Modelo Rutherford - Rutherford model

Diagrama básico do modelo nuclear atômico: elétrons em verde e núcleo em vermelho
Animação 3D de um átomo incorporando o modelo de Rutherford

O modelo de Rutherford foi desenvolvido pelo físico Ernest Rutherford, nascido na Nova Zelândia, para descrever um átomo . Rutherford dirigiu o experimento Geiger-Marsden em 1909, o que sugeriu, na análise de Rutherford 1911, que JJ Thomson 's modelo pudim de ameixa do átomo estava incorreta. O novo modelo de Rutherford para o átomo, com base nos resultados experimentais, continha novas características de uma carga central relativamente alta concentrada em um volume muito pequeno em comparação com o resto do átomo e com este volume central também contendo a maior parte da massa atômica de o átomo. Essa região seria conhecida como " núcleo " do átomo.

Base experimental para o modelo

Rutherford derrubou o modelo de Thomson em 1911 com seu conhecido experimento com folha de ouro, no qual demonstrou que o átomo tem um núcleo minúsculo e pesado. Rutherford planejou um experimento para usar as partículas alfa emitidas por um elemento radioativo como sondas para o mundo invisível da estrutura atômica. Se Thomson estivesse correto, o feixe passaria direto pela folha de ouro. A maioria das vigas passou pela folha, mas algumas foram desviadas.

Rutherford apresentou seu próprio modelo físico para a estrutura subatômica, como uma interpretação para os resultados experimentais inesperados. Nele, o átomo é composto de uma carga central (este é o núcleo atômico moderno , embora Rutherford não tenha usado o termo "núcleo" em seu artigo) cercado por uma nuvem de (presumivelmente) elétrons em órbita . Neste artigo de maio de 1911, Rutherford se comprometeu apenas com uma pequena região central de carga positiva ou negativa muito alta no átomo.

Para concretizar, considere a passagem de uma partícula α de alta velocidade através de um átomo com carga central positiva N  e , rodeado por uma carga compensatória de N elétrons.

A partir de considerações puramente energéticas de quão longe as partículas de velocidade conhecida seriam capazes de penetrar em direção a uma carga central de 100 e, Rutherford foi capaz de calcular que o raio de sua carga central de ouro precisaria ser menor (quanto menos não poderia ser dito ) do que 3,4 × 10 -14 metros. Isso ocorreu em um átomo de ouro conhecido por ter aproximadamente 10 a 10 metros de raio - uma descoberta muito surpreendente, pois implicava uma forte carga central inferior a 1/3000 do diâmetro do átomo.

O modelo de Rutherford serviu para concentrar grande parte da carga e massa do átomo em um núcleo muito pequeno, mas não atribuiu nenhuma estrutura aos elétrons restantes e à massa atômica remanescente. Mencionou o modelo atômico de Hantaro Nagaoka , no qual os elétrons estão dispostos em um ou mais anéis, com a estrutura metafórica específica dos anéis estáveis ​​de Saturno. O modelo do pudim de ameixa de JJ Thomson também tinha anéis de elétrons em órbita. Jean Baptiste Perrin afirmou em sua palestra no Nobel que foi o primeiro a sugerir o modelo em seu artigo datado de 1901. Mas, na verdade, o físico Joseph Larmor criou o primeiro modelo do sistema solar do átomo em 1897.

O artigo de Rutherford sugeriu que a carga central de um átomo pode ser "proporcional" à sua massa atômica em unidades de massa de hidrogênio u (aproximadamente 1/2 dela, no modelo de Rutherford). Para o ouro, esse número de massa é 197 (então não conhecido com grande precisão) e, portanto, foi modelado por Rutherford para ser possivelmente 196 u. No entanto, Rutherford não tentou fazer a conexão direta da carga central com o número atômico , uma vez que o "número atômico" do ouro ( naquela época apenas seu número de posição na tabela periódica ) era 79, e Rutherford modelou a carga em cerca de + 100 unidades (na verdade, ele sugeriu 98 unidades de carga positiva, perfazendo metade de 196). Assim, Rutherford não sugeriu formalmente que os dois números (posição da tabela periódica, 79, e carga nuclear, 98 ou 100) poderiam ser exatamente os mesmos.

Um mês depois que o artigo de Rutherford apareceu, a proposta sobre a identidade exata do número atômico e da carga nuclear foi feita por Antonius van den Broek , e mais tarde confirmada experimentalmente dentro de dois anos, por Henry Moseley .

Estes são os principais indicadores:

  • A nuvem de elétrons do átomo não influencia o espalhamento da partícula alfa .
  • Grande parte da carga positiva de um átomo está concentrada em um volume relativamente pequeno no centro do átomo, conhecido hoje como núcleo . A magnitude dessa carga é proporcional (até um número de carga que pode ser aproximadamente a metade) da massa atômica do átomo - sabe-se agora que a massa restante é atribuída principalmente aos nêutrons . Essa massa e carga central concentrada é responsável por desviar as partículas alfa e beta .
  • A massa de átomos pesados ​​como o ouro concentra-se principalmente na região de carga central, uma vez que os cálculos mostram que ela não é defletida ou movida pelas partículas alfa de alta velocidade, que têm um momento muito alto em comparação com os elétrons, mas não em relação a uma carga pesada átomo como um todo.
  • O próprio átomo tem cerca de 100.000 (10 5 ) vezes o diâmetro do núcleo. Isso pode estar relacionado a colocar um grão de areia no meio de um campo de futebol .

Contribuição para a ciência moderna

Após a descoberta de Rutherford, os cientistas começaram a perceber que o átomo não é, em última análise, uma única partícula, mas é feito de partículas subatômicas muito menores . Pesquisas subsequentes determinaram a estrutura atômica exata que levou ao experimento de folha de ouro de Rutherford . Os cientistas descobriram finalmente que os átomos têm um núcleo positivamente carregados (com um número exacto atómica de cargas), no centro, com um raio de cerca de 1,2 x 10 -15 metros x [número de massa atómica] 1 / 3 . Os elétrons são ainda menores.


Mais tarde, os cientistas descobriram o número esperado de elétrons (o mesmo que o número atômico) em um átomo usando raios-X . Quando um raio-X passa por um átomo, parte dele se espalha , enquanto o resto passa pelo átomo. Uma vez que o raio X perde sua intensidade principalmente devido ao espalhamento nos elétrons, observando a taxa de diminuição na intensidade do raio X, o número de elétrons contidos em um átomo pode ser estimado com precisão.

Simbolismo

Escudo da Comissão de Energia Atômica dos EUA

O modelo de Rutherford acatou a ideia de muitos elétrons em anéis, de acordo com Nagaoka. No entanto, uma vez que Niels Bohr modificou essa visão em uma imagem de apenas alguns elétrons parecidos com planetas para átomos leves, o modelo de Rutherford-Bohr cativou a imaginação do público. Desde então, tem sido continuamente usado como um símbolo para átomos e até mesmo para energia "atômica" (embora seja mais apropriadamente considerada energia nuclear). Exemplos de seu uso no século passado incluem, mas não estão limitados a:

Referências

links externos