[F] Série EFQ- Capítulo 7- Experiências de Geiger e Marsden – Descoberta do Núcleo Atômico


E aí pessoal, tudo bem? Peço desculpas por alguns atrasos na publicação. Bem, voltando ao assunto, no post anterior vimos brevemente o modelo de Thomson, onde, a partir da descoberta de uma subpartícula atômica (elétron),pôde elaborar seu modelo: o átomo era uma massa de carga positiva e os elétrons, de carga negativa, ficavam “encrustados” nessa massa. Esse modelo apresentava vários problemas, como estabilidade, entre outros. Mas a sua importância é a de que apresentou uma quebra no pensamento que havia até então. Com isso, muitos outros grupos de pesquisa se empenharam em estudar melhor os átomos, e,  com as precisões experimentais melhorando rapidamente, através de experimentos mais refinados, em pouco tempo tivemos muitas descobertas. Vejamos algumas dessas descobertas:

Ernest Rutherford

Na mesma época que Thomson propôs seu modelo, H. Geiger e E. Marsden realizavam experiências com bombardeamento de Partículas Alfa em lâminas metálicas delgadas. H. Geiger e E. Marsden eram alunos do professor Ernest Rutherford na universidade de Manchester. Mas o que são Partículas Alfa?

A Partícula Alfa  provém de um decaimento radioativo (conhecido como Decaimento Alfa). Ela é igual a um núcleo atômico de Hélio, que por sua vez, contém em seu interior dois prótons e dois nêutrons. A diferença entre a particula alfa e o átomo de hélio é que na Emissão Alfa ela tem dois elétrons retirados de sua eletrosfera. Portanto, a Partícula Alfa tem carga positiva +2 (em unidades atômicas de carga) e 4 unidades de massa atômica.

Em poucas palavras, Partícula Alfa é o átomo de Hélio sem os elétrons em “alta” velocidade.

Essas Partículas Alfa podiam ser observadas graças a cintilações que produziam quando se chocavam em uma tela de Sulfeto de Zinco.

Montou-se então um experimento relativamente simples.Uma fonte de Partículas Alfa bombardeava uma finíssima placa de ouro com uma tela de sulfeto de zinco atrás, que registrava os choques das partículas. Como na figura abaixo:

Pelo modelo de Thomson, esperava-se que uma pequena parte dessas partículas atravessasse a lâmina de ouro e a imensa maioria seria refletida, devendo ter um grande ângulo de espalhamento.

Parece estranho em um primeiro momento, mas, utilizando a Mecânica de Newton, bem conhecida na época, é possível fazer essa previsão. Como não são cálculos tão simples, não vou entrar em detalhes. Abaixo segue um pequeno vídeo sobre o experimento:

Com esse experimento, puderam concluir que apenas uma pequena fração das partículas emitidas era desviada com um ângulo igual ou superior a π/2 (90°), quando atravessava uma lâmina de ouro de cerca de 4.000 Å de espessura (0,00000000001 metros).
Nessa época era conhecida uma lei de distribuição desses espalhamentos feita para o modelo de Thomson (como vimos acima, o que era esperado ocorrer segundo o modelo). E essa lei não estava de acordo com os dados experimentais obtidos pelo grupo de Rutherford.

Rutherford admitiu que esses desvios eram gerados pela colisão das Partículas Alfa com os átomos.

Mas o número de partículas desviadas era muito menor do que o resultado esperado para o modelo de Thomson (muito menor mesmo). Então Rutherford concluiu que deveria existir apenas uma pequena região do átomo, onde o campo elétrico, devido às cargas positivas, fosse excepcionalmente elevado, o que  ocasionava os desvios. Logo os devios, relativamente raros, seriam produzidos pela passagem de algumas Partículas Alfa por essa região.

Após uma série de calculos , Rutherford concluiu e foi demonstrado experimentalmente, que a carga positiva nao estava distribuida no átomo como previa o modelo de Thomson, mas sim em uma pequena região de dimensão da ordem de 10⁻¹² cm (0,0000000000000001 metros).  Descobriu-se então o NÚCLEO ATÔMICO , ou seja, é descoberto mais um elemento subatomico, o núcleo.

Em 1925, Rutherford e Chadwick, com partículas alfas, cuja a fonte ja chegava a alguns MeV (Mega eletron-Volts( -Unidade de energia-), fizeram as primeiras estimativas do tamanho do núcleo atômico. Eles verificaram que para tamanhos menores de 10⁻¹² cm cm o espalhamento nao obedecia mais o modelo de Rutherford para o espalhamento (a colisão das partículas alfas com a placa de ouro constitui um fenomeno na física conhecido como espalhamento). Essa foi a primeira evidencia de forças de curto alcance (que não era a eletromagnética): as forças nucleares (vamos falar delas mais tarde).

A partir dessas evidencias Rutherford monta seu modelo atômico. Esse modelo tambem foi de enrome importancia para a evolução da física, inclusive surge uma nova área de estudo dentro da física: a física nuclear.

O modelo de Rutherford , também é conhecido como modelo planetário, pois existe um pequeno núcleo no centro e os elétrons estão girando em  “órbita”.

Bem pessoal, por hoje ficamos por aqui. O modelo de Rutherford parece maravilhoso a primeira vista, mas natureza costuma ser bem mais “sacana”. Já era conhecido, desde o final do século XIX que uma carga acelerada emite radiação (e um eletron girando esta acelerado -aceleração centrípeta- e tem carga) portanto o eletron perderia energia na forma de radiação e fazendo uma trajetória espiral, cairia no núcleo.Ou seja, não existiaria universo ou materia estável. E se fizermos os calculos, vemos que este tempo seria extremamente curto. Portanto o modelo de Rutherford deveria ser modificado. E a solução para esse problemas vai nos levar a abandonar a mecânica Clássica… Estamos a porta de mais uma revolução na física: O nascimento da Mecânica Quantica. Mas isso á é tema para um outro post.

Boa semana galera….

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