Modelo atômico de Rutherford: história, experimentos, postulados

O modelo atômico de Rutherford, proposto pelo físico Ernest Rutherford em 1911, revolucionou a compreensão da estrutura do átomo. Este modelo foi desenvolvido a partir de experimentos realizados por Rutherford, como o experimento da dispersão alfa, que consistia em bombardear uma fina lâmina de ouro com partículas alfa. Com base nos resultados desses experimentos, Rutherford postulou que o átomo é composto por um núcleo central denso e carregado positivamente, onde se concentra praticamente toda a massa do átomo, e que os elétrons giram ao redor deste núcleo em órbitas determinadas. Este modelo foi fundamental para o avanço da física nuclear e da compreensão da estrutura dos átomos.

Princípios fundamentais propostos por Rutherford em seus experimentos com partículas alfa.

O Modelo Atômico de Rutherford foi proposto pelo físico Ernest Rutherford no início do século XX, revolucionando a compreensão da estrutura atômica. Seus experimentos com partículas alfa levaram à formulação de princípios fundamentais que ajudaram a explicar a natureza dos átomos.

Rutherford realizou o famoso experimento da dispersão de partículas alfa, no qual observou que a maioria das partículas passava diretamente através de uma fina folha de ouro, enquanto algumas eram desviadas em ângulos diferentes. Com base nesses resultados, ele propôs três princípios essenciais:

1. O átomo é principalmente espaço vazio: Rutherford concluiu que, como a maioria das partículas alfa passava através da folha de ouro sem ser desviada, a maior parte do átomo era composta por espaço vazio.

2. O núcleo é pequeno e denso: Ao observar que algumas partículas alfa eram desviadas em ângulos agudos, Rutherford inferiu a existência de um núcleo pequeno e denso no centro do átomo, onde a maior parte da massa e carga positiva estavam concentradas.

3. Os elétrons orbitam o núcleo: Com base na dispersão das partículas alfa, Rutherford propôs que os elétrons giravam em órbitas ao redor do núcleo, mantendo o átomo estável.

Esses princípios fundamentais estabelecidos por Rutherford foram essenciais para o desenvolvimento do Modelo Atômico atual e contribuíram significativamente para a compreensão da estrutura dos átomos.

O experimento de Rutherford: passo a passo da descoberta da estrutura do átomo.

O experimento de Rutherford foi um marco importante na história da ciência, que contribuiu significativamente para o desenvolvimento do Modelo Atômico. Realizado por Ernest Rutherford em 1909, o experimento consistiu em bombardear uma fina folha de ouro com partículas alfa, emitidas por uma fonte radioativa de polônio.

Rutherford esperava que as partículas alfa atravessassem a folha de ouro sem sofrer desvios significativos, de acordo com o modelo atômico de Thomson. No entanto, para sua surpresa, alguns desses elétrons foram desviados em ângulos muito grandes, e até mesmo alguns deles voltaram na direção da fonte.

Essa observação levou Rutherford a concluir que a estrutura do átomo não era como se pensava anteriormente. Ele propôs um novo modelo atômico, onde a maior parte da massa do átomo estaria concentrada em um núcleo denso e carregado positivamente, enquanto os elétrons girariam ao redor dele em órbitas determinadas.

Os postulados do Modelo Atômico de Rutherford foram fundamentais para o desenvolvimento da física nuclear e da teoria quântica. Sua descoberta revolucionou a compreensão da estrutura da matéria e abriu caminho para novas descobertas no campo da física.

Principais descobertas de Rutherford no modelo atômico: o que ele revelou?

O modelo atômico de Rutherford foi um marco na história da ciência, trazendo importantes descobertas que revolucionaram a compreensão da estrutura do átomo. Através de seus experimentos, o cientista neozelandês Ernest Rutherford conseguiu revelar a existência do núcleo atômico e a distribuição dos elétrons ao redor dele.

Em seus estudos com a dispersão de partículas alfa, Rutherford observou que a maioria das partículas passava diretamente através da lâmina de ouro, mas algumas eram desviadas em ângulos inesperados. Essa observação levou-o a concluir que a maior parte da massa do átomo está concentrada em um núcleo pequeno e denso, com carga positiva.

