Os cientistas experimentaram e observaram elementos e seu comportamento, o que os ajudou a descobrir a existência de átomos e a enquadrar a teoria atômica.
A teoria atômica surgiu muito antes do primeiro microscópio eletrônico de transmissão, o que significa que sabíamos dos átomos muito antes de os vermos!Quem disse que você precisa ver coisas para saber sobre eles! Não vimos gravidade, nem eletricidade, nem magnetismo, e ainda sabemos muito sobre essas coisas. A ciência sempre foi meio estranha no sentido de que coisas conhecidas por nós não estão disponíveis apenas através da observação visual. A curiosidade impulsiona todas as descobertas científicas, mas quando as pessoas careciam de provas físicas e tangíveis suficientes, elas provam suas teorias através de resultados indiretos. Este método de determinação de resultados é o fundamento da teoria atômica moderna.
Por que não podemos ver átomos?
Simplesmente, porque eles são incrivelmente pequenos! Um objeto é visível quando desvia a luz que cai sobre ele. O tamanho dos átomos varia entre 30 e 300 horas, aproximadamente da ordem de 10 a 12 m. Para microscópios ópticos, os átomos são invisíveis, ou seja, os átomos não interagem com as partículas de luz, portanto não há deflexão. Não foi até a invenção dos microscópios eletrônicos que tivemos um vislumbre do átomo. Um feixe de elétrons, que tem um comprimento de onda menor que a luz visível, é disperso quando atinge o alvo; essa dispersão permite a criação de uma imagem. Existem muitos microscópios mais avançados que não apenas nos permitem observar átomos, mas também auxiliam na movimentação de átomos em uma amostra para estudá-los!
Como pensamos na existência de um átomo?
A formulação da teoria atômica se estende por muitos anos. Aqui está uma tentativa rudimentar de cronograma do processo de formulação da teoria atômica, iniciado no período pré-socrático.
Avanço pictórico do modelo atômico (Crédito da foto: Nasky / Shutterstock)
- Demócrito, o filósofo grego, foi o primeiro a pensar em átomos. Se um pedaço de matéria é dividido em partes cada vez menores, todas as partículas ainda possuem as mesmas propriedades. Se continuarmos dividindo a matéria, chega um momento em que não podemos dividi-la ainda mais. Esta partícula indivisível é ‘atomos’. Uma coisa notável foi que os atomistas durante esse tempo acreditavam que os átomos de toda a matéria eram semelhantes em todos os aspectos.
- Os ensinamentos atomistas foram perdidos por aproximadamente dois milênios até o século XIX, quando John Dalton propôs pela primeira vez uma teoria atômica . Enquanto tentava descobrir por que os elementos apenas se combinavam em ‘razões de número inteiro’ específicas (como 1: 2 ou 3: 4 etc.), Dalton determinou que deve haver uma partícula sólida indivisível, portadora de massa e indivisível, única para cada elemento. Ele acreditava que, porque essa minúscula partícula era indivisível, os compostos não podiam se combinar em proporções fracionárias.
- JJ Thompson ‘modelo pudim de ameixa’ no final dos anos 19 º século foi o primeiro modelo a quebrar o mito do átomo de ser uma partícula sólida. O experimento do tubo de raios catódicos que primeiro descobriu elétrons levou a uma modificação do modelo atômico. O novo modelo não era uma bola sólida, mas tinha carga negativa flutuando em um mar de carga positiva. (Era um mar carregado positivamente porque o átomo como um todo era conhecido por ser neutro)
- O experimento de folha de ouro de Ernest Rutherford reconheceu ainda o fato de que a carga positiva estava contida apenas em uma pequena parte do átomo. Como a maioria dos raios alfa passou sem deflexão, o átomo teve que estar em grande parte vazio; os poucos raios que foram desviados provavelmente atingiram o núcleo. O modelo de pudim de ameixa foi substituído pelo “modelo nuclear” de Rutherford, mas a posição dos elétrons ainda era contestada.
- O início de 20 th século viu o surgimento da mecânica quântica. Max Planck e Einstein, os pioneiros da mecânica quântica, explicaram que qualquer coisa quantizada é autorizada a assumir apenas valores específicos. Niels Bohr, um cientista dinamarquês acreditava firmemente que a estrutura de um átomo era semelhante ao modelo planetário. Bohr usou a teoria da quantização para explicar como os elétrons permanecem em suas órbitas, apesar de orbitarem o núcleo e, portanto, não caírem no núcleo.
- A descoberta de Erwin Schrödinger do comportamento de dupla partícula e onda de elétrons contradiz a suposição de Bohr de que os elétrons estão em órbitas específicas. Agora temos um modelo mecânico quântico de átomo que calcula a probabilidade de encontrar um elétron em uma região. Isso contradiz a suposição de Bohr de órbitas de elétrons com níveis de energia específicos.
- Embora o modelo possa parecer completo, a massa do núcleo ainda era um mistério. Embora soubéssemos sobre prótons e elétrons, os cientistas descobriram que o núcleo pesava mais do que o peso combinado de todos os prótons – quase o dobro! A descoberta de nêutrons (cuja massa é muito semelhante aos prótons) em 1932 por Chadwick ajudou a completar o modelo atômico moderno. A massa atômica do núcleo era agora justificada pela presença desses nêutrons recém-descobertos.
Como você pode ver, o modelo atômico moderno é o resultado de muitas observações, perguntas e experimentos diferentes. Se você observar como o modelo evoluiu ao longo dos anos, fica claro que, devido à falta de dados visuais disponíveis para os cientistas analisarem, eles se baseavam amplamente em evidências experimentais. Lembre-se, isso aconteceu antes do surgimento do primeiro microscópio eletrônico de transmissão!
Existem outras partículas subatômicas?
Microscópios modernos, como microscópios de feixe de elétrons e microscópios com sonda de varredura, nos ajudaram a observar a estrutura dos átomos e das nanopartículas … mas há mais!
Cientistas da Universidade de Stanford construíram um acelerador de elétrons que foi projetado para continuar a pesquisa nuclear. Feixes de elétrons foram acelerados com energias de 20 bilhões de elétron-volts. Quando um feixe de alta energia foi direcionado ao hidrogênio líquido e ao deutério, os pesquisadores observaram que os elétrons começaram a se espalhar em ângulos mais amplos e com mais frequência do que o previsto. Na década de 1970, percebeu-se que existem três centros de dispersão no núcleo que causam o padrão de dispersão. Essa descoberta foi a primeira evidência da existência de quarks!
Até recentemente, pensávamos que elétrons, prótons e nêutrons eram as partículas subatômicas mais fundamentais, o que significava que eram indivisíveis. No entanto, os quarks são as partículas indivisíveis elementares reais que compõem prótons e nêutrons! Os elétrons, por enquanto, são considerados indivisíveis, mas eu não ficaria surpreso se houvesse mais neles!
A descoberta do átomo e a subsequente descoberta de partículas subatômicas comprova a importância da observação e experimentação. O século XX não tinha microscópios poderosos para fornecer as referências visuais necessárias, e ainda assim os cientistas foram capazes de estudar átomos! Olhando para a tendência atual da tecnologia, teremos acesso a aparelhos muito mais sofisticados no futuro que nos ajudarão a avançar aos trancos e barrancos – no coração do reino quântico e nos cantos mais distantes do universo!