Modelo Atômico de Rutherford
Todos nós já vimos ameixas em um pudim. Anteriormente, pensava-se que os elétrons em um átomo estavam distribuídos sobre uma carga positiva, como ameixas em um pudim. Em outras palavras, pensava-se que a carga positiva existia por todo o átomo e os elétrons negativos estavam distribuídos de forma desigual nele, como as ameixas no pudim. Este conceito do modelo atômico é conhecido como o modelo de ameixas no pudim. Este conceito foi introduzido por J.J. Thomson, que também foi o descobridor dos elétrons. De acordo com o modelo de ameixas no pudim, as cargas positivas e negativas de um átomo estão distribuídas por todo o corpo do átomo e não deve haver nenhuma massa concentrada em um átomo.
Em 1899, Ernest Rutherford da Universidade de Manchester descobriu partículas alfa, que são íons de hélio carregados positivamente emitidos de substâncias radioativas como o urânio. Essas partículas alfa criam pontos brilhantes quando atingem uma tela revestida de sulfeto de zinco. Como não há massa concentrada em um átomo, previu-se que, se uma folha metálica fina fosse bombardeada com partículas alfa carregadas positivamente, todas essas partículas alfa passariam pela folha sem muito desvio em seu caminho de viagem.
O pequeno campo elétrico desenvolvido nos átomos não pode afetar muito o movimento da partícula. Portanto, previu-se que poderia haver menos de 1o de desvio no caminho do movimento das partículas alfa. Esta previsão inspirou Ernest Rutherford a conduzir experimentos para verificar o modelo de ameixas no pudim dos átomos. Ele instruiu seus colegas cientistas Ernest Marsden e Hans Geiger a bombardear com partículas alfa uma folha metálica fina para verificar esta previsão. Seguindo as instruções, Ernest Marsden e Hans Geiger realizaram um experimento e fizeram história. Eles colocaram um filme de ouro muito fino na frente de uma arma de raios alfa. Também colocaram uma tela de sulfeto de zinco ao redor do filme de ouro para observar os pontos brilhantes nela quando as partículas alfa a atingissem. Realizaram o experimento em um quarto escuro. Observaram durante o experimento que, conforme previsto, as partículas alfa atravessavam o filme e atingiam a tela de sulfeto de zinco atrás do filme.
Mas, após contar os pontos brilhantes na tela, encontraram um resultado inesperado. Nem todas as partículas alfa atravessaram a folha de maneira reta, como esperado. Uma pequena porcentagem das partículas alfa bombardeadas mudou sua direção de viagem ao atravessar o filme de ouro. Não apenas as partículas se desviaram de seu caminho, mas também algumas delas rebotaram diretamente de volta para a fonte ou a arma de raios alfa. Após um estudo detalhado da observação, Ernest Marsden e Hans Geiger apresentaram um relatório a Ernest Rutherford. Após analisar e estudar seu relatório, Rutherford previu um modelo diferente de um átomo, que é conhecido como Modelo Atômico de Rutherford.
Ele previu que as partículas alfa que rebotaram diretamente devem ter colidido com alguma massa muito mais pesada, e essa massa deveria ser carregada positivamente. Foi constatado também que algumas das partículas alfa desviadas não rebotaram, mas tiveram um ângulo de desvio muito grande. Observando diferentes ângulos de desvio e o número de partículas desviadas com esses ângulos, ele previu que as partículas alfa positivas também eram influenciadas por uma carga positiva concentrada comparativamente enorme. Ele afirmou que as concentrações de massa e carga positiva estão no mesmo lugar em um átomo e isso está no centro do átomo, e ele chamou isso de núcleo do átomo. Ele também afirmou que, exceto pelo núcleo central, todo o espaço no átomo é vazio.
Após este experimento com o filme de ouro, Rutherford propôs um modelo mais realista de um átomo. Este modelo também é chamado de Modelo Atômico Nuclear ou Modelo Planetário do Átomo. Este modelo foi proposto no ano de 1911. De acordo com o Modelo Atômico de Rutherford, quase toda a massa de um átomo está concentrada neste núcleo. Este núcleo é carregado positivamente e é cercado por partículas negativas leves, chamadas elétrons. Estes elétrons circulam ao redor do núcleo da mesma maneira que os planetas circulam ao redor do sol no sistema planetário. É por isso que este modelo também é referido como o Modelo Planetário do Átomo.
O raio do núcleo é de cerca de 10-13 cm. O raio da trajetória circular percorrida pelos elétrons ao redor do núcleo é de cerca de 10-12 cm, que é maior que o diâmetro de um elétron. O raio do átomo é de cerca de 10-8 cm. Assim, como um sistema planetário, o átomo também é de natureza extremamente aberta, devido à qual pode ser penetrado por partículas de alta velocidade de vários tipos. O Modelo Planetário Atômico de Rutherford é mostrado na figura abaixo-
Existe uma força de atração entre o núcleo carregado positivamente e os elétrons carregados negativamente que viajam ao redor do núcleo. Esta força eletrostática entre o núcleo carregado positivamente e os elétrons carregados negativamente é semelhante à força gravitacional de atração entre o Sol e os planetas que giram ao redor do sol. A maioria desta parte do átomo planetário é espaço aberto, que não oferece nenhuma resistência para a passagem de partículas carregadas positivamente, como partículas alfa.
O núcleo do átomo é muito pequeno, denso e carregado positivamente, o que resulta no espalhamento de partículas carregadas positivamente. Este fenômeno para o espalhamento de partículas alfa carregadas positivamente pelo núcleo carregado positivamente explica o espalhamento de partículas alfa carregadas positivamente pelo filme de ouro, como observado por Ernest Rutherford. O Modelo Atômico de Ernest Rutherford conseguiu substituir o modelo atômico Modelo de Ameixas no Pudim de Thomson dado pelo físico inglês Sir J.J. Thomson.
De acordo com o modelo atômico de Ernest Rutherford, os elétrons não estão ligados à massa do átomo. Os elétrons estão ou estacionários no espaço ou girando em caminhos circulares ao redor do núcleo. Mas, se os elétrons estiverem estacionários, eles devem cair no núcleo devido à força de atração entre o elétron e o núcleo. Por outro lado, se os elétrons estiverem se movendo em um caminho circular, então, de acordo com a teoria eletromagnética, a carga acelerada do elétron perderia continuamente sua energia e cairia no núcleo, como mostrado na figura abaixo. O Modelo Atômico de Rutherford falha em explicar por que os elétrons não caem no núcleo carregado positivamente.
Assim, as deficiências do Modelo Atômico de Rutherford podem ser descritas abaixo-
O Modelo Atômico de Rutherford não explica a distribuição dos elétrons nas órbitas.
O Modelo Atômico de Rutherford não explica a estabilidade do átomo como um todo.
As deficiências acima mencionadas do Modelo Atômico de Rutherford foram superadas pelo Modelo Atômico de Bohr (1913).
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