Átomo: Demócrito, Thomson, Rutherford, Bohr e história do átomo

Carlos Roberto de Lana
(Atualizado em 1º/04/2014, às 12h59)

A ciência ocupa em nosso mundo moderno e tecnológico um papel tão importante que a ideia que tendemos a formar sobre ela é de um conjunto de disciplinas matemáticas complexas, cuja compreensão paira muito acima das cabeças do público leigo. Mas essa não é exatamente a verdade.

Um exemplo interessante de como a ciência transforma ideias em descobertas cada vez mais aprofundadas é a história do átomo. Em qualquer artigo científico sobre o assunto, publicado por alguma revista especializada, encontraremos a palavra átomo associada a poderosos aceleradores de partículas (que, em geral, não sabemos bem o que são ou como funcionam), dentro dos quais ocorrem estranhos fenômenos que permitem aos cientistas confirmar a existência de subpartículas de nomes impossíveis de lembrar como quarks, léptons ou mésons.

Mas nossa relação com os átomos começou de um modo mais simples. Na antiga Grécia, no século 4º. a.C., dois filósofos, Leucipo e Demócrito, observaram o comportamento da matéria e acharam interessante sua característica de poder ser dividida. Então, eles se fizeram a pergunta "o que acontece se uma porção de matéria for dividida continuamente?"

Porção indivisível

A conclusão a que chegaram é que essa sequência de divisões não poderia ser infinita. Em algum momento, se chegaria a uma porção de matéria que não poderia mais ser dividida. A essa porção deram o nome de átomo - do grego a=não, tomo=divisão. O átomo seria portanto a porção constituinte mínima e indivisível de toda a matéria. Esta ideia do átomo como uma "bolinha" microscópica maciça, formadora de tudo que é material, seguiu quase inalterada por 2 mil anos, até que o químico inglês John Dalton descobriu que cada substância pura era constituída de um único tipo de átomos, que eram idênticos entre si quanto às suas propriedades, tamanho e modo de reação química.

Com Dalton, os átomos deixaram de ser identidades físico-químicas genéricas e ganharam nomes próprios, conforme as substâncias que constituíam e às quais emprestavam suas propriedades. Assim as características do ferro eram decorrentes de este ser formado por átomos do ferro, que eram diferentes em suas características fundamentais, por exemplo, dos átomos do alumínio.

Interações atômicas

Dalton descobriu também que esses átomos de características próprias, conforme o tipo, reagem entre si de acordo com proporções numéricas simples, deixando claro que as diferentes combinações e transformações da matéria eram resultantes das interações entre seus átomos.

A partir do século 19, aconteceu um grande número de descobertas e teorias a respeito da natureza dos átomos:

  • Faraday, estudando a eletrólise, lançou a ideia de que a eletricidade estivesse associada aos átomos;
  • Röentgen descobriu os raios X;
  • Becquerel descobriu a radiatividade;
  • Marie e Pierre Curie descobriram os elementos rádio e polônio.

Em meio a este acúmulo de evidências, ficava cada vez mais claro aos cientistas que o átomo deveria ser algo mais que uma bolinha maciça muito pequena. A ideia dos gregos de que a menor partícula da matéria deveria seria uniforme e indivisível começava a cair por terra.

Thomson e Rutherford

Primeiro com Thomson, que, pesquisando descargas elétricas em alto vácuo, descobriu os elétrons. Para ele, os átomos seriam compostos por um núcleo gelatinoso de carga elétrica positiva, no qual estariam incrustados os elétrons, de carga elétrica negativa.

Em seguida, com Nelson Ernest Rutherford, físico neozelandês, que em 1911 rompeu em definitivo com o modelo grego antigo de átomo, com sua célebre experiência na qual bombardeou uma fina lâmina de ouro com partículas em alta velocidade, constatando que a maioria das partículas atravessava o ouro como se o metal não lhe oferecesse nenhum obstáculo ao trajeto.

Rutherford concluiu que o átomo deveria ser formado em sua maior parte de espaços vazios. Desenvolveu, então, o chamado modelo atômico planetário, no qual o átomo seria comparado a um sistema solar, com o núcleo de carga elétrica positiva no centro e os elétrons, de carga negativa, orbitando em torno dele na eletrosfera.

Modelo atômico Rutherford-Bohr

A concepção de Thomson e Rutherford seria posteriormente aperfeiçoada pelo físico dinamarquês Niels Bohr, razão pela qual o átomo planetário é também conhecido como Modelo atômico de Rutherford-Bohr.

É de Bohr a inclusão no modelo atômico da teoria quântica, que explicava como os diferentes níveis de energia na eletrosfera impediam os elétrons de cair como um meteoro no núcleo, o que fatalmente aconteceria se o átomo se comportasse apenas como um sistema solar, como Rutherford inicialmente propôs.

Derrubada a ideia do átomo maciço e indivisível, coube ao mesmo Rutherford propor que nem mesmo o núcleo atômico se enquadrava nesta definição. Ao contrário, o núcleo seria formado por partículas ainda menores. Os de carga positiva receberam o nome de próton, sendo que o núcleo do hidrogênio - o mais simples dos elementos - seria composto de apenas uma destas partículas.

Chadwick e o nêutron

Em 1932, Chadwick descobriu o nêutron, que seria a segunda partícula constituinte do núcleo, só que não dotado de carga elétrica, como seu vizinho positivo.

Chegamos então à concepção atual do átomo, onde um núcleo pequeno e maciço, composto de prótons de carga elétrica positiva e nêutrons sem carga elétrica, são envoltos por uma eletrosfera formada por elétrons de pouquíssima massa e carga elétrica negativa.

Num resumo aproximado, poderíamos dizer que as partículas atômicas tem a seguinte identidade:

  Massa Carga Elétrica
Próton massa 1 carga elétrica + 1
Nêutron massa 1 carga elétrica 0
Elétron massa desprezível carga elétrica -1

Já as representações do átomo podem variar bastante, conforme o modelo representado, desde o desenho clássico do modelo Rutherford-Bohr às representações mais sofisticadas que mostram os elétrons circulando em orbitais elípticos.

Das partículas indivisíveis de Leucipo e Demócrito à mecânica quântica e ao princípio da incerteza de Heisenberg, nosso conhecimento sobre os átomos percorreu um longo caminho.

Pode ser que conceitos como dualidade partícula-onda atribuída ao elétron pareçam um tanto incompreensíveis à maioria, mas tudo começou com homens curiosos, que, com seus recursos simples, observavam a natureza e tentavam entendê-la.

Carlos Roberto de Lana é engenheiro químico.



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