Além disso, Rutherford também descobriu que os elétrons orbitam em torno do núcleo, formando uma estrutura semelhante a um sistema solar, onde os elétrons giram em órbitas ao redor do núcleo. Essas descobertas foram fundamentais para o desenvolvimento do modelo atômico de Rutherford, que representou um avanço significativo na compreensão da estrutura atômica.

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Esses avanços contribuíram significativamente para a evolução da teoria atômica e para a compreensão da matéria em níveis microscópicos.

Descoberta da estrutura do átomo: a conclusão do experimento de Rutherford.

A descoberta da estrutura do átomo foi um marco na história da ciência e teve como ponto culminante o experimento realizado por Ernest Rutherford. Esse experimento, conhecido como o experimento da folha de ouro, consistia em bombardear uma fina folha de ouro com partículas alfa e observar o comportamento dessas partículas ao atravessarem a folha.

Com base nos resultados obtidos, Rutherford chegou à conclusão de que o átomo é composto por um núcleo denso e positivo, onde se concentra a maior parte da massa, e por elétrons girando ao redor desse núcleo em órbitas definidas. Essa descoberta revolucionou a compreensão da estrutura do átomo e contribuiu para o desenvolvimento do Modelo Atômico de Rutherford.

O Modelo Atômico de Rutherford postulava que o átomo era constituído por um núcleo central carregado positivamente, onde se encontravam os prótons, e por elétrons orbitando em torno desse núcleo. Essa teoria foi fundamental para o avanço da física nuclear e abriu caminho para pesquisas futuras que culminaram na descoberta do nêutron, completando assim a estrutura básica do átomo.

Seu legado na ciência é inegável e seu trabalho continua a inspirar gerações de cientistas em busca de desvendar os mistérios do universo.

Modelo atômico de Rutherford: história, experimentos, postulados

O modelo atômico de Rutherford é a descrição do átomo criada pelo físico britânico Ernest Rutherford (1871-1937) descobriu em 1911 quando o núcleo atômico pelas famosas experiências de dispersão que levam seu nome.

A idéia do átomo (” indivisível ” em grego) como o menor componente da matéria, era uma criação intelectual nascida na Grécia antiga, por volta de 300 aC. Como tantos outros conceitos gregos, o conceito de átomo é desenvolvido com base em lógica e argumentação, mas não experimentação.

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Modelo atômico de Rutherford. Fonte: PIxabay

Os filósofos atomistas mais notáveis ​​foram Demócrito de Abdera (460 – 360 aC), Epicuro de Samos (341 – 270 aC) e Tito Lucrécio (98 – 54 aC).Os gregos conceberam quatro tipos diferentes de átomos que correspondiam aos quatro elementos que eles alegavam constituir matéria: ar, água, terra e fogo.

Mais tarde, Aristóteles acrescentaria um quinto elemento: o éter que formou as estrelas, uma vez que os outros quatro elementos eram puramente terrestres.

As conquistas de Alexandre, o Grande, de quem Aristóteles foi professor, expandiram suas crenças em todo o mundo antigo, da Espanha à Índia e, assim, durante séculos, a idéia do átomo estava criando seu próprio lugar no mundo da ciência.

O átomo deixa de ser indivisível

As idéias dos filósofos gregos sobre a estrutura da matéria permaneceram verdadeiras por centenas de anos, até que um químico e professor da escola de inglês chamado John Dalton (1776-1844) publicou os resultados de suas experiências em 1808.

Dalton concordou que os elementos são compostos de partículas extremamente pequenas, chamadas átomos. Mas foi mais longe ao afirmar que todos os átomos do mesmo elemento são iguais, têm o mesmo tamanho, a mesma massa e as mesmas propriedades químicas, o que os mantém inalterados durante uma reação química.

Este é o primeiro modelo atômico com base científica. Como os gregos, Dalton ainda considerava o átomo indivisível e, portanto, carecia de estrutura. No entanto, o gênio de Dalton o levou a observar um dos grandes princípios da conservação da física:

  • Nas reações químicas, os átomos não são criados nem destruídos , apenas mudam sua distribuição.

