James Chadwick: Biografia, Modelo Atômico, Experimentos

James Chadwick (1891-1974) foi um dos principais físicos ingleses reconhecidos pela descoberta do nêutron em 1932. Pouco depois, em 1935, ele recebeu o Prêmio Nobel de Física por sua contribuição à comunidade científica. A preocupação de Chadwick com acusações neutras surgiu cerca de 10 anos antes que ele pudesse provar sua existência.

Antes dessa verificação, Chadwick realizou várias experiências que não tiveram êxito. Foi um sucesso em 1932, quando foi baseado nas experiências da francesa Irène Joliot-Curie e Frédéric Joliot. Mais tarde, Chadwick se dedicou a investigar o uso da fissão nuclear para a criação de armas de guerra.

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Biografia

Origens

Chadwick nasceu na cidade de Bollington, nordeste da Inglaterra, em 20 de outubro de 1891. Ele era filho de dois trabalhadores humildes: seu pai trabalhava no sistema ferroviário e sua mãe trabalhava doméstica.

Desde tenra idade, Chadwick se destacou como uma criança introvertida e extremamente inteligente. Ele começou o ensino médio em Manchester e, aos 16 anos, ganhou uma bolsa para estudar física pura na antiga Victoria University, em Manchester.

Formação acadêmica

A jovem promessa da física iniciou formalmente seus estudos universitários em 1908, aos 17 anos.

Ele teve um excelente passo na academia e, no último ano de sua carreira, participou da pesquisa do Prêmio Nobel Ernest Rutheford sobre a desintegração dos elementos e a química das substâncias radioativas.

Depois de se formar em física em 1911, ele se matriculou no mestrado em física, que culminou com sucesso em 1913. Durante esse tempo, continuou trabalhando de mãos dadas com Rutheford em seu laboratório.

Posteriormente, ele se beneficiou de uma bolsa de estudos profissional que permitiu sua transferência para Berlim, na Alemanha, para aprofundar a pesquisa sobre radiação beta com o físico alemão Hans Geiger na Technische Hochschule.

Durante sua estada em Berlim, a Primeira Guerra Mundial começou em julho de 1914. Devido a uma acusação de espionagem, ele foi admitido em um campo de concentração de civis em Ruhleben até 1918.

Em 1919, Chadwick retornou à Inglaterra e iniciou seu doutorado na Universidade de Cambridge. Enquanto isso, ele voltou ao trabalho de pesquisa de Rutheford, que então liderava o Laboratório Cavendish da renomada instituição.

Em 1921, aos 21 anos, ele ganhou seu doutorado (Ph.D. por sua sigla em Inglês: Philosophie Doctor ), a introdução de um trabalho de investigação especial sobre as forças nucleares e números atômicos.

Em 1923, foi nomeado diretor assistente de pesquisa no Laboratório Cavendish, em Cambridge. Chadwick serviu nesse cargo até 1935, quando decidiu se mudar para a Universidade de Liverpool.

Carreira profissional

Graças a suas contribuições científicas, ele ganhou a medalha Hughes em 1932. Esse reconhecimento, concedido pela Royal Society de Londres, recompensa aqueles que fazem descobertas sobre as ciências físicas e / ou suas aplicações práticas.

Em 1935, ele recebeu o Prêmio Nobel de Física pela descoberta do nêutron como uma partícula elementar sem carga elétrica localizada no núcleo atômico.

Durante a Segunda Guerra Mundial, Chadwick teve uma participação ativa no Comitê Britânico do MAUD, uma comissão criada para analisar a viabilidade do uso da tecnologia nuclear na fabricação de uma bomba.

James Chadwick também fez parte do Tube Alloys Project, um programa de pesquisa autorizado e financiado pelo Reino Unido com o apoio do Canadá, para desenvolver armas nucleares durante a Segunda Guerra Mundial.

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Chadwick destacou-se por sua engenhosidade e postura política durante esse período, pois suas propostas serviram de ponte para as negociações de colaboração em pesquisa entre o Reino Unido, o Canadá e os Estados Unidos.

Projeto Manhattan

No final da Segunda Guerra Mundial, Chadwick tomou o bastão da missão britânica no Projeto Manhattan. Este último foi um projeto de pesquisa conjunto entre os Estados Unidos, o Reino Unido e o Canadá, a fim de desenvolver a primeira bomba atômica.

Chadwick teve acesso livre a todas as informações confidenciais do projeto: desenhos, planos, dados, orçamentos etc., apesar de ser civil e não americano; Vale ressaltar que ambas as condições foram exclusivas para participar do projeto.

