Conceitos de átomo

Uma teoria, que herdamos da Grécia do século V a.C., criou a idéia de que se dividíssemos um corpo, chegaríamos a uma parcela mínima, tão mínima que esta seria indivisível. A essa parcela deram o nome de átomo que quer dizer "indivisível" em grego. Assim, todas as coisas seriam feitas pela reunião de átomos.

Ao longo dos anos, houve muita pesquisa sobre o assunto. Hoje os cientistas apregoam que o átomo é divisível - em partícula subatômicas - que também são divisíveis. E mais, que o átomo é algo que se apresenta como se fosse um corpúsculo, mas se comporta como se fosse uma onda.

Os átomos, ao se ligarem partilhando suas partículas, geram moléculas, formadoras dos minerais. As moléculas, por sua vez formam as células vegetais e animais. As células, por sua vez, ao se desestruturarem liberam suas moléculas, que desfazem-se em átomos. Esse comportamento de relações contínuas e cíclicas leva-nos de volta ao nosso Uni-verso Vivo uno e diversificado, onde tudo é energia, isto é, moveres diferentes que se interligam em ondas, que compartilham suas partículas, formando moléculas que formam células...

Como entrar nessa realidade tão distante do mundo concreto que idealizamos? Pensar o Universo feito de moveres é como desembarcar em outro mundo, onde a lógica que possuímos não tem nenhum sentido. Será preciso um bom tempo para nos habituarmos.

Histórico

Os primórdios da teoria atômica remontam à antigüidade. No século V antes de cristo, o filósofo grego Leucipo ensinava aos seus seguidores que a matéria poderia ser formada por partículas muito pequenas (utilizava como analogia o fato da areia da praia parecer ser contínua quando vista de longe, porém, quando examinada de perto, compunha-se por inúmeros grãos).

Um de seus discípulos, Demócrito, aceitando a lógica dessa idéia, utilizou o nome átomo (do grego não divisível) as menores partículas constituintes da matéria. Esses conceitos amplamente difundidos por Lucrécio, em Roma, porém, durante muitos séculos, estas idéias permaneceram esquecidas...

A retomada do caminho que conduziria ao modelo atômico atual deve-se a três cientistas: Faraday, Plucker e Geissler.
Em 1685, Geissler, um cientista alemão, construiu um aparelho capaz de produzir vácuo, a partir de um aparelho inicialmente concebido por Torriceli. Desta maneira, foi capaz de esvaziar uma câmara de ar de maneira mais eficientes do que fora possível antes, sendo tal artefato denominado tubo de Geissler. Ao lançar cargas elétricas em uma câmara de vácuo, Faraday observou certa fluorescência, que foi definitivamente descrita por Julius Plücker. A este cientista, deve-se também a observação de que esta fluorescência era desviada de sua posição, quando colocada sobre a ação de um campo eletromagnético. Este era o primeiro passo, que levaria a descoberta das partículas subatômicas.

Na década de 1870, Eugen Goldstein introduziu o nome raios catódicos a luminescência observada anteriormente por Plücker. Observou também a existência de estranha radiação denominada raios canais, que seguia caminho contrário ao percorrido pelos raios catódicos.

Pouco tempo depois, William Crookes demonstrou que os raios catódicos caminhavam em linha reta. Mostrou também que estes eram capazes de por uma pequena roda em movimento, desviar sua trajetória na presença de um imã, e que pequenos objetos colocados no trajeto desses raios produziam sombra nítida. Com base nestas observações, concluiu estar lidando com partículas carregadas.

Perrin, em 1895, provou que os raios catódicos poderiam conferir uma carga altamente negativa a um cilindro, sobre o qual incidisse. Os raios catódicos, deveriam, consistir em um material negativamente carregado e, por isso mesmo, deveriam obviamente ser constituídos de partículas, ao invés de ondas. Perrin demonstrou também que os raios canais eram constituídos por partículas de cargas positivas.

