética.Essa emissão, pelo Princípio da conservação da energia, faria com que o electrão perdesse energia cinética e potencial, caindo progressivamente sobre o núcleo, fato que não ocorre na prática. Esta falha foi corrigida pelo Modelo atômico de Bohr.
Modelo de Bohr
Em 1913, pouco antes da Primeira Guerra Mundial, o físico Bohr propôs, com base em estudos feitos sobre o átomo de hidrogénio, um novo modelo atómico com algumas alterações ao modelo atómico de Rutherford.
Para o seu modelo, Bohr estabeleceu alguns postulados segundo os quais os electrões se movem em órbitas em torno do núcleo e apenas são permitidas as órbitas cujo momento angular seja um múltiplo de h/2, sendo h a constante de Planck, ou seja, órbitas circulares bem definidas e estáveis. Neste movimento, o electrão não perde energia e quando o electrão salta entre órbitas permitidas é emitida energia. Este salto origina a emissão de radiação, de frequência múltipla da diferença de energias das órbitas a dividir por h.
Um electrão pode passar de uma órbita para outra absorvendo ou emitindo radiação, conservando-se a energia no processo.
Bohr, tomou como ponto de partida para o desenvolvimento do seu modelo atómico o átomo mais simples, isto é, o de hidrogénio.
Admitiu que o átomo tinha uma estrutura nuclear, mas os electrões só poderiam girar em volta do núcleo em determinadas órbitas bem definidas e estáveis. Os electrões estariam condicionados a só poderem ocupar determinadas posições, às quais corresponderia uma quantidade de energia potencial bem definida, isto é, os electrões só poderiam ocupar determinados níveis de energia.
A teoria atómica de Bohr permitiu interpretar os espectros de emissão e de absorção.
Modelo da Nuvem Electrónica (actual)
O modelo atómico actual foi inicialmente pensado por Rutherford (Prémio Nobel da Química, 1919), em 1911, e introduz o conceito de núcleo atómico de dimensões desprezáveis, rodeado de electrões movendo-se a grande velocidade. O espaço, à volta do núcleo, em que os electrões se movem é a nuvem electrónica e possui dimensões muito maiores do que o núcleo. Num átomo simples, como o hidrogénio, ela não passa de uma esfera oca e pode ser representada graficamente por um conjunto de pontos, mostrando zonas mais condensadas, em que o electrão tem mais probabilidade de ser encontrado. No entanto, não é prático usar essa representação quando se trabalha com elementos de número atómico elevado, recorrendo-se vulgarmente a outros modelos.
Em 1913, Bohr aplicou ao modelo de Rutherford a teoria dos Quanta de Energia de Planck (Prémio Nobel da Física, em 1918), segundo a qual, a energia é absorvida ou libertada sempre em quantidades discretas ou descontínuas, como se de patamares se tratasse. Assim, os electrões assumem sempre valores energéticos predeterminados, cada valor corresponde a um nível ou orbital. Em 1916, Lewis contribuiu com a descoberta do número de valência dos gases nobres como sendo oito e apresentou um modelo atómico que englobava as teorias anteriores e explicava as regras das ligações moleculares. Mais tarde, o modelo ainda sofreu pequenas alterações e contribuições de outros cientistas mas ficou sempre ligado ao nome de Lewis.
Actualmente, o átomo é concebido como um núcleo rodeado de electrões movendo-se a grande velocidade em regiões circundantes, correspondentes a determinado valor energético, a que chamamos orbitais. A definição de orbital limita-a à região do espaço em que o electrão ou par de electrões pode ser encontrado 90 a 95% do tempo, modelando a forma da orbital. A distribuição dos electrões nas orbitais faz-se segundo regras próprias.
Conforme aumenta o número atómico, e o número de electrões a distribuir, a estrutura tende a complicar-se, havendo algumas excepções às regras.
A nuvem atómica é uma estrutura tridimensional que resulta da fusão das formas próprias das orbitais ocupadas e das suas interacções. Corresponde a uma porção do espaço, à volta do núcleo, onde os electrões se movem.
A estrutura electrónica do átomo é determinante no estudo químico por assumir importância na explicação do comportamento químico, desde a ligação molecular até ao mecanismo de processos químicos.
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