E ele estabeleceu a maneira pela qual os compostos químicos eram formados por “átomos compostos” (moléculas):

  • Quando dois ou mais átomos de elementos diferentes se combinam para formar o mesmo composto, eles sempre o fazem em proporções de massa definidas e constantes .

O século XIX foi o grande século da eletricidade e do magnetismo. Alguns anos após as publicações de Dalton, os resultados de algumas experiências levantaram dúvidas entre os cientistas sobre a indivisibilidade do átomo.

Crookes tube

O tubo de Crookes era um dispositivo projetado pelo químico e meteorologista britânico William Crookes (1832-1919). O experimento que Crookes realizou em 1875 consistiu em colocar, dentro de um tubo cheio de gás de baixa pressão, dois eletrodos, um chamado cátodo e outro chamado ânodo .

Ao estabelecer uma diferença de potencial entre os dois eletrodos, o gás brilhou com uma cor característica do gás usado. Esse fato sugeria que havia uma certa organização específica dentro do átomo e que, portanto, não era indivisível.

Além disso, essa radiação produzia uma fraca fluorescência na parede do tubo de vidro em frente ao cátodo, cortando a sombra de uma marca em forma de cruz localizada dentro do tubo.

Era uma radiação misteriosa conhecida como “raios catódicos”, que viajava em linha reta até o ânodo e era altamente energética, capaz de produzir efeitos mecânicos e que se desviava para uma placa carregada positivamente ou também por ímãs.

A descoberta do elétron

A radiação dentro do tubo de Crookes não podia ser ondas, pois carregava uma carga negativa. Joseph John Thomson (1856 – 1940) encontrou a resposta em 1887 quando encontrou a relação entre a carga e a massa dessa radiação e descobriu que era sempre a mesma: 1,76 x 10 11 C / kg, independentemente do gás fechado no tubo ou no material usado para fazer o cátodo.

Thomson chamou essas partículas corpóreas . Ao medir sua massa em relação à sua carga elétrica, ele concluiu que cada corpúsculo era muito menor que um átomo. Portanto, ele sugeriu que eles deveriam fazer parte deles, descobrindo assim o elétron .

O cientista britânico foi o primeiro a esboçar um modelo gráfico do átomo, desenhando uma esfera com alguns pontos inseridos, que por sua forma recebeu o nome de “pudim de ameixa”. Mas essa descoberta trouxe outras questões:

  • Se a matéria é neutra e o elétron tem uma carga negativa: em qual parte do átomo está a carga positiva que neutraliza os elétrons?
  • Se a massa do elétron é menor que a do átomo, então qual é o restante do átomo?
  • Por que as partículas assim obtidas sempre foram elétrons e nunca de outro tipo?

Experimentos de dispersão de Rutherford: o núcleo atômico e o próton

Em 1898, Rutherford havia identificado dois tipos de radiação do urânio, que ele chamou de alfa e beta .

A radioatividade natural já havia sido descoberta por Marie Curie em 1896. As partículas alfa têm uma carga positiva e são simplesmente núcleos de hélio, mas naquela época o conceito de núcleo ainda não era conhecido. Rutherford estava prestes a descobrir.

Uma das experiências que Rutherford conduziu em 1911 na Universidade de Manchester, com a assistência de Hans Geiger, foi bombardear uma fina folha de ouro com partículas alfa , cuja carga é positiva. Ao redor da folha de ouro, ele colocou uma tela fluorescente que lhes permitia visualizar os efeitos do bombardeio.

Observações

Estudando os impactos na tela fluorescente, Rutherford e seus assistentes observaram que:

  1. Uma porcentagem muito alta das partículas alfa atravessou a folha sem desvio perceptível.
  2. Alguns se desviaram em ângulos bastante pronunciados
  3. E muito poucos saltaram completamente para trás

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Experimentos de dispersão de Rutherford. Fonte: [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)].

As observações 2 e 3 surpreenderam os pesquisadores e os levaram a supor que a pessoa responsável pela dispersão dos raios deveria ter uma carga positiva e que, em virtude da observação número 1, essa pessoa responsável era muito menor que a partícula alfa. .

