Os modelos do átomo

Ney Prieto Peres

O átomo de Thomson

A descarga elétrica, por meio dos gases rarefeitos no interior de tubos, abriu uma porta para a elucidação da constituição da matéria (Andrade, 1986, p. 40).

Thomson chegou à ideia da existência de corpúsculos de “eletricidade negativa” e os corpúsculos de “eletricidade positiva”, independentemente da natureza da substância da qual eles procediam. “Parecia a Thomson ser óbvio que estes fossem os componentes últimos dos átomos da matéria”.
Estávamos, naquela época, no final do século XIX, precisamente 1898.

O átomo de Rutherford
Sir Ernest Rutherford (1871-1937), da Nova Zelândia, recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1908 (aos 37 anos). Em 1895, aos 24 anos, foi para Cambridge a fim de estudar com Thomson no Laboratório Cavendish. Após graduado, ocupou uma cátedra em Montreal, passando para a Universidade de Manchester, e regressou, em 1919, aos 48 anos, como diretor do Laboratório Cavendish, ocupando o lugar de Thomson, que se aposentou aos 63 anos (viveu até os 84).
Rutherford fez estudos sobre radioatividade na Universidade McGill, Montreal, e realizou o bombardeamento dos átomos de folhas de metal com partículas alfa. Os violentos desvios na trajetória dos projéteis radioativos levaram Rutherford e seus discípulos a suspeitarem de que a carga positiva não estava distribuída uniformemente no átomo do modelo de Thomson, e sim encontrava-se concentrada em um ponto único, provavelmente no centro do átomo; e os elétrons (cargas elétricas negativas) achavam-se na parte externa gravitando, no imenso vazio, ao redor de um minúsculo e denso núcleo de carga positiva. Efetuados os cálculos com as medições dos ângulos de espalhamento, ou distribuição das partículas alfa, o centro do átomo mostrou-se muito pequeno em comparação com o tamanho do próprio átomo, significando que o átomo seria praticamente constituído de um espaço vazio, tendo ao centro um núcleo de carga positiva, rodeado por um espaço de raio mais de 10 mil vezes maior ao do núcleo, semelhante a um sistema planetário. Os discípulos de Rutherford, Geiger e Marsden, conseguiram medir as cargas elétricas do núcleo, verificando serem iguais à soma das cargas dos elétrons, que em sua volta gravitavam, porém de sinal contrário.

O átomo de Bohr
Niels Henrik David Bohr (1885-1962), nascido em Copenhague, Dinamarca, foi para Cambridge após sua formatura, só por alguns meses, indo depois trabalhar com Rutherford em Manchester. “Em 1913, aos 28 anos, publicou seu famoso trabalho sobre a estrutura atômica, cujo modelo é considerado até nossos dias como o mais intuitivo e compreensível” (Andrade, 1986, p. 47). Em 1916, com 31 anos, foi levado à cátedra de Física Teórica na Universidade de Copenhague. Cinco anos depois, em 1921, criou o Instituto de Física Teórica da Universidade, que se tornou um centro internacional da mais alta respeitabilidade, para onde afluíram proeminentes físicos de todo o mundo.
Bohr recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1922, aos 37 anos. Sua influência no desenvolvimento da Física atômica e nuclear é notória, como respeitável sua contribuição pessoal no relacionamento com outros físicos. Bohr aproveitou o modelo de Rutherford, introduzindo aspectos complementares, estabelecendo os seguintes postulados:
l 1º postulado: os elétrons, nos átomos, podem ocupar apenas certas órbitas bem determinadas (discretas), sem emitirem nem receberem energia radiante continuamente.
l2º postulado: para ocorrer troca de energia radiante, os elétrons devem saltar subitamente de uma órbita para outra, sem ocupar o espaço intermediário, recebendo ou emitindo um único fóton, cuja energia é igual à diferença entre as energias correspondentes aos dois estados, inicial e final(Andrade, 1986, p. 49).
O “salto quântico” do elétron estranhamente se realiza sem passar pelo espaço intermediário, como observado por Bohr, cuja explicação só foi sugerida por Louis V. de Broglie em 1923.

Louis de Broglie
Louis de Broglie nasceu em 1892, na França, e se tornou doutor em 1924, com 32 anos, na Universidade de Paris, tendo apresentado a tese intitulada: Recherches sur la Théorie des Quanta (Pesquisas sobre a Teoria Quântica, ou dos Quanta). Nessa tese, o autor sugeria que à semelhança dos fótons, as demais subpartículas atômicas, particularmente o elétron, poderiam manifestar-se tanto como corpúsculos quanto ondas. Posteriormente, ficou demonstrada a natureza ondulatória do elétron, tese de Broglie, assumindo o modelo do átomo de Bohr um aspecto ondulatório.
Deve-se a Broglie a origem da Mecânica Quântica, propriamente dita, que a partir de 1930 teve extraordinário desenvolvimento, com suas aplicações a inúmeros problemas relativos ao núcleo atômico, aos átomos e às moléculas.
Nesse cenário das contribuições à Mecânica Quântica, merece destaque o físico vienense Erwin Schrödinger, nascido em 1887, graduado em 1910. Em 1927, com 40 anos, foi para Berlim suceder a Max Planck. Em 1933, com 46 anos, como diretor da Escola de Física Teórica no “Institute for Advanced Studies” em Dublin, recebeu o Prêmio Nobel. Veremos no próximo número as contribuições de Schrödinger à Mecânica Quântica, assim como a de outros notáveis físicos, abordando os problemas do núcleo atômico.

Referência
ANDRADE, H. G. Psi quântico: uma extensão dos conceitos quânticos e atômicos à ideia do Espírito. São Paulo: Pensamento, 1986.

Ney Prieto Peres é engenheiro, pós-graduado em Administração de Empresas e Engenharia de Segurança do Trabalho. Autor do livro Manual prático do espírita (Editora Pensamento), é o segundo vice-presidente, diretor de Departamento e Conselheiro da Federação Espírita do Estado de São Paulo (FEESP). Cofundador do IBPP e da Aliança Espírita Evangélica