Hipótese de Prout - Prout's hypothesis

A hipótese de Prout foi uma tentativa do início do século 19 de explicar a existência de vários elementos químicos por meio de uma hipótese sobre a estrutura interna do átomo . Em 1815 e 1816, o químico inglês William Prout publicou dois artigos nos quais observou que os pesos atômicos medidos para os elementos conhecidos naquela época pareciam múltiplos inteiros do peso atômico do hidrogênio . Ele então formulou a hipótese de que o átomo de hidrogênio era o único objeto verdadeiramente fundamental, que ele chamou de protilo , e que os átomos de outros elementos eram, na verdade, agrupamentos de vários números de átomos de hidrogênio.

A hipótese de Prout foi uma influência sobre Ernest Rutherford quando ele conseguiu "tirar" os núcleos de hidrogênio de átomos de nitrogênio com partículas alfa em 1917, e assim concluiu que talvez os núcleos de todos os elementos fossem feitos de tais partículas (o núcleo de hidrogênio), que em 1920 ele sugeriu ser nomeado prótons , do sufixo "-on" para partículas, adicionado ao radical da palavra de Prout "protilo". A suposição, conforme discutida por Rutherford, era de um núcleo consistindo de prótons Z + N = A mais N elétrons de alguma forma presos dentro, reduzindo assim a carga positiva para + Z como observado e explicando vagamente a radioatividade do decaimento beta. Essa constituição nuclear era conhecida por ser inconsistente com a dinâmica tanto clássica quanto quântica inicial, mas parecia inevitável até a hipótese do nêutron por Rutherford e descoberta por Chadwick.

A discrepância entre a hipótese de Prout e a variação conhecida de alguns pesos atômicos para valores distantes de múltiplos integrais do hidrogênio foi explicada entre 1913 e 1932 pela descoberta dos isótopos e do nêutron . De acordo com a regra do número inteiro de Francis Aston , a hipótese de Prout é correta para massas atômicas de isótopos individuais, com um erro de no máximo 1%.

Influência

A hipótese de Prout permaneceu influente na química ao longo da década de 1820. No entanto, medições mais cuidadosas dos pesos atômicos, como as compiladas por Jöns Jakob Berzelius em 1828 ou Edward Turner em 1832, refutaram a hipótese. Em particular, o peso atômico do cloro , que é 35,45 vezes o do hidrogênio , não poderia ser explicado na época em termos da hipótese de Prout. Alguns propuseram a alegação ad hoc de que a unidade básica era a metade de um átomo de hidrogênio, mas outras discrepâncias surgiram. Isso resultou na hipótese de que um quarto de um átomo de hidrogênio era a unidade comum. Embora tenham se revelado erradas, essas conjecturas catalisaram medições adicionais dos pesos atômicos.

A discrepância nos pesos atômicos era em 1919 suspeitada ser o resultado da ocorrência natural de vários isótopos do mesmo elemento. FW Aston descobriu vários isótopos estáveis ​​para vários elementos usando um espectrógrafo de massa . Em 1919, Aston estudou o neon com resolução suficiente para mostrar que as duas massas isotópicas são muito próximas dos inteiros 20 e 22 e que nenhuma é igual à massa molar conhecida (20,2) do gás neon.

Em 1925, descobriu-se que o cloro problemático era composto pelos isótopos ³⁵ Cl e ³⁷ Cl , em proporções tais que o peso médio do cloro natural era cerca de 35,45 vezes o do hidrogênio. Para todos os elementos, cada isótopo individual de número de massa A acabou tendo uma massa muito próxima de A vezes a massa de um átomo de hidrogênio, com um erro sempre menor que 1%. Isso é quase errado para a lei de Prout estar correta. No entanto, a regra não foi encontrada para prever as massas dos isótopos melhor do que isso para todos os isótopos, principalmente devido a defeitos de massa resultantes da liberação de energia de ligação nos núcleos atômicos quando eles são formados.

Embora todos os elementos sejam o produto da fusão nuclear do hidrogênio em elementos superiores, agora é entendido que os átomos consistem tanto de prótons (núcleos de hidrogênio) quanto de nêutrons . A versão moderna da regra de Prout é que a massa atômica de um isótopo de número de prótons ( número atômico) Z e número de nêutrons N é igual à soma das massas de seus prótons e nêutrons constituintes, menos a massa da energia de ligação nuclear, a defeito de massa . De acordo com a regra do número inteiro proposta por Francis Aston , a massa de um isótopo é aproximadamente, mas não exatamente, seu número de massa A ( Z  +  N ) vezes uma unidade de massa atômica (u), mais ou menos discrepância de energia de ligação - massa atômica unidade sendo a aproximação moderna para "massa de um próton, nêutron ou átomo de hidrogênio". Por exemplo , átomos de ferro-56 (que têm entre as energias de ligação mais altas) pesam apenas cerca de 99,1%, tanto quanto 56 átomos de hidrogênio. A falta de 0,9% da massa representa a energia perdida quando o núcleo de ferro foi feito de hidrogênio dentro de uma estrela. (Veja nucleossíntese estelar .)

Alusões literárias

Em seu romance de 1891, The Doings of Raffles Haw , Arthur Conan Doyle fala sobre transformar elementos em outros elementos de número atômico decrescente , até que uma matéria cinzenta seja alcançada.

Em seu 1959 romance Vida e Destino , Vasily Grossman caráter de principal, o físico Viktor Shtrum, reflete sobre a hipótese de Prout sobre hidrogênio sendo a origem de outros elementos (eo fato feliz que dados incorretos de Prout levou a uma conclusão essencialmente correta), como ele se preocupa com sua incapacidade de formular sua própria tese.

Veja também

• Energia de ligação

Referências

Notas de rodapé

Citações

Leitura adicional

links externos

• A fórmula semi-empírica para massas atômicas