A Experiência de Rutherford

Ernest Rutherford, famoso físico britânico nascido na Nova Zelândia, veio ao mundo em 1871. Filho de um mecânico e de uma professora, foi educado numa escola pública. Obteve o seu primeiro «grau em 1893 e foi para o Trinity College, em Cambridge, Inglaterra, para ser investigador no Laboratório Cavendish. O seu orientador era J. J. Thomson, o descobridor do electrão. Rutherford seria ainda professor em McGill, no Canadá, e em Manchester. Durante o seu percurso profissional, realizou trabalhos notáveis sobre a desintegração de elementos radioactivos, baseando-se nos estudos antes realizados por Henri Becquerel. Curiosamente, recebeu em 1908 o prémio Nobel da Química e não o da Física. Poucos anos mais tarde, em Cambridge, Rutherford empreendeu uma pesquisa, juntamente  com o alemão Hans Geiger, na qual verificou que os raios alfa nada mais eram do que núcleos do átomo de hélio. Foi a partir daí que foi proposto um modelo para a estrutura do átomo.

Rutherford introduziu conceitos que hoje nos parecem triviais como, por exemplo, a ideia da existência do núcleo atómico, um caroço denso e com carga positiva, em torno do qual se movimentam partículas negativas. Foi em 1919 que Rutherford montou um experiência capaz de pôr à prova o modelo de Thomson para o átomo. Neste modelo, popularmente conhecido por “pudim de passas”, supunha-se que o átomo era composto por partículas negativas (a massa do bolo) e partículas positivas distribuídas por ele (as passas no bolo). Na experiência, utilizou o elemento polónio, um emissor espontâneo de partículas alfa. Sabia-se que estas partículas possuíam cargas positivas com massa superior à do electrão, sendo a sua velocidade de emissão da ordem de 20000 km/s. Na verdade, a ideia básica da experiência era usar a amostra de polónio como um lançador de projécteis (as partículas alfa) contra um alvo, que, no caso, era uma fina folha de ouro. Se o modelo estivesse correcto, esperava-se observar desvios mínimos ou nenhuma alteração na trajectória das partículas alfa.

Na montagem, o polónio foi colocado no interior de um bloco de chumbo com um orifício muito pequeno. Dali saía um feixe de partículas alfa em direcção ao alvo de ouro. Como as partículas alfa são invisíveis, não se pode detectar a sua trajectória sem o auxílio de aparelhos. Colocou-se ao redor do alvo uma placa circular coberta internamente com um material fluorescente (sulfeto de zinco, ZnS). Quando as partículas alfa colidiam com a placa, observavam-se cintilações, podendo assim analisar-se se havia ou não desvio na respectiva trajectória.

Curiosamente, Rutherford e os seus colaboradores verificaram que a maior parte das partículas alfa era capaz de atravessar a lâmina de ouro sem sofrer qualquer desvio, continuando a sua trajectória como se não houvesse nada no caminho. Foram, porém, detectadas algumas cintilações na placa fluorescente em pontos afastados da zona de incidência principal das partículas. Notou-se que, em pequena proporção, havia cintilações perto do emissor, mostrando que havia reflexão. Como as partículas alfa têm carga positiva, o desvio na trajectória seria o resultado do “choque” com uma outra carga positiva existente numa pequena região do átomo.

Assim, da análise dos resultados da experiência, Rutherford concluiu que o núcleo possui carga positiva e está localizado no centro da região do átomo onde os electrões orbitam (electrosfera) Este modelo atómico proposto por Rutherford e logo aperfeiçoado por Niels Bohr, que imaginou órbitas circulares para os electrões, é conhecido por modelo planetário do átomo. Bohr pensou que o movimento dos electrões em torno do núcleo deveria gerar uma perda de energia causada pela emissão de radiação. Os electrões, ao aproximarem-se cada vez mais do núcleo,levariam ao colapso do átomo. Para resolver este problema, Bohr afirmou que os electrões, para não perderem energia, deveriam orbitar em torno do núcleo em órbitas específicas e com energias bem definidas. Aplicou então a ideia de quantum de energia, sugerindo que a energia do electrão só pode ter determinando valores.

O modelo atómico aceite hoje difere, porém, do modelo proposto por Rutherford e Bohr: adveio da teoria quântica introduzida por Louis Victor de Broglie, Werner Heisenberg, Erwin Schroedinger e outros. Mas o estudo feito por Rutherford e Bohr representou um avanço significativo na sua época, tendo sido essencial para o desenvolvimento das teorias posteriores.

Bianca de Quadros Cerbaro

Referências

[1] Notas de aula de Mecânica Clássica. Profª Drª Constança Providência. Universidade de Coimbra
[2] http://www.infoescola.com/quimica/experiencia-de-rutherford Acesso em 14 de maio de 2011.
[3] http://pt.wikipedia.org/wiki/Modelo_at%C3%B4mico_de_Rutherford Acesso em: 14 de maio de 2011.