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MICRO/MACRO
A estrutura dos átomos
MARCELO GLEISER
especial para a Folha
A idéia de que a matéria é feita
de pequenos tijolos fundamentais chamados átomos não é nada nova. Ela foi proposta pelos
integrantes da última escola de
filosofia grega do chamado período pré-socrático, a escola atomística de Leucipo e Demócrito.
Apesar de sabermos pouco sobre a vida de Leucipo, sabemos
que seu discípulo, Demócrito,
um dos filósofos mais prolíficos
da antiguidade, viveu entre 460
a.C. e 370 a.C. (Ele foi, portanto,
contemporâneo de Sócrates, que
nasceu em 470 a.C.)
Os átomos gregos, infinitos em
número e indivisíveis, são muito
diferentes dos átomos da física e
química moderna. Daí seu nome, á-tomo, que em grego significa "o que não pode ser cortado", como a palavra "tomo"
usada para indicar volumes de
uma coleção de livros. Hoje sabemos que átomos são compostos de partículas ainda menores,
os prótons e nêutrons no núcleo
e os elétrons em torno. A coisa
continua, pois prótons e nêutrons também não são "fundamentais", isto é, indivisíveis,
mas sim formados por partículas ainda menores, os quarks. De
qualquer forma, a idéia grega de
que a matéria pode ser dividida
em entidades fundamentais, é
incrivelmente moderna.
Uma vez perguntaram ao físico norte-americano Richard
Feynman qual seria a frase que
deveria ser passada para as gerações futuras, resumindo nosso
conhecimento científico mais
importante. "Tudo é feito de
átomos", respondeu. É irônico
que Demócrito, há 2.400 anos,
poderia ter dito a mesma coisa...
Claro, a situação não é assim
tão simples. A nossa compreensão da estrutura atômica é profundamente