O próprio Rutherford disse que era “… como se você estivesse disparando um projétil naval de 15 polegadas contra uma folha de papel e o projétil se recuperasse e atingisse você”. Definitivamente, isso não poderia ser explicado pelo modelo de Thompson.

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Analisando seus resultados do ponto de vista clássico, Rutherford havia descoberto a existência do núcleo atômico, onde estavam concentradas as cargas positivas do átomo que lhe deram sua neutralidade.

Rutherford continuou com seus experimentos de dispersão. Em 1918, o novo alvo das partículas alfa eram os átomos de nitrogênio gasoso.

Dessa maneira, ele detectou núcleos de hidrogênio e soube imediatamente que o único lugar de onde esses núcleos podiam vir era o próprio nitrogênio. Como era possível que os núcleos de hidrogênio fizessem parte do nitrogênio?

Rutherford sugeriu então que o núcleo de hidrogênio, um elemento que já havia sido atribuído ao número atômico 1, fosse uma partícula fundamental. Ele a chamou de próton , palavra grega para designar primeiro . Assim, as descobertas do núcleo atômico e do próton são devidas a essa brilhante Nova Zelândia.

O modelo atômico de Rutherford postula

O novo modelo era muito diferente do de Thompson. Estes foram os seus postulados:

  • O átomo contém um núcleo carregado positivamente, que apesar de muito pequeno, contém quase toda a massa do átomo.
  • Os elétrons orbitam o núcleo atômico a grandes distâncias e em órbitas circulares ou elípticas.
  • A carga líquida do átomo é zero, uma vez que as cargas dos elétrons compensam a carga positiva presente no núcleo.

Os cálculos de Rutherford apontaram para um núcleo esférico e um raio tão pequeno quanto 10 -15 m, o valor do raio atômico sendo 100.000 vezes maior, uma vez que os núcleos são comparativamente muito distantes um do outro: da ordem de 10 -10 m.

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O jovem Ernest Rutherford. Fonte: Desconhecido, publicado em 1939 em Rutherford: sendo a vida e as cartas do Rt. Hon. Lord Rutherford, O. M [CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)]

Isso explica por que a maioria das partículas alfa atravessou a folha sem inconvenientes ou mal sofreu uma deflexão muito pequena.

Visto na escala de objetos do cotidiano, o átomo de Rutherford seria composto por um núcleo do tamanho de uma bola de beisebol, enquanto o raio atômico seria de cerca de 8 km, portanto o átomo pode ser considerado quase tudo como um espaço vazio.

Graças à sua semelhança com um sistema solar em miniatura, era conhecido como o “modelo planetário do átomo”. A força da atração eletrostática entre núcleo e elétrons seria análoga à atração gravitacional entre o sol e os planetas.

Limitações

No entanto, houve algumas divergências em relação a alguns fatos observados:

  • Se a idéia for aceita de que o elétron orbita em torno do núcleo, acontece que ele deve emitir radiação continuamente até atingir o núcleo, com a conseqüente destruição do átomo em muito menos de um segundo. Felizmente, não é isso que realmente acontece.
  • Além disso, em certas ocasiões, o átomo emite certas frequências de radiação eletromagnética quando há transições entre um estado de maior energia para um com menos energia e apenas essas frequências, e não outras. Como explicar o fato de que a energia é quantizada?

Apesar dessas limitações, porque hoje existem modelos muito mais sofisticados e consistentes com os fatos observados, o modelo atômico de Rutherford ainda é útil para o aluno ter uma primeira abordagem bem-sucedida do átomo e de suas partículas constituintes.

Neste modelo do átomo não aparece o nêutron, outro constituinte do núcleo, que não foi descoberto até 1932.

Pouco depois que Rutherford propôs seu modelo planetário, em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr o modificou para explicar por que o átomo não é destruído e ainda estamos aqui para contar essa história.

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Referências

  1. Rex, A. 2011. Fundamentos de Física . Pearson 618-621.
  2. Zapata, F. 2007. Notas de aula para a Cadeira de Radiobiologia e Proteção Radiológica . Faculdade de Saúde Pública da Universidade Central da Venezuela.

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