Modelo atómico com núcleo: quem foi o seu autor
O modelo atómico com núcleo foi proposto pelo físico neozelandês Ernest Rutherford, em 1911, na Universidade de Manchester. Rutherford chegou a esta conclusão depois de interpretar os resultados de uma experiência realizada pelos seus colaboradores Hans Geiger e Ernest Marsden, na qual um feixe de partículas alfa foi disparado contra uma fina folha de ouro. O comportamento inesperado dessas partículas levou-o a propor que a massa e a carga positiva do átomo estão concentradas numa região central extremamente pequena e densa, que ele próprio viria a designar, em 1912, como «núcleo».
O que existia antes do modelo de Rutherford
Até 1911, o modelo atómico dominante era o de Joseph John Thomson, conhecido informalmente como «modelo do pudim de passas» (plum pudding model). Thomson, que tinha descoberto o eletrão em 1897, imaginava o átomo como uma esfera de carga positiva difusa, com os eletrões negativos dispersos no seu interior, de forma semelhante a passas espalhadas numa massa. Este modelo explicava a existência de cargas elétricas dentro do átomo, mas não conseguia justificar certos comportamentos observados em experiências com radiação, o que motivou Rutherford a testá-lo diretamente.
A experiência da folha de ouro
Entre 1908 e 1913, a equipa de Rutherford bombardeou uma finíssima folha de ouro com partículas alfa (núcleos de hélio, de carga positiva), observando depois em que direção essas partículas eram desviadas ao atravessar o metal. Se o modelo de Thomson estivesse correto, esperava-se que quase todas as partículas atravessassem a folha com desvios mínimos, dada a distribuição uniforme e difusa da carga positiva.
Os resultados contrariaram essa expectativa: a grande maioria das partículas alfa atravessou a folha sem qualquer desvio significativo, mas uma pequena fração foi desviada em ângulos muito acentuados, e algumas até ressaltaram na direção da fonte. Rutherford descreveu este resultado como algo tão surpreendente como disparar um projétil de canhão contra uma folha de papel de seda e vê-lo ricochetear.
A interpretação de Rutherford
Para explicar estes desvios, Rutherford concluiu que a carga positiva e quase toda a massa do átomo não podiam estar distribuídas de forma difusa, mas sim concentradas numa região extremamente reduzida, ocupando uma fração mínima do volume total do átomo. Nascia assim o conceito de núcleo atómico: um centro denso e positivamente carregado, rodeado por um espaço praticamente vazio no qual se moveriam os eletrões, de carga negativa, mantidos em órbita pela atração elétrica exercida pelo núcleo.
Este modelo, apresentado publicamente em 1911 e desenvolvido em publicações subsequentes, é geralmente conhecido como modelo atómico de Rutherford ou modelo nuclear do átomo. Foi a primeira proposta científica a distinguir claramente entre um núcleo central, onde se concentra a massa, e uma região periférica ocupada pelos eletrões.
Limitações do modelo e os desenvolvimentos posteriores
Apesar de revolucionário, o modelo de Rutherford apresentava um problema teórico grave à luz da física clássica: um eletrão em órbita, ao ser uma carga acelerada, deveria perder energia continuamente sob a forma de radiação eletromagnética, acabando por colapsar em espiral sobre o núcleo em frações de segundo. Este paradoxo foi resolvido dois anos depois, em 1913, pelo físico dinamarquês Niels Bohr, que introduziu conceitos da física quântica então emergente para propor que os eletrões apenas podem ocupar determinadas órbitas estáveis, com níveis de energia bem definidos. O resultado ficou conhecido como modelo de Bohr ou modelo de Rutherford-Bohr, e serviu de base para os desenvolvimentos posteriores da mecânica quântica aplicada ao átomo.
Perguntas frequentes
Quem descobriu o núcleo atómico?
O núcleo atómico foi identificado por Ernest Rutherford em 1911, com base nos resultados experimentais obtidos por Hans Geiger e Ernest Marsden na experiência da folha de ouro.
Em que ano foi proposto o modelo atómico de Rutherford?
O modelo foi apresentado em 1911, e o termo «núcleo» para designar o centro do átomo foi introduzido pelo próprio Rutherford no ano seguinte, em 1912.
Qual era o modelo atómico anterior ao de Rutherford?
Antes de Rutherford, o modelo dominante era o de Joseph John Thomson, conhecido como «modelo do pudim de passas», que descrevia o átomo como uma esfera de carga positiva difusa com eletrões dispersos no seu interior.
Qual foi a principal limitação do modelo de Rutherford?
O modelo não explicava por que razão os eletrões em órbita não perdiam energia e colapsavam sobre o núcleo, um problema resolvido em 1913 por Niels Bohr através da introdução de níveis de energia quantizados.
O modelo de Rutherford e o modelo de Bohr são a mesma coisa?
Não. O modelo de Rutherford descreve apenas a existência de um núcleo central positivo rodeado por eletrões, enquanto o modelo de Bohr, desenvolvido a partir daquele, acrescenta a ideia de órbitas eletrónicas estáveis com energias definidas.