Modelos atômicos - Rutherford
História dos modelos atômicos e sua relação com a Física Quântica
FÍSICA MODERNA
Até o final do século XIX, não existia ainda um modelo de constituição da matéria que fosse satisfatório. Entretanto, a idéia da existência de átomos, como corpúsculos básicos de constituição da matéria, já era bem aceito. Várias foram as tentativas de representar o átomo, mas foi o trabalho de Rutherford que deu início a uma explicação mais consistente e coerente com os experimentos da época.
Rutherford fazia partículas alfa atravessarem diferentes materiais de diferentes espessuras e observava o caminho seguido pelas partículas após atravessarem os materiais. Normalmente essas partículas atravessavam finas folhas de metal sofrendo apenas pequenos desvios. Em 1911, Ernest Marsden observou que algumas partículas alfa, após atravessarem uma fina placa de metal, sofriam desvios inexplicavelmente grandes. Esses grandes desvios levaram Rutherford a elaborar um modelo atômico: o átomo deveria ser constituído de um núcleo com cargas positivas, onde se concentrava praticamente toda a sua massa, e uma eletrosfera, na qual estavam girando as cargas negativas (modelo planetário). O núcleo deveria ser extraordinariamente pequeno e por isso a maioria das partículas alfa atravessavam os metais sem sofrer desvios. No entanto, quando uma partícula alfa (núcleo do átomo de Hélio, portanto partículas de carga positiva) era lançada em direção ao núcleo do átomo, era fortemente repelida e, por isso, sofria um grande desvio. Rutherford previu também que entre o núcleo e a eletrosfera deveria existir um grande espaço vazio e avaliou que o diâmetro do átomo (núcleo e eletrosfera) deveria ser 10.000 vezes maior que o diâmetro do núcleo.
Esse modelo de Rutherford explicava bem as experiências da época, mas ele apresentava dois grandes problemas em relação à física clássica.
Se o elétron gira em torno do núcleo, ele possui aceleração centrípeta e, segundo o eletromagnetismo, partículas carregadas e aceleradas deveriam emitir ondas eletromagnéticas. Isso faria com que essas partículas (elétrons) perdessem energia ao emitir tais ondas o que causaria um colapso do átomo, pois os elétrons deveriam mover-se em espiral até, por fim, se chocarem com o próprio núcleo.
O modelo permitia que o elétron girasse em torno do núcleo em qualquer órbita, ou seja, não havia nenhuma restrição para a órbita do elétron. Por outro lado, os estudos dos espectros do átomo de hidrogênio indicavam o contrário: os elétrons possuem apenas algumas órbitas estáveis.
O modelo de Rutherford deveria ser ajustado. Mas como? Poderia haver alguma relação entre o estudo da radiação do corpo negro e da quantização da energia – a física nova - com essas questões?
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