O átomo e as partículas fundamentais - Por Eliane P Serra XavierO átomo e as partículas fundamentais Por Eliane P Serra Xavier A ciência trabalha com modelos. E o que é um modelo científico? Um modelo, falando de uma forma simplificada, é uma maneira abstrata, conceitual, gráfica ou visual de explicar e demonstrar certo fenômeno físico. Dizemos que um modelo funciona bem quando ele é capaz de fazer predições que podem ser testadas por experimentos ou observações. Vamos então passar para os modelos atômicos, ou seja, as várias maneiras como o átomo já foi visto pela ciência. Newton pensava no átomo como pequenas partículas sólidas, duras, compactas, impenetráveis, de forma que nada no mundo seria capaz de quebrá-las. E esta era a ideia que se tinha do átomo até o século XIX. Por volta do ano de 1900 foram encontradas evidências experimentais da existência de partículas dentro do átomo, que eram os elétrons. O modelo atômico de Thomson Em 1904 um físico chamado J. J. Thomson propôs um modelo que considerava o átomo uma esfera contínua de carga positiva onde se incrustavam um certo número de elétrons, com carga negativa o suficiente para neutralizar a carga positiva. Como um pudim de passas, o átomo seria esta massa contínua de carga positiva onde os elétrons seriam como as passas distribuídas dentro do pudim.
Modelo de Thomson Pouco tempo mais tarde, outro físico chamado Rutherford, que era aluno de Thomson, idealizou uma experiência que mudou a física até então conhecida. O resultado de seu experimento foi o descobrimento do núcleo atômico. Utilizando-se de um material radioativo que emitia partículas alfa Rutherford bombardeou uma finíssima folha de ouro com estas partículas. Um detector em forma de um anel aberto em volta da placa de outro marcava para onde as partículas alfa foram desviadas após o choque com os átomos da folha de ouro. Para a surpresa dos físicos a grande maioria das partículas alfa atravessava a folha de ouro. Apenas uma pequeníssima parte delas batia em algo sólido e se desviava do percurso. Este resultado foi surpreendente pois sendo o átomo uma esfera maciça, como dizia o modelo de Thompson, como poderiam as partículas alfa atravessarem a folha de ouro? Rutherford e seus colaboradores verificaram que a massa do átomo estava reunida num ponto muito pequeno em comparação ao tamanho do átomo. Este ponto maciço veio a ser chamado de núcleo. Foi a descoberta do núcleo atômico! Foi verificado que para aproximadamente cada 10.000 partículas alfa que incidiam na lâmina de ouro, apenas uma era desviada ou refletida. Com isso, concluíram que o raio do átomo era 10.000 vezes maior que o raio do núcleo. Comparando, se o núcleo de um átomo tivesse o tamanho de uma azeitona, o átomo teria o tamanho do estádio do Morumbi. Surgiu então em 1911, o modelo do átomo nucleado, conhecido como o modelo planetário do átomo: o átomo é constituído por um núcleo central positivo, muito pequeno em relação ao tamanho total do átomo, porém com grande massa e ao seu redor, localizam-se os elétrons com carga negativa (compondo a "enorme" eletrosfera) e com pequena massa, que neutraliza o átomo.
Modelo de Rutherford
O modelo atômico de Rutherford apesar de bem sucedido apresentava algumas falhas. Pelas leis da eletrodinâmica clássica os elétrons em movimentos circulares contínuos em volta do núcleo acabariam por perder energia e colapsarem para dentro do mesmo. Havia também um outro fenômeno que o modelo de Rutherford não explicava convenientemente, que era o espectro de raias emitido pelos átomos quando excitados por uma corrente elétrica, por exemplo. Enfim, um novo modelo precisava ser apresentado.
Niels Bohr, que foi um dos principais arquitetos da mecânica quântica, utilizou a ideia da quantização da energia proposta por Max Planck (veja o artigo “Tudo começou com a quantização da energia” no link “Física Quântica – O que é?”) para elaborar seu modelo atômico.
O modelo atômico de Niels Bohr
Niels Bohr postulou que:
Se o elétron vai de uma órbita mais próxima do núcleo para uma órbita mais afastada, ele precisa absorver um pacotinho de energia suficiente para alcançar a energia da órbita seguinte. Em contrapartida, se ele vai de uma órbita mais externa para uma órbita mais próxima do núcleo, ele precisa liberar um quantum de energia também correspondente a diferença de energia entre as órbitas.
Modelo de Bohr
O modelo de Bohr introduz a ideia da quantização da energia no átomo. É o modelo que a ciência usa atualmente, lembrando que o elétron é uma dualidade onda-partícula.
O átomo é então formado pelo núcleo e pelos elétrons que orbitam a sua volta. O núcleo, por sua vez, é formado de prótons e nêutrons. Os prótons e nêutrons já foram considerados partículas fundamentais (partículas as quais não se subdividem em nenhuma outra), mas hoje se sabe que eles não são fundamentais. Os prótons e nêutrons são formados de partículas menores chamadas de “quark”.
Temos hoje na física de partículas o que chamamos de Modelo Padrão, que explica do que o mundo é feito e o que o mantém unido. Este modelo diz que as partículas fundamentais hoje conhecidas se subdividem em:
Seis tipos de quarks : up, down, charmoso, estranho, top e botton; Seis tipos de léptons: elétron, neutrino do elétron, múon, neutrino do múon, tau e neutrino do tau. E as partículas transportadoras de força, que já é um assunto para outro artigo.
Eliane P. Serra Xavier é Mestre em Física Teórica pela UFPR, na área de Mecânica Quântica. Para saber mais visite o blog http://sabedoriaquantica.blogspot.com Companhia das Letras |