Mais tarde, foi nomeado cavalheiro inglês em 1945 e, um ano depois, EE. UU. Ele foi premiado com a Medalha de Mérito por sua contribuição de valor no Projeto Manhattan.

Arsenal nuclear para inglaterra

No final da Segunda Guerra Mundial, Chadwick promoveu com grande ímpeto a iniciativa de que o Reino Unido desenvolvesse seu próprio arsenal nuclear.

Em busca desse objetivo, Chadwick foi eleito membro do Comitê Consultivo Britânico de Energia Atômica e também participou como representante do Reino Unido na Comissão de Energia Atômica das Nações Unidas.

Em 1948, James Chadwick atuou como professor no Gonville & Caius College da Universidade de Cambridge. Então, em 1950, ele foi novamente premiado pela Royal Society de Londres ao receber a Medalha Copley.

8 anos depois, ele decide se aposentar voluntariamente em North Wales. James Chadwick morreu em 24 de julho de 1974, na cidade de Cambridge.

Modelo atômico de Chadwick

O modelo atômico de Chadwick foca na modelagem do núcleo atômico que consiste não apenas em prótons (cargas positivas), mas também em nêutrons (cargas neutras).

A teimosia de Chadwick em demonstrar a existência de partículas neutras foi gerada nos anos 20. No entanto, naquela época, o principal cientista fez várias tentativas em vão. Uma década depois, Chadwick replicou os experimentos de Irène Joliot-Curie (filha de Marie Curie e Pierre Curie) e Frédéric Joliot (marido de Irène) na França.

Esse par de cientistas havia conseguido a expulsão dos prótons de uma amostra de parafina usando raios gama.

Chadwick achava que a emissão de raios gama continha partículas neutras e que essas partículas haviam colidido com a amostra de cera, induzindo subsequentemente a liberação dos prótons da cera.

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Portanto, ele tentou replicar esses experimentos no Laboratório Cavendish e usou polônio – que havia sido usado pelos Curies como fonte de raios gama – para irradiar berílio com partículas alfa.

Essa radiação impactou uma amostra similar de cera de parafina, e os prótons dessa amostra foram violentamente expelidos do material.

O comportamento dos prótons foi observado através de uma pequena câmara de ionização, adaptada ao experimento pelo próprio Chadwick.

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Chadwick detectou que o comportamento dos prótons liberados pela cera só poderia ser explicado se essas partículas tivessem colidido com outras partículas eletricamente neutras e com uma massa muito semelhante.

Duas semanas depois, James Chadwick publicou um artigo na revista científica Nature sobre a possível existência de nêutrons.

No entanto, Chadwick concebeu o modelo inicialmente considerando que o nêutron era um arranjo que consistia em um próton e um elétron, que geravam a carga neutra. Mais tarde, o físico alemão Werner Heisenberg mostrou que o nêutron era uma partícula única e elementar.

Experiências

Após a descoberta do nêutron, Chadwick concentrou-se em ir cada vez mais longe no que diz respeito à caracterização desse novo componente atômico.

A descoberta do nêutron e do modelo atômico de Chadwick revolucionou a visão tradicional da ciência, dadas as colisões dos nêutrons com os núcleos atômicos e a expulsão de prótons para fora do átomo.

A decomposição beta é um processo através do qual partículas beta (elétron ou pósitron) são emitidas a partir do núcleo do átomo, para equilibrar a presença de prótons e nêutrons no núcleo atômico.

Devido a esse processo, numerosas experiências foram realizadas em todo o mundo, motivadas pela descoberta de Chadwick, para induzir a conversão de alguns nêutrons em prótons.

Como cada elemento químico é identificado de acordo com o número de prótons que possui, experimentos anteriores abriram as portas para a criação e / ou descoberta de novos elementos químicos com um número maior de prótons em seu cinto.

Fissão nuclear

Chadwick enfatizou suas análises subsequentes sobre o uso de nêutrons para dividir átomos de núcleo pesado em vários núcleos menores, através do processo de fissão nuclear.

É assim chamado porque a divisão ocorre no núcleo do átomo e produz uma quantidade extremamente grande de energia. Este conceito foi usado para o design de armas nucleares poderosas.

Chadwick até financiou a compra de um acelerador de partículas durante sua estada em Liverpool, e para isso usou uma parte dos fundos obtidos com a conquista do Prêmio Nobel em 1935.

Contribuições de Chadwick para a ciência

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As contribuições de James Chadwick para a ciência incluem a descoberta do nêutron, pelo qual ele ganhou o Prêmio Nobel de Física de 1935. Ele também participou da construção da bomba atômica nos Estados Unidos, escreveu sobre a radiação de substâncias radioativas e descobriu o trítio. .

