ÁTOMO DE RUTHERFORD

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO 4

O ÁTOMO DE RUTHERFORD E A TEORIA DE ESPALHAMENTO DE PARTICULAS α 5

CONCLUSÃO 10

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 11

INTRODUÇÃO

A física e de modo geral a ciência, busca estudar e descrever os fenômenos da natureza, para isso faz uso de muitas ferramentas para tentar, cada vez mais, ultrapassar seus limites. Na tentativa de chegar o mais próximo possível da realidade, a ciência lança mão dos modelos. Como, por exemplo, os modelos atômicos. Dessa forma, a ciência faz uma representação do objeto atômico.

No final do século XIX, dois modelos atômicos disputavam a atenção da comunidade científica. Tratava-se dos modelos atômicos de J. J. Thomson e Ernest Rutherford. “Inicialmente, o modelo mais promissor para o átomo parecia ser o de J. J. Thomson, que se mostrava capaz de explicar várias reações químicas.” (TIPLER, PAUL A. e LLEWELLYN, RALPH A, 2010, p. 95).

Na época a prioridade da ciência era explicar como era constituído o átomo. O seu tamanho não era difícil de estimar, os cientistas sabiam que seu diâmetro era da ordem de 1010 m. Porém, quando essas conclusões em relação ao tamanho do átomo chegaram a J. J. Thomson surgiu um problema. Pois, Thomson através de seus experimentos demonstrou que por menor que fossem os átomos, eles deveriam possuir partículas carregadas negativamente ainda menores. Ele associava a maior parte da massa do átomo a cargas positivas que ocuparia, consequentemente, a maior parte do volume. Os elétrons seriam cargas negativas puntuais distribuídas no todo de cargas positivas como "um pudim de passas".

Thomson seguindo esse raciocínio propôs que um átomo fosse uma esfera uniforme, carregada positivamente, com um raio de cerca de 1010 m, na qual suas configurações fossem estáveis. Seria necessário buscar configurações estáveis dos elétrons em toda região positiva, e determinar as frequências próprias de oscilação do sistema em torno destas configurações. Contudo, os esforços de Thomson não o levaram a resultados animadores, pois ele não conseguiu encontrar uma configuração de cargas que reproduzisse as frequências dos espectros observados nos modos normais de vibração.

A teoria de Thomson teve de ser abandonada definitivamente depois de uma serie de experimentos de E. R. Rutherford, pois Rutherford mostrou a sua inconsistência. E conseguiu provar isto com as suas observações sobre o espalhamento de partículas α por finas folhas de metal no estudo de radioatividade, junto com seus alunos H. W. Geiger e E. Marsden. Nos experimentos sobre espalhamento de partículas α de Rutherford mostrou-se que uma partícula alfa pode sofrer uma deflexão com um ângulo muito grande pela ação do núcleo denso e positivamente carregado, diferente do modelo de Thomson do átomo que dizia que uma partícula alfa sofreria uma deflexão muito pequena.

O ÁTOMO DE RUTHERFORD E A TEORIA DE ESPALHAMENTO DE PARTICULAS α

“No modelo de Rutherford para a estrutura do átomo, todas as cargas positivas desse átomo, e consequentemente toda sua massa, são supostas concentradas em uma pequena região no centro chamada núcleo.” (EISBERG, R.; RESNICK, R, 1979, p.127). Considerando que as dimensões de uma particula são suficientemente pequenas, força coulombiana atuará quando está partícula α passar próximo do núcleo do átomo e fará com que tal partícula espalhe em um grande ângulo ao atravessar um único átomo. De acordo com a lei de Coulomb a força que atua na partícula alfa é dada por F = kqαQ/r². Vejamos a situação na figura 1.

Figura 1: Espalhamento de partículas α.

“Rutherford já sabia que as partículas alfa eram átomos de hélio duplamente ionizados (isto é, átomos de He com dois elétrons retirados), emitidos espontaneamente por vários materiais radioativos com grande velocidade”. (EISBERG, R.; RESNICK, R, 1979, p. 125). A partir da análise de experiências sobre o espalhamento de partículas α, mostrou que em vez de estar espalhada por todo o átomo, a carga positiva está concentrada numa região extremamente pequena no centro do átomo.

Em seu trabalho experimental sobre radioatividade Rutherford percebeu que havia dois tipos de radiações emitidas do urânio: radiação alfa e radiação beta. O que distingue uma da outra é a sua capacidade de absorção na matéria.

Rutherford para provar que as partículas alfa seriam simplesmente átomos de hélio, utilizou um equipamento engenhoso que consistia num tubo de vidro contendo uma substância radioativa. Partículas α eram emitidas a partir dessa substancia radioativa. Algumas partículas α eram capazes de penetrar o tubo de vidro e entrar num compartimento. Após algum tempo testes mostraram que nesse compartimento continha uma considerável quantidade de gás hélio normal. Essa descoberta confirmou que partículas alfa são átomos de hélio duplamente ionizados. Rutherford junto com seus alunos que colaboravam em seus trabalhos fizeram vários experimentos com objetivo de determinar as propriedades das partículas α e sua interação com a matéria. Nos experimentos relacionados ao espalhamento de partículas α, faziam com que tais partículas passassem através de folhas finas de várias substâncias. O Intuito de fazer experimentos com partículas α era explicar as grandes deflexões observadas por Rutherford.

A probabilidade de acontecer espalhamento em ângulos grandes era totalmente inexplicável se tratando do modelo de Thomson para o átomo, pois o problema estava no fato de que o átomo de Thomson era muito “macio”, dessa forma a força máxima sofrida pela partícula alfa era muito pequena para se ter grandes deflexões. Em seu modelo podia observar processo de espalhamento múltiplo em pequenos ângulos.

Em seu experimento o feixe incide sobre uma folha fina de uma substância, geralmente um metal, figura 2. A folha é extremamente fina fazendo com que as partículas a atravessem completamente com apenas uma pequena diminuição em sue velocidade. No momento em que a partícula α atravessa a folha cada uma sofre muitas deflexões devido a força coulombiana entre sua carga as cargas positivas e negativas dos átomos presente na folha. Sabendo que a deflexão da partícula