Por que esses fatores alteram a trajetória das partículas alfa?

Rutherford chegou à conclusão de que o átomo teria um núcleo pequeno, denso e positivo, além de elétrons girando ao redor do núcleo em uma região vazia chamada eletrosfera.

No ano de 1911, o físico neozelandês Ernest Rutherford conduziu um experimento muito importante que mudou o modo como o átomo era visto pelos cientistas da época. Até o momento, o modelo atômico aceito era o de Thomson, que dizia que o átomo seria uma esfera positiva, não maciça, incrustada de elétrons e com carga elétrica total nula.

O experimento em questão é demonstrado na figura abaixo, onde temos uma amostra do elemento radioativo polônio dentro de um bloco de chumbo. A radiação alfa (α) que saía do polônio passava por um pequeno orifício do bloco de chumbo e ia em direção a uma finíssima lâmina de ouro. Atrás dessa lâmina de ouro havia um anteparo fluorescente, pois foi recoberto de sulfeto de zinco, que mostraria uma luminosidade onde as partículas alfa incidissem.

O resultado observado foi o seguinte:

1. A maioria das partículas continuou sua trajetória atravessando a lâmina de ouro;

2. Poucas partículas atravessaram a lâmina e desviaram-se de sua trajetória;

3. Poucas partículas foram refletidas, não atravessando a lâmina.

Cada um desses fatos levou Rutherford à conclusão de que o modelo de Thomson estava incorreto:

1. O fato de a grande maioria das partículas alfa atravessar a lâmina de ouro indica que a maior parte do átomo trata-se, na verdade, de espaços vazios;

2. O fato de poucas partículas que atravessaram a lâmina de ouro terem sofrido um desvio na sua trajetória indica que elas se aproximavam de alguma região do átomo que tivesse a mesma carga que elas, isto é, carga positiva, sendo assim repelidas;

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3. As poucas partículas que foram rebatidas pela lâmina de ouro indicavam que o átomo possui uma região maciça que impedia essa passagem, com carga igual, isto é, positiva. As partículas refletidas bateriam de frente com essa região.

Explicação do experimento de Rutherford e modelo do átomo

Essas observações levaram Rutherford a criar um novo modelo atômico:

Modelo atômico de Rutherford: O átomo possui uma região central chamada de núcleo atômico, onde fica praticamente toda a massa do átomo e que apresenta carga positiva, e uma região denominada de eletrosfera, onde os elétrons ficam girando ao redor do núcleo.

Esse modelo de Rutherford ficou conhecido como sistema planetário ou sistema solar, porque o Sol seria o núcleo, enquanto os planetas seriam os elétrons que ficam girando ao redor.

Alguns anos mais tarde a terceira partícula subatômica (nêutron) foi descoberta e alterou-se um pouco o modelo de Rutherford. O núcleo atômico era composto pelos prótons (partículas positivas) e nêutrons (partículas neutras), compondo quase que a massa total do átomo:

O tempo, algo difícil de ser explicado, mas por todos percebido. Assista à nossa aula para entender como Agostinho de Hipona, o Santo Agostinho, compreendeu o tempo dentro de sua filosofia.

Em 1.911, Lord Rutherford e sua equipe de colaboradores utilizaram o polônio como fonte de partículas alfa. Esse elemento radioativo emite contínua e espontaneamente partículas alfa de seus átomos. Já se sabia que essas partículas eram dotadas de carga elétrica positiva, com massa 4 x 1.836 vezes maior que a dos elétrons, e eram emitidas com velocidade da ordem de 20.000 Km/s. Um fragmento de polônio funcionava como uma arma de fogo disparando projéteis; estes seriam as partículas alfa e a arma de fogo, o fragmento de polônio. As partículas alfa são invisíveis, porém, ao colidir em substâncias fluorescentes, como o sulfeto de zinco (ZnS), produzem cintilações que podem ser detectadas.

Um fragmento de polônio foi colocado no interior de um bloco de chumbo com um orifício através do qual saía um feixe de partículas alfa provenientes do polônio.

Diante do feixe de partículas alfa foi colocada uma chapa recoberta internamente com material fluorescente (ZnS), para que nela se registrassem as cintilações provocadas pela colisão das partículas alfa.

Colocando uma lâmina delgada (fina) de ouro (Au) interceptando o feixe de partículas alfa, Rutherford e seus colaboradores notaram que a grande maioria das partículas alfa atravessava livremente a lâmina, como se nada existisse em seu caminho, e continuava produzindo cintilações numa região da chapa fluorescente, o que indicava que as partículas alfa se propagavam na mesma direção, sem sofrer nenhum desvio. Ocasionalmente, porém, algumas partículas alfa eram desviadas de sua trajetória, ao atravessar a lâmina, e iam produzir cintilações em pontos afastados da região de incidência da grande maioria das partículas alfa.

Muito raramente, algumas partículas alfa eram refletidas ao incidir sobre a lâmina de ouro.

Para esclarecer a passagem das partículas alfa através da lâmina delgada de ouro como se nada existisse em sua trajetória, Rutherford admitiu que a massa dos átomos constituintes da lâmina deveria estar concentrada em pequenos núcleos.

Para explicar o desvio de algumas partículas, Rutherford admitiu que esses núcleos teriam carga positiva; como as partículas alfa são positivas, as que passam muito próximo dos núcleos dos átomos da lâmina sofrem um desvio em sua trajetória, pelo fato das cargas de ambos, das partículas alfa e do núcleo do átomo de ouro serem positivas, elas repelem-se entre si.

As partículas alfa que colidiam frontalmente com o núcleo eram refletidas. Como o tamanho do núcleo é muito pequeno em relação ao tamanho do átomo, a probabilidade de uma partícula alfa passar próximo ao núcleo ou colidir frontalmente com ele é muito pequena. Por isso, a grande maioria das partículas alfa atravessava a lâmina de ouro sem sofrer desvio em sua trajetória. Finalmente, como a massa da partícula alfa é 4 x 1.836 vezes maior que a do elétron, ela não poderia sofrer desvios na colisão com ele. Imaginar um desvio da partícula alfa ao colidir com um elétron seria tão absurdo como imaginar um projétil disparado por uma arma de fogo ser desviado ao colidir com um grão de poeira em suspensão no ar.

Com essa experiência, Rutherford conclui que:  átomo é formado por um núcleo muito pequeno em relação ao átomo, com carga positiva, no qual se concentra praticamente toda a massa do átomo. Ao redor do núcleo localizam-se os elétrons neutralizando a carga positiva. Assim, ele “criou” seu modelo atômico.

Por que esses fatores alteram a trajetória das partículas α?

Porque algumas partículas alfa sofrem desvios ao atingir a folha de ouro?

Como Rutherford explicava os desvios na trajetória das partículas alfa?

Por que apenas uma ínfima quantidade de partículas alfa sofreu desvio de trajetória ao colidir com a lâmina de ouro?