Regina H. Porto Francisco
Fundação Educacional de Barretos – SP
Ao longo dos tempos houve uma preocupação constante da humanidade: entender a Natureza.
Os filósofos da antiguidade tinham uma dupla preocupação: entender a Natureza e dar a ela um significado metafísico. Suas propostas tinham sempre uma vertente voltada para um ser criador, absoluto ou não, e outra, voltada para a Natureza propriamente dita, sua composição e transformações.
Um dos antigos modelos gregos propunha que a matéria seria formada por diminutas partículas indivisíveis – os átomos. Esta proposta permaneceu pouco discutida por muito tempo, voltando à baila no século XIX, quando Dalton (1776 – 1844) retomou o antigo modelo, então fortalecido pois conseguia interpretar os resultados das observações das leis das proporções definidas entre as quantidades de matéria que reagem quimicamente entre si.
O enfoque da discussão passou, então, a ser a natureza destes átomos.
Isto ocorreu quando a sociedade ocidental vivia um período de grande efervescência em termos de conhecimento.
Em 1883, Faraday divulgou os resultados de seus experimentos com eletrólise, que deixavam clara a proporcionalidade entre a quantidade de eletricidade consumida e a quantidade de matéria depositada num eletrodo, e também entre as massas das diferentes substâncias depositadas ou dissolvidas por uma certa quantidade de eletricidade. Isto só poderia ser explicado se uma partícula presente na matéria fosse responsável pelo processo. Em 1874, G. Stoney reconheceu a importância dos trabalhos de Faraday e usou a expressão elétron para a partícula subatômica responsável pela eletricidade.
No ano de 1897, J. J. Thomson demonstrou experimentalmente que a carga do elétron é negativa, observando que raios catódicos, isto é, emitidos por um cátodo, seriam compostos por diminutas partículas de carga negativa, pois são desviados por força eletrostática.
Depois foram divulgados os resultados das experiências de R. A. Milikan (1909) que forneceram o valor da carga do elétron igual a 1,602177x10 -19 Coulomb.
O mundo dos cientistas fervilhava e emergiam grandes questões. Felizmente, pessoas brilhantes e capazes se envolveram e procuraram soluções.
O primeiro modelo para o átomo foi o chamado de “pudim de passas”. O pudim com uva passa é um doce típico da culinária inglesa e consiste de uma massa lisa, doce, feita à base de leite, ovos e açúcar, com frutas secas picadas que se destacam visualmente. Assim, o átomo seria maciço, com massa homogênea de carga positiva, com as cargas negativas incrustadas nela.
Este modelo foi substituído por outro mais adequado quando Rutherford (1871 – 1937) realizou um experimento durante o qual ele bombardeou uma folha muito fina de ouro com partículas a , num feixe estreito e paralelo. Estas partículas eram conhecidas na época e sabe-se hoje que correspondem a núcleos de hélio, sendo compostas por dois nêutrons e dois prótons. Rutherford verificou que a grande maioria das partículas atravessava a folha de ouro sem desvio na trajetória, ou então com desvio muito pequeno. Uma pequena fração sofria alterações significativas na trajetória, como se a partícula tivesse ricocheteado. Algumas partículas sofriam desvio de 180°, indicando forte repulsão. Estas observações não eram compatíveis com o modelo de átomo maciço. Então Rutherford propôs que os átomos deveriam ter uma parte central, isto é, um núcleo de volume reduzido, com uma grande quantidade de massa e carga positiva, rodeado por um volume muito maior, onde se distribuiriam as cargas negativas, com massa muito menor. Devido aos volumes relativos, a maioria das partículas a atravessa a região ocupada pelos elétrons e suas trajetórias não são alteradas. O núcleo, com massa muito maior e carga positiva é o responsável pelos desvios grandes e raros.
Passou-se assim para o modelo do átomo nuclear, com praticamente toda a sua massa concentrada no núcleo, de volume muito pequeno, com os elétrons dispersos ao redor dele.
Rutherford conclui que o raio do núcleo deveria ser da ordem de 10 -12cm e o átomo inteiro, incluindo o volume onde estariam distribuídos os elétrons, deveria ser da ordem de 10 -8cm. Grosseiramente, a relação entre o volume de um átomo e o volume do seu núcleo é a mesma que existe entre o volume de um estádio de futebol, como o Maracanã, no Rio de Janeiro, e o volume de uma bola de futebol.
Atualmente sabe-se que o átomo é composto por várias partículas sendo que as três maiores e mais importantes são: elétrons de massa igual a 9,10939 x 10 -28g e carga negativa; o próton, de massa 1836 vezes maior, com carga positiva e de mesmo módulo, e o nêutron, com aproximadamente a mesma massa que o próton e carga nula.
Estabelecido um modelo para o átomo, segundo o qual há um núcleo contendo grande quantidade de massa, com carga positiva e volume muito pequeno e a eletrosfera, externa ao núcleo, com volume muito maior e partículas de massa pequena e carga negativa, decidiu-se aplicar a eles as regras da mecânica clássica propostas por Newton (1642 – 1727).
Bohr propôs então o chamado “modelo planetário do átomo”, complementando o introduzido por Rutherford.
Este novo modelo considera que um elétron deve ter uma trajetória bem definida e previsível (assim como as partículas clássicas), circular e estacionária. Isto evita que, sendo uma carga elétrica negativa em interação com o campo elétrico positivo do núcleo, o elétron entre em movimento espiral e colida com o núcleo. Às várias órbitas circulares permitidas foram associados números inteiros de modo que apenas certos valores discretos de energia são permitidos. Sistemas cuja energia não pode variar continuamente, mas apenas por valores que diferem entre si por múltiplos de uma grandeza, são chamados quantizados. Esta é uma diferença muito importante com relação a um sistema que siga a mecânica Newtoniana, que pressupõe variação contínua de energia. A energia do elétron depende da carga nuclear e do número inteiro associado à condição de quantização e chamado de número quântico.
Este modelo significou um grande passo, mas tem sérias restrições pois na verdade ele só é válido para “sistemas monoeletrônicos”, isto é, compostos pelo núcleo de um átomo e um único elétron.
Sistemas multieletrônicos são muito mais complexos. De forma apenas qualitativa pode-se dizer que os elétrons se distribuem em diversos níveis e subníveis de energia, ao redor do núcleo atômico. Esta distribuição ocorre dos níveis mais baixos para os mais altos. Transições eletrônicas, isto é, saltos de elétrons de um patamar de energia para outro, são possíveis. Se for fornecida energia ao elétron, ele saltará para patamar mais alto. Freqüentemente a energia é fornecida na forma luz. Caso o elétron salte para uma vacância em patamar mais baixo, a diferença de energia correspondente será liberada, geralmente como emissão de luz.
As cores das substâncias são devidas a efeitos de absorção e emissões de luz, combinadas com propriedades de transmissão, na região denominada visível por corresponder à região que pode ser percebida pelo olho humano.
A compreensão do átomo permitiu que muitos fenômenos naturais fossem compreendidos e explorados, abrindo as portas para a espetacular revolução tecnológica que estamos vivendo nos últimos anos, desde a possibilidade de existir a internet até a construção de aparelhos de televisão com tela de cristal líquido, que dispensam os tubos de imagem e têm o aspecto de um quadro na parede.