A descoberta do nêutron

Durante sua pesquisa no Cambridge Cavendish Laboratory, Rutherford e Chadwick conduziram experimentos com partículas alfa para indagar sobre a natureza do núcleo atômico. Vale ressaltar que o núcleo atômico foi descoberto por Rutherford em 1911.

Essas investigações foram realizadas analisando uma radiação nunca vista antes emanando do berílio, quando esse material foi exposto ao bombardeio de partículas alfa.

A referida radiação consistia em partículas de massa muito semelhantes à massa do próton, mas sem carga elétrica. Essas partículas foram chamadas de nêutrons, devido à neutralidade de sua composição.

Chadwick realizou essa descoberta em meados de 1932 e, assim, definiu as premissas do modelo atômico de Chadwick, cujos detalhes são detalhados na próxima seção deste artigo.

Pesquisa nuclear

A descoberta do nêutron por Chadwick tornou o cenário propício à descoberta da fissão nuclear e ao desenvolvimento de armas de guerra com essa tecnologia.

Chadwick detectou que, bombardeando o átomo de um elemento com nêutrons, o núcleo desse material pode ser penetrado e dividido, gerando uma quantidade significativa de energia.

A partir daí, Chadwick anunciou a natureza inevitável desse tipo de tecnologia para o desenvolvimento de armas de guerra e envolveu-se diretamente em questões diplomáticas relacionadas a esse processo nos Estados Unidos. UU. e Inglaterra

Chadwick colaborou na construção da bomba atômica junto com outros cientistas americanos e canadenses entre 1943 e 1945.

Ele foi encarregado de dirigir a delegação científica inglesa que trabalhava no laboratório de Los Alamos, no Novo México, Estados Unidos.Em 1939, os Estados Unidos iniciaram as investigações do Projeto Manhattan, o codinome que a bomba atômica recebeu.

O presidente Franklin Delano Roosevelt foi alertado pelos cientistas nucleares Edward Teller, Leó Szilárd e Eugene Wigner, através de Albert Einstein, sobre o uso da fissão nuclear para a produção de bombas pelos nazistas.

Descoberta do Trítio

O trítio já havia sido identificado em 1911 pelo cientista inglês Joseph John Thomson, mas ele acreditava que era uma molécula triatômica.

Ernest Rutherford também o anunciou, mas não foi até 1934 quando Chadwick, trabalhando para a equipe de Rutherford, o listou como um isótopo de hidrogênio.

O trítio é um isótopo radioativo de hidrogênio, cujo símbolo é ³H. Consiste em um núcleo formado por um próton e dois nêutrons.

O trítio é gerado por bombardeio com nêutrons livres de nitrogênio, lítio e boro.

Facilitação da fissão de urânio 235

A descoberta do nêutron por James Chadwick facilitou a fissão nuclear; isto é, separação do urânio 235 do urânio -238, um elemento químico encontrado na natureza.

O enriquecimento de urânio 235 é o processo ao qual o urânio natural é submetido para obter o isótopo 235 e produzir energia nuclear. A fissão é uma reação nuclear; isto é, é desencadeado no núcleo do átomo.

Essa reação química ocorre quando um núcleo pesado é dividido em dois ou mais núcleos menores e alguns subprodutos, como fótons (raios gama), nêutrons livres e outros fragmentos do núcleo.

Tratado sobre a radiação de substâncias radioativas

Em 1930, James Chadwick escreveu um tratado sobre radiação de substâncias radioativas.

Chadwick conseguiu medir a massa do nêutron e deduziu que era semelhante à do próton com uma diferença: que possuía carga elétrica neutra.

Então, ele concluiu que o núcleo atômico consistia em nêutrons e prótons e que o número de prótons era semelhante ao dos elétrons.

Suas pesquisas e contribuições para o trabalho do laboratório de física da Universidade de Manchester e da Universidade de Cambridge, na Inglaterra, foram fundamentais para o conhecimento da energia nuclear e a construção do modelo atômico de Rutherford.

Artigos de interesse

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Referências

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  6. Brown, Andrew (1997). O nêutron e a bomba: uma biografia de Sir James Chadwick. Oxford University Press. Recuperado de amazon.co.uk
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  8. James Chadwick (sf). Recuperado de: atomicheritage.org
  9. James Chadwick (sf). Recuperado de: famousscientists.org
  10. James Chadwick – Biográfico (2014). Nobel Media AB. Recuperado de: nobelprize.org
  11. James Chadwick: Biografia e teoria atômica (sf). Recuperado de: study.com
  12. Princípios da ciência física (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Recuperado de: britannica.com
  13. Wikipedia, A Enciclopédia livre (2018). Descoberta do nêutron. Recuperado de: en.wikipedia.org.

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