1452-1519, Leonardo da Vinci, Itália. Polímata, foi uma das figuras mais importantes do Alto Renascimento, que se destacou como cientista, matemático, engenheiro, inventor, anatomista, pintor, escultor, arquiteto, botânico, poeta e músico. É ainda conhecido como o percursor da aviação e da balística. Leonardo frequentemente foi descrito como o arquétipo do homem do Renascimento, alguém cuja curiosidade insaciável era igualada apenas pela sua capacidade de invenção. É considerado um dos maiores pintores de todos os tempos e como possivelmente a pessoa dotada de talentos mais diversos a ter vivido. Segundo a historiadora de arte Helen Gardner, a profundidade e o alcance de seus interesses não tiveram precedentes e "sua mente e personalidade parecem sobre-humanos para nós, e o homem em si [nos parece] misterioso e distante".

1473-1543, Nicolau Copérnico, Polônia. Astrônomo e matemático polonês que desenvolveu a teoria heliocêntrica do Sistema Solar. Foi também cónego da Igreja Católica, governador e administrador, jurista, astrônomo e médico. Sua teoria do Heliocentrismo, que colocou o Sol como o centro do Sistema Solar, contrariando a então vigente Teoria Geocêntrica (que considerava a Terra como o centro), é considerada como uma das mais importantes hipóteses científicas de todos os tempos, tendo constituído o ponto de partida da astronomia.

1493-1541, Paracelso, Suíça. O suíço Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus Von Hohenheim, mais conhecido como Paracelso, era um conhecedor multifacetado. Ele estudou e escreveu sobre medicina e química, mas também sobre misticismo e filosofia. Foram as suas contribuições que iniciaram o processo de transformação da alquimia em química moderna. “Paracelso entendia a química como chave para a compreensão do universo”, explica o professor de história da ciência da USP Paulo Porto. E por isso sempre foi muito criticado. Quando jovem viajou pela Europa e Oriente Médio curando doentes. Mais tarde ganhou inimigos por todos os lados, quando, como professor, convidou o povo para uma aula aberta e queimou livros da medicina clássica em praça pública - um absurdo para a época. O cientista conhecia muito bem a alquimia e por isso identificou problemas na ciência clássica. Foi pioneiro ao dar à medicina princípios de uma filosofia química. Pela primeira vez, utilizou-se de remédios químicos e compostos metálicos dos alquimistas para criar tratamentos para diversas doenças como, por exemplo, a quimioterapia (com enxofre, cobre e mercúrio). A observação da natureza fez que com ele entendesse que a análise em laboratório da matéria era forma de se obter conhecimento.

1555-1616, Andreas Libavius, Alemanha. Médico e químico alemão, trabalhou como professor em Ilmenau, Jena. Em 1597, escreveu o primeiro livro sistemático de química, Alchemia, principalmente de operações químicas como, por exemplo, o preparo de diversos ácidos ácidos fortes. Algumas de suas obras foram publicadas sob o pseudônimo de Basilius de Varna.

1564-1642, Galileu Galilei, Itália. Físico, matemático, astrônomo e filósofo florentino, foi personalidade fundamental na revolução científica. Filho mais velho dos sete de seus pais, viveu grande parte de sua vida entre Pisa e Florença. Desenvolveu os primeiros estudos sistemáticos do movimento uniformemente acelerado e do movimento do pêndulo. Descobriu a lei dos corpos e enunciou o princípio da inércia e o conceito de referencial inercial, ideias precursoras da mecânica newtoniana. Galileu melhorou significativamente o telescópio refrator e com ele descobriu as manchas solares, as montanhas da Lua, as fases de Vénus, quatro dos satélites de Júpiter, os anéis de Saturno, as estrelas da Via Láctea. Estas descobertas contribuíram decisivamente na defesa do heliocentrismo. Contudo a principal contribuição de Galileu foi para o método científico, pois a ciência assentava numa metodologia aristotélica. O físico desenvolveu ainda vários instrumentos como a balança hidrostática, um tipo de compasso geométrico que permitia medir ângulos e áreas, o termômetro de Galileu e o precursor do relógio de pêndulo. O método empírico, defendido por Galileu, constitui um corte com o método aristotélico mais abstrato utilizado nessa época, devido a isto Galileu é considerado como o "pai da ciência moderna".

