e seu modelo atômicoatômico
Em 1909, o inglês Ernest Marsden [1889-1970], um estudante de graduação
de Física, em Manchester, junto com o físico inglês Johannes Hans Wilhelm Geiger [1882-1945], estudando a interação da radioatividade com diferentes metais, observaram que algumas partículas alfa retornavam, enquanto a maioria atravessava os materiais.
Geiger e Marsden realizaram muitos experimentos e investigaram a quantidade relativa de reflexão, a partir de metais de espessura variável, e a fração de partículas alfa incidentes que eram refletidas. Em suas observações, puderam identificar que a maioria das partículas alfa atravessava as lâminas metálicas, quando estas eram muito finas, mas que uma quantidade muito pequena dessas partículas retornava com grandes ângulos de desvio, que poderia retornar na mesma direção de incidência das partículas alfa ou variar o desvio até 90º.
Rutherford, que trabalhava com os dois, ao tomar conhecimento desses resultados supôs que a deflexão com grande ângulo fosse devida a um único encontro atômico e que a possibilidade de um segundo encontro desse tipo, na maioria dos casos, deveria ser
extremamente pequena.
De acordo com o modelo atômico de Thomson, as deflexões seriam improváveis: sendo muito mais leves que as partículas alfa, os elétrons teriam tanta dificuldade para desviar suas trajetórias quanto bolas de gude para desviar balas de canhão.
Para perceber as possíveis deflexões, utilizou-se uma placa de material fosforescente que emite luz quando colidida pela radiação alfa. Dessa maneira, ao colocar uma fina lâmina de ouro entre a chapa fosforescente e o material radioativo, a luminosidade na chapa deveria cessar, pois a lâmina de ouro bloquearia a passagem da radiação.
Sob orientação de Rutherford, Hans Geiger e Ernest Marsden trabalharam no experimento deespalhamento de radiação alfaespalhamento de radiação alfa . Para isso, ficaram várias horas em um quarto escuro observando lampejos emi tidos por filmes de sulfeto de zinco quando atingidos por partículas alfa, que eram desviadas ao atravessar uma fina lâ mina de ouro. Esse experimento está representado esquematicamente acima.
amostra de amostra de polônio polônio bloco de bloco de chumbo chumbo radiação radiação alfa ( alfa (α)) luminosidade luminosidade chapa chapa fosforescente fosforescente partículas partículas refletidas refletidas partículas partículas defletidas defletidas partículas partículas defletidas defletidas lâmina lâmina de ouro de ouro
Esquema do experimento de Rutherford
Esquema do experimento de Rutherford J Y . u j i
Com base nas observações de Rutherford acima, responda: 1.
1. Qual a carga elétrica que poderia estar desviando a radiação alfa? Justifique sua resposta.
2.
2. Esta carga elétrica, que estaria desviando as radiações alfa, deveria ocupar uma grande área? Justifique sua resposta.
3.
3. Em que essas observações estão em desacordo com o modelo de Thomson?
Construção do Conhecimento
Construção do Conhecimento
D I V U L G A Ç Ã O P N L DC A P Í T U L O 4 D o a t o m i s m o a o s m o d e l o s a t ô m i c o s
A partir de suas observações, em 1911, Rutherford anunciou uma nova proposta de modelo para a estrutura do átomo, considerando também as ideias especulativas de outros cientistas, inclusive do físico Nagaoka, que considerava a estrutura do átomo semelhante a do sistema solar.
Rutherford imaginou que, se as partículas alfa sofriam um desvio em sua trajetória, era porque estavam sendo repelidas por alguma coisa existente nos átomos de ouro. Algo que impedia a sua passagem direta. Sabendo que a radiação alfa é constituída por partículas de carga positiva, Rutherford supôs que elas fossem desviadas quando se aproximavam de alguma região do átomo que tivesse o mesmo tipo de carga.
Para Thomson, o átomo seria uma esfera de carga positiva. Os resultados de Rutherford mostravam que, se fosse assim, existiriam enormes espaços vazios entre os átomos, por onde passava a radiação. Como já vimos no estudo cinético dos gases, no estado sólido os átomos estão próximos uns dos outros e não afastados, como poderia ser deduzido por aqueles resultados inusitados.
Rutherford então idealizou outro modelo. Para ele, os espaços por onde passavam as partículas alfa eram ocupados pelos elétrons dos átomos e a região que oferecia resistência à passagem das partículas seria constituída pela carga positiva do átomo. Assim, os átomos não seriam maciços, como previa o modelo de Dalton.
O novo modelo explicava resultados observados experimentalmente. Veja na figura abaixo que, segundo esse modelo, a radiação alfa atravessa a região onde estão os elétrons e retorna ou sofre desvios quando se choca com a região em que estão as cargas positivas.