Em 1897 Thomson trabalhando com tubos de alto vácuo, mostrou a deflexão dos raios catódicos pelo campo elétrico, tornando definitivamente aceita a teoria de que os raios catódicos eram de natureza corpuscular, sendo as partículas batizadas de elétrons, nome primeiramente utilizado por Stoney. Além disso, Thomson mediu a razão entre a carga e a massa das partículas dos raios catódicos, resultando que, se essa carga fosse igual à carga mínima de um íon conforme medida por Faraday, então a massa de tais partículas seria uma pequena fração da massa do átomo de hidrogênio. Com isto, abria-se uma nova área de estudo, para as partículas subatômicas. O modelo atômico concebido por Thomson.

No final do século XIX, Ernest Rutherford (discípulo de J.J. Thomsom), juntamente com os Curie, denominou os raios emitidos por substâncias radioativas de alfa (quando positivamente carregada) e beta (quando negativamente carregada). Em 1900, demonstrou que as formas de radiação não afetadas por campo magnético eram constituídas por ondas eletromagnéticas, denominando-a raios gama. Entre 1906 e 1909, provou que os raios positivos descobertos por Goldstein eram como as partículas alfa (átomos de hélio, desprovidos de elétrons - descoberta de Rutherford e Geiger).

Em 1906, após a realização de elegante experimento (figura 2), Ernest Rutherford elaborou o modelo atômico, no qual há um núcleo central positivamente carregado, e uma região pouco densa circundante, na qual se encontram os elétrons. Em 1914, propôs que os mais simples raios positivos deviam ser partículas obtidas a partir do átomo de hidrogênio, as quais denominou prótons.

Em 1920, pensava-se que o núcleo atômico era constituído por prótons e alguns elétrons, necessários para manter coeso o núcleo atômico. Por esta analogia, o átomo de hélio deveria conter 4 prótons e 2 elétrons, para ter uma carga +2. Entretanto, entre 1930 e 1932, dois físicos (Bothe e Joliot-Curie), notaram que alguns elementos leves, tal como o berílio, quando expostos a um bombardeio de partículas alfa, emitiam uma radiação cuja presença se manifestava através da expulsão de prótons da parafina. Em 1932, James Chadwick repetiu a experiência e demonstrou que a melhor maneira de explicar o fenômeno era supor que partículas alfa expulsavam do núcleo do berílio partículas neutras e que essas (de massa similar ao próton) expulsavam os prótons da parafina. Deste modo, descobriu-se o nêutron.

Após isto, Heisenberg fez notar que o núcleo atômico era composto por prótons e nêutrons, estando os elétrons apenas na periferia do átomo. Enrtretanto um problema incomodava os físicos: o que mantinha os prótons positivamente carregados tão unidos no diminuto núcleo?

Foi Yukawa quem imaginou a existência de forças eletromagnéticas ordinárias, envolvendo a troca de fótons, e que no núcleo existiria uma força nuclear envolvendo a transferência de alguma outra entidade. Tal força nuclear, se existisse, deveria ter um raio de ação extremamente reduzido, isto é, a distância não maior que a dimensão dos núcleos (cerca de um décimo trilionésimo de milímetro), a força seria muito forte, o suficiente para superar a repulsão entre os prótons, mas, não deveria se fazer sentir mesmo nos elétrons mais próximos.
Esta hipotética força, que originar-se-ia da transferência de partículas entre nêutrons e prótons, e teria massa estimada em 200 vezes a massa do elétron.

Em 1936, Carl David Anderson detectou a primeira partícula de massa intermediária, denominada méson mu, porém esta não satisfazia os preceitos de Yukawa, uma vez que interagia muito pouco com o núcleo atômico. Tempos depois constatou-se que o méson de Anderson era um elétron muito pesado.

Em 1947, Powell descreveu o méson pi, mais pesado e que se enquadrava perfeitamente na partícula descrita por Yukawa. Em 1950, Powell e Yukawa receberam o Nobel de Física.

Por fim, em 1950, Erwin Wilherlm Mueller, utilizando o microscópio eletrônico (desenvolvido por ele mesmo), observa diretamente o átomo, pelo menos a ponto de determinar sua posição regular em certas substâncias. Comprova-se assim, a existência em definitivo do átomo de Leucipo-Demócrito.