1579-1644, Jan Baptist Van Helmont, Bélgica. Químico e bioquímico, também era médico e fisiologista. Assim como Paracelso, estudou a magia e a ciência tradicional, mas, diferente do seu anterior, valorizou muito mais o trabalho experimental e quantitativo do que a filosofia. Rejeitou o que se conhecia anteriormente por elementos da matéria - Aristóteles definiu quatro (ar, terra, fogo e água) e, Paracelso, três (sal, enxofre e mercúrio). Para ele, a matéria constituía apenas de ar e a água. A partir daí, constatou que a fumaça de combustão não era similar ao ar e ao vapor de água, como se acreditava anteriormente. Acabou nomeando essas fumaças de gás e passou a considerar a existência de gases no ar e nas reações químicas. Investigou e classificou um grande número de gases, tais como o dióxido de carbono, monóxido de carbono, entre outros, originados de águas termais, da queima de carvão, da fermentação e das erupções das minas.

1596-1650, Renê Descartes, França. Renê Descartes demonstrou como a matemática poderia ser utilizada para descrever as formas e as medidas dos corpos, inventou a geometria analítica e desenvolveu o raciocínio matemático baseado, principalmente, na lógica dedutiva, em que nós partimos de uma verdade para encontrarmos outras verdades, ou seja, que uma verdade é consequência da outra. Discurso sobre o método, de 1636, é sua obra mais famosa, na qual procura nos convencer que o raciocínio matemático deveria servir de modelo para o pensamento filosófico e para todas as ciências. Uma das frases mais célebres da história do pensamento filosófico é: "Penso, logo existo". Ele acreditava que dessa verdade ninguém poderia duvidar.

1627-1691, Robert Boyle, Inglaterra. Com formação tradicional, o inglês, filho de Conde, deixou a filosofia para se dedicar à experimentação, ao construir um laboratório na sua casa em Sailbridge. Em 1664, chegou a Oxford, aonde produziu a maioria de seus trabalhos, dedicando-se também à física. Dando continuidade aos estudos de Helmont, publicou sobre a dilatação dos gases em The Septical Chymist (1661), diferenciando pela primeira vez a alquimia da química, ao definir, ainda que vagamente, os modernos conceitos de átomo e molécula. Ficou muito famoso também com a publicação de uma lista com 24 avanços científicos para a humanidade que aconteceriam futuramente. Ele previu, entre outros, submarinos, aviões, luz elétrica, modificação genética, transplantes de órgãos e a capacidade das cirurgias de prolongar a vida.

1643-1727, Isaac Newton, Inglaterra. Astrônomo, alquimista, filósofo natural, teólogo e cientista inglês, mais reconhecido como físico e matemático. Sua obra Princípios Matemáticos da Filosofia Natural é considerada uma das mais influentes na história da ciência. Publicada em 1687, esta obra descreve a lei da gravitação universal e as três leis de Newton, que fundamentaram a mecânica clássica. Ao demonstrar a consistência que havia entre o sistema por si idealizado e as leis de Kepler do movimento dos planetas, foi o primeiro a demonstrar que os movimentos de objetos, tanto na Terra como em outros corpos celestes, são governados pelo mesmo conjunto de leis naturais. O poder unificador e profético de suas leis era centrado na revolução científica, no avanço do heliocentrismo e na difundida noção de que a investigação racional pode revelar o funcionamento mais intrínseco da natureza. Newton construiu o primeiro telescópio refletor operacional e desenvolveu a teoria das cores baseada na observação de que um prisma decompõe a luz branca em várias cores do espectro visível. Ele também formulou uma lei empírica de resfriamento e estudou a velocidade do som. Além de seu trabalho em cálculo infinitesimal, como matemático Newton contribuiu para o estudo das séries de potências, generalizou o teorema binomial para expoentes não inteiros e desenvolveu o método de Newton para a aproximação das raízes de uma função, além de muitas outras contribuições importantes. Newton também dedicou muito de seu tempo ao estudo da alquimia e da cronologia bíblica, mas a maior parte de seu trabalho nessas áreas permaneceu não publicada até muito tempo depois de sua morte. Em uma pesquisa promovida pela Royal Society, Newton foi considerado o cientista que causou maior impacto na história da ciência.[2] De personalidade sóbria, fechada e solitária, para ele a função da ciência era descobrir leis universais e enunciá-las de forma precisa e racional.[3]