Segundo esse modelo, o átomo tem duas regiões: uma central, denominadanúcleonúcleo, constituída por partículas carregadas positivamente, chamadasprótonsprótons, e por partículas sem carga, denominadas nêutronsnêutrons, que dariam estabilidade ao acúmulo de cargas positivas; e outra região ao redor da central, aeletrosferaeletrosfera, constituída por partículas carregadas negativamente, denominadaselétronselétrons. Esse modelo ficou conhecido como modelo atômico de Rutherford.
Rutherford trabalhou intensamente na tentativa de detectar os nêutrons, mas em vão. Em 1932, o físico inglês James Chadwick [1891-1974] determinou a presença de nêutrons como resultado do bombardeamento de berílio por partículas alfa.
A partir dos resultados quantitativos de seu experimento, Rutherford determinou que o núcleo dos átomos de ouro seria 10 000 vezes menor do que o próprio átomo. Enquanto o núcleo atômico tem um raio aproximado de 10–14 m, o átomo possui um raio aproximado de 10–10 m. Com esses dados, conclui-se que o núcleo atômico ocupa
um espaço muito pequeno e é muito denso, pois concentra toda a massa do átomo.
O modelo de Rutherford é uma ferramenta básica para o estudo da Química no Ensino Médio. De forma simples e clara, ele permite explicar uma série de processos químicos. Por isso, é importante que você compreenda as suas principais características. Por diversas vezes, ele será representado em figuras. Lembre-se, no entanto, que você estará vendo um modelo e, como tal, constitui uma representação e não um átomo como ele é de fato. Por exemplo, o modelo atômico de Rutherford foi comparado com o Sistema Solar, pelo fato de o seu modelo considerar que os elétrons giram ao redor do núcleo do átomo em órbitas (trajetórias fechadas), assim como no Sistema Solar os planetas giram em órbitas ao redor do Sol. Embora essas comparações (analogias) sejam muito comuns nas Ciências, sempre devemos ter cuidado, pois comparamos coisas diferentes.
O sistema idealizado por Rutherford não é exatamente como o Sistema Solar, afinal dimensões, formatos e trajetórias das órbitas dos planetas no Sistema Solar são completamente diferentes dos elétrons! Além disso, os elétrons são todos do mesmo tamanho e não diferentes como os planetas de nosso Sistema Solar e nem existem partículas ao redor
dos elétrons como existem os satélites ao redor dos planetas. Parece que essa analogia pouco contribui para entender o átomo, mas, por razões históricas, assim o modelo atômico de Rutherford ficou conhecido. Devemos lembrar, ainda, que, conforme veremos adiante, essa ideia de os elétrons girarem em órbitas ao redor do núcleo foi desconsiderada pelos dados obtidos posteriormente, embora a sua ideia de um núcleo extremamente pequeno continue válida até hoje.
Observe também que qualquer ilustração que representarmos o átomo não será possível ilustrar o núcleo atômico na proporção de tamanho à eletrosfera.
Representação esquemática dodesvio da radiação alfadesvio da radiação alfa pelos núcleos
positivos (azuis com sinal positivo) dos átomos (vermelhos) de ouro.
radiação alfa ( radiação alfa (α)) partículas refletidas partículas refletidas partículas partículas defletidas defletidas lâmina lâmina de ouro de ouro J . Y u j i D I V U L G A Ç Ã O P N L D
1 2 3 4 5 6 7
Sobre o modelo de Rutherford e as noções até aqui desenvolvidas, é importante considerar que: Sobre o modelo de Rutherford e as noções até aqui desenvolvidas, é importante considerar que:
1.
1. O átomo é constituído por duas regiões distintas: o núcleo e a eletrosfera.
2.
2. O núcleo atômico é extremamente pequeno em relação ao tamanho do átomo.
3.
3. No núcleo, são encontrados os prótons e os nêutrons.
4.
4. Os elétrons encontram-se na eletrosfera e possuem massa muito pequena em relação à massa dos prótons.
Para Rutherford, o átomo deve ter duasduas regiões
regiões: um núcleo denso, muito pequeno com os prótons, e uma região de volume muito grande, ocupada pelos elétrons (eletrosfera). Esse modelo teórico tem sido representado, didaticamente, por um modelo planetário conforme o esquema ao lado, que inclui os nêutrons estudados por Rutherford e os elétrons girando em elipses ao redor do núcleo. Observe que, no esquema ilustrativo do modelo planetário, as partículas não estão na proporção real.
J . Y u j i
Modelo atômico planetário Modelo atômico planetário
No núcleo do átomo, além dos prótons (esferas de cor laranja) estão os nêutrons (esferas azuis).
Esta representação explica o desvio da radiação alfa: a carga positiva concentrada em uma região central no átomo repele a radiação.