1659-1734, Georg Ernst Stahl, Alemanha. Médico e químico alemão, Stahl ficou conhecido principalmente pela criação da Teoria do Flogismo, publicada no livro "Os Fundamentos da Química". Baseando-se nos trabalhos de Johann Joachim Becher, ele chegou à conclusão de que quando um mineral ou metal fosse muito aquecido, ele entrava em combustão, liberava uma substância chamada de flogisto, sofria corrosão e perdia sua capacidade de combustão. Com isso, o químico começava a explicar os diversos efeitos envolvidos da combustão, ainda que não de maneira completamente correta. Seu estudo foi extremamente importante para o entendimento de processos biológicos como a fermentação, respiração e putrefação.

1736-1813, Joseph Louis Lagrange, Itália. Nascido como Giuseppe Lodovico Lagrangia (Turim, 25 de janeiro de — Paris, 10 de abril de ) foi um matemático italiano. O pai de Lagrange havia sido tesoureiro de guerra da Sardenha, tendo se casado com Marie-Thérèse Gros, filha de um rico físico. Foi o único de dez irmãos que sobreviveu à infância. Napoleão Bonaparte fez dele senador, conde do império e grande oficial da Legião de Honra.

1749-1827, Pierre-Simon, Marquês de Laplace, França. Matemático, astrônomo e físico francês, que organizou a astronomia matemática, resumindo e ampliando o trabalho de seus predecessores nos cinco volumes do seu Mécanique Céleste (Mecânica celeste) (1799-1825). Esta obra-prima traduziu o estudo geométrico da mecânica clássica usada por Isaac Newton para um estudo baseado em cálculo, conhecido como mecânica física.[1] Foi eleito membro da Royal Society em 1789. Ele também formulou a equação de Laplace. A transformada de Laplace aparece em todos os ramos da física matemática — campo em cuja formação teve um papel principal. O operador diferencial de Laplace, do qual depende muito a matemática aplicada, também recebe seu nome. Ele se tornou conde do Império em 1806 e foi nomeado marquês em 1817, depois da restauração dos Bourbons.

1743-1794, Antoine Lavoisier, França. A famosa frase “na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma” é a definição do químico francês para sua teoria de conservação da matéria. Ele descobriu que a combustão de uma matéria só acontece com o oxigênio (elemento que identificou e classificou), derrubando a teoria do alemão Stahl. Junto com Claude-Louis Berthollet, publicou o estudo "Método de Nomenclatura Química", propondo uma reforma na linguagem da química. Desvendou a composição química da água: dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Além disso, com o clássico “Tratado Elementar da Química”, separou definitivamente a química da alquimia. A sua mania de sempre pesar na balança tudo o que analisava levou-o a descobrir que a soma das massas dos reagentes é igual a massa do produto de uma reação e criar a Lei de Conservação das Massas.

1766-1844, John Dalton, Inglaterra. Químico, meteorologista e físico britânico, foi um dos primeiros cientistas a defender que a matéria é feita de pequenas partículas, os átomos. É também um dos pioneiros na meteorologia, iniciando suas observações em 1787 com instrumentos confeccionados por ele mesmo e publicando, seis anos mais tarde, o livro Meteorological Observations and Essays (Observações e Ensaios Meteorológicos), um dos primeiros concernentes à ciência meteorológica. Suas observações experimentais permitiram-lhe elaborar teorias sobre o vapor d'água e misturas de gases, apresentando em 1801 sua lei das pressões parciais: em uma mistura de gases, cada componente exerce a mesma pressão como se estivesse solitária no recipiente que a contém. Dalton concluiu que toda a matéria, não apenas gases, deve se consistir de diminutas partículas. Reviveu, assim, a antiga teoria atômica e elaborou a primeira tabela de pesos atômicos, anunciando seus resultados em 1803. Ao fim de sua vida, sua teoria atômica estava amplamente difundida entre a comunidade química e reconhecida pelo rei da Inglaterra com a Medalha Real.

1805-1865, William Rowan Hamilton, Irlanda. Matemático, físico e astrônomo irlandês. Contribuiu com trabalhos fundamentais ao desenvolvimento da óptica, dinâmica e álgebra. A sua descoberta mais importante em matemática é a dos quaterniões. Em física é muito conhecido pelo seu trabalho em mecânica analítica, que veio a ser influente nas áreas da mecânica quântica e da teoria quântica de campos. Em sua homenagem são designados os hamiltonianos, por ele inventados.

1834-1907, Dimitri Mendeleev, Rússia. O químico russo tinha uma personalidade muito forte, por isso só conseguia trabalhar sozinho. Criou um laboratório improvisado em seu apartamento, aonde fez descobertas importantes sobre estruturas atômicas, valência (capacidade de um átomo de se combinar com outros) e propriedades dos gases. Quando ele descobriu que as propriedades dos átomos decorriam de sua massa, criou uma tabela com 63 quadrados, cada qual com o símbolo de um elemento, sua massa atômica e suas propriedades físicas e químicas; e foram agrupados em ordem crescende de suas massas. Era a primeira versão da tabela periódica. A classificação de Mendeleev tinha ainda espaços em branco, o que indica que ele previa a descoberta de novos elementos.

Na evolução da história da química vários modelos foram propostos ao longo do tempo.

Modelo de Dalton

Ideias sobre a constituição da matéria (o átomo) surgiram na Grécia antiga, por volta de 450 a.C., a partir, principalmente, de Demócrito e Leucipo. No entanto, o átomo só recebeu de fato um caráter científico a partir da chamada Teoria Atômica de Dalton.

A Teoria Atômica de Dalton foi fundamental para o desenvolvimento do conhecimento atômico, pois serviu de base para que outros cientistas conhecessem o átomo e suas características.

John Dalton, químico por formação, nasceu no condado de Cumbria, Inglaterra, em 1766 e faleceu na cidade de Manchester, em 1844. Sua vida foi destinada desde cedo à pesquisa científica e ao magistério, tanto que lecionou ou contribuiu para o desenvolvimento de diversas áreas do conhecimento.

Seu maior legado como cientista, no entanto, foi o desenvolvimento da primeira teoria atômica. Foi por meio de vários experimentos relacionados com a mistura de gases e do conhecimento dos trabalhos propostos por Lavoisier que surgiu a teoria atômica de Dalton em 1808.

Postulados da teoria atômica de Dalton

A teoria atômica de Dalton foi baseada em experimentos, mas nenhum desses experimentos conseguiu revelar o átomo claramente. Por isso, Dalton denominava o átomo como a menor parte da matéria.

A teoria de Dalton apresenta muito mais postulados do que comprovações. Veja alguns deles:

• Os átomos são maciços e apresentam forma esférica (semelhantes a uma bola de bilhar);

• Os átomos são indivisíveis;

• Os átomos são indestrutíveis;

• Um elemento químico é um conjunto de átomos com as mesmas propriedades (tamanho e massa);

• Os átomos de diferentes elementos químicos apresentam propriedades diferentes uns dos outros;

• O peso relativo de dois átomos pode ser utilizado para diferenciá-los;

• Uma substância química composta é formada pela mesma combinação de diferentes tipos de átomos;

• Substâncias químicas diferentes são formadas pela combinação de átomos diferentes.

Representações do modelo atômico de Dalton

Dalton nomeou o seu modelo atômico de bola de bilhar e, por isso, passou a representar os átomos dos elementos conhecidos em sua época por meio de símbolos esféricos.

Átomos representados segundo a teoria atômica de Dalton

Cada representação atômica que apresenta um detalhe específico indica um elemento químico diferente. Didaticamente os livros e exercícios de nível fundamental e médio representam os átomos apenas por esferas com cores diferentes.

Representação didática dos átomos

Contribuições da teoria atômica de Dalton

Compreensão da Lei da conservação da massa de Lavoisier

O químico francês Lavoisier afirmou, em 1785, que “em uma reação química massa se conserva porque não ocorre criação nem destruição de átomos ”. A teoria atômica de Dalton comprovou esse fato, já que um dos seus postulados afirma que o átomo é indestrutível.

Sendo assim, se realizarmos a combustão do carvão (C) na presença de gás oxigênio (O₂), teremos uma reação química entre um átomo de carbono e dois átomos de oxigênio. Essa reação formará o gás carbônico (CO₂), que possui exatamente os mesmos átomos que compunham as substâncias antes da reação.

Representação da Lei de Lavoisier pelo modelo atômico de Dalton

Compreensão das substâncias simples

Utilizando o modelo atômico de Dalton, podemos compreender uma substância simples, isto é, aquela que possui átomos de mesma característica formando uma molécula. Logo, temos átomos pertencentes a um mesmo elemento químico.

Na substância F₂, por exemplo, temos dois átomos de flúor, por isso, devemos utilizar dois tipos de átomos iguais na representação segundo a teoria atômica de Dalton.

Representação de substância simples segundo o modelo atômico de Dalton

Compreensão das substâncias compostas

Em uma substância composta, temos átomos de características diferentes formando a molécula. Logo, temos elementos químicos diferentes formando a substância.

A substância H₂O, por exemplo, apresenta três átomos: dois de hidrogênio e um de oxigênio. Veja sua representação segunda o modleo atômico de Dalton:

Representação de uma substância composta segundo o pelo modelo atômico de Dalton

Compreensão das misturas

A compreensão de uma mistura (união de duas ou mais substâncias diferentes) por intermédio da teoria atômica de Dalton é simples: basta colocarmos duas moléculas diferentes em um mesmo recipiente.

Representação de uma mistura segundo o modelo atômico de Dalton

Outras contribuições científicas de John Dalton:

• Introduziu o conceito de massa atômica;

• Formulou a lei das pressões parciais dos gases (Lei de Dalton);

• Descobriu a deficiência visual denominada de daltonismo;

• Estudou o comportamento de vapores e gases em diferentes temperaturas;

• Descobriu que todos os gases expandem-se (procuram ocupar um determinado local) no espaço da mesma forma.

Modelo de Thomson

O Modelo Atômico de Thomson foi o primeiro a realizar a divisibilidade do átomo. Ao pesquisar sobre raios catódicos, o físico inglês propôs esse modelo que ficou conhecido como o modelo pudim de ameixa.

Ele demonstrou que esses raios podiam ser interpretados como sendo um feixe de partículas carregadas de energia elétrica negativa.

Em 1887, Thomson sugeriu que os elétrons eram um constituinte universal da matéria. Ele apresentou as primeiras ideias relativas à estrutura interna dos átomos.

Thomson indicava que os átomos deviam ser constituídos de cargas elétricas positivas e negativas distribuídas uniformemente.

Ele descobriu essa mínima partícula e assim estabeleceu a teoria da natureza elétrica da matéria. Concluiu que os elétrons eram constituintes de todos os tipos de matéria, pois observou que a relação carga/massa do elétron era a mesma para qualquer gás empregado em suas experiências.

Em 1897, Thomson tornou-se reconhecido como o pai do elétron.

Modelo de Rutherford

Em 1911, o físico neozelandês Rutherford colocou uma folha de ouro bastante fina dentro de uma câmara metálica. Seu objetivo era analisar a trajetória de partículas alfa a partir do obstáculo criado pela folha de ouro.

Nesse ensaio de Rutherford, observou que algumas partículas ficavam totalmente bloqueadas e outras partículas, que não eram afetadas, ultrapassavam a folha sofrendo desvios. Segundo ele, esse comportamento podia ser explicados graças às forças de repulsão elétrica entre essas partículas.

Pelas observações, afirmou que o átomo era nucleado e sua parte positiva se concentrava num volume extremamente pequeno, que seria o próprio núcleo.

O Modelo Atômico de Rutherford, conhecido como modelo planetário, corresponde a um sistema planetário em miniatura, no qual os elétrons se movem em órbitas circulares, ao redor do núcleo.

Modelo de Rutherford – Bohr

O modelo apresentado por Rutherford foi aperfeiçoado por Bohr. Por esse motivo, o aspecto da estrutura atômica de Bohr também é chamada de Modelo Atômico de Bohr ou Modelo Atômico de Rutherford-Bohr.

A teoria do físico dinamarquês Niels Bohr estabeleceu as seguintes concepções atômicas:

1. Os elétrons que giram ao redor do núcleo não giram ao acaso, mas descrevem órbitas determinadas.
2. O átomo é incrivelmente pequeno, mesmo assim a maior parte do átomo é espaço vazio. O diâmetro do núcleo atômico é cerca de cem mil vezes menor que o átomo todo. Os elétrons giram tão depressa que parecem tomar todo o espaço.
3. Quando a eletricidade passa através do átomo, o elétron pula para a órbita maior e seguinte, voltando depois à sua órbita usual.
4. Quando os elétrons saltam de uma órbita para a outra resulta luz. Bohr conseguiu prever os comprimentos de onda a partir da constituição do átomo e do salto dos elétrons de uma órbita para a outra.

Modelo de Sommerfeld

O modelo atômico de Rutherford-Bohr explicava de maneira satisfatória o comportamento do elétron no átomo de hidrogênio. Cientistas, ao tentar replicar a teoria nos elementos que possuíam mais elétrons, encontraram discrepâncias entre o postulado teórico e a realidade obtida nos espectros de emissão.

Os espectros de emissão de átomos com mais elétrons apresentavam uma singularidade: eram formados por um conjunto de linhas. A este conjunto denominou-se espectro de raia e a análise dos mesmos permitiu aos cientistas concluir que, uma vez excitados, elétrons de uma mesma camada apresentam comportamento espectral semelhante. Eles também intuíram sobre o nível de energia das camadas onde os elétrons circulavam, pois as linhas de uma raia apresentavam-se muito próximas, especulavam-se próximos os valores de energia. 

Arnold. J. W. Sommerfeld, em 1916, interpretou espectros com múltiplas linhas justapostas e segundo ele, as camadas enunciadas por Bohr (K, L, M, N...) eram constituídas por subcamadas, de órbitas elípticas e de diferentes momentos angulares, conforme exibe a figura a seguir.

Modelo atômico de Sommerfeld (sem escala e em cores – fantasia)

As órbitas elípticas de Sommerfeld indicaram um segundo número quântico, denominado número quântico secundário (l).

Este número quântico secundário, definido pela equação l = n – 1 descreveria as subcamadas de energia e por consequência, seu momento angular.

Para a camada M (n=3) teremos para o valor do número quântico secundário l = 2.

Conforme se observa na figura acima, teremos para a camada M três órbitas possíveis (0, 1 e 2), sendo a órbita de maior valor a mais arredondada e onde o elétron possuirá o maior nível de energia.

A proposta de Sommerfeld conseguira, através da instituição do segundo número quântico, explicar como os espectros de emissão apresentavam o fenômeno de linhas múltiplas nas raias espectrais.

Segundo este modelo, as múltiplas linhas seriam os subníveis de energia que compõem o nível ou camada de energia e estes subníveis foram caracterizados como “s”, “p”, “d” e “f”, derivados de conceitos relativos à espectroscopia.

Sommerfeld, ao manter preceitos do modelo de Bohr, determinou intacta a natureza quântica do elétron.

Os subníveis de energia explicavam a existência de espectros compostos por linhas justapostas, embora ainda se mantivessem dúvidas acerca de espectros obtidos sob a ação de intensos campos magnéticos.

Sob a ação de campos magnéticos, o espectro se decompõe, exibindo novas bandas espectrais.

Para explicar o surgimento destas bandas, foi proposto que o elétron reagiria ao campo magnético acumulando determinado valor de energia e isso alteraria o seu momento magnético. Tal proposição permitiu a determinação do terceiro número quântico, o número quântico magnético (ml).

A análise dos espectros finos da primeira série de Balmer apontou a existência de duas linhas muito próximas. Foi proposto para este comportamento o quarto número quântico, o número quântico de spin (ms).

Sendo o elétron uma partícula que possui um eixo imaginário, o mesmo executaria movimento de rotação sobre o mesmo, girando (spin) em dois sentidos: o paralelo e o antiparalelo.

Esta concepção levou ao princípio de exclusão enunciado por Wolfgang Pauli, que indica não existir, em um mesmo átomo, dois elétrons iguais. 

O físico francês Louis de Broglie, já em meados da década de 1920 afirmara que o elétron apresentaria a natureza “onda-partícula”, o que acabou por permitir a evolução do modelo Sommerfeld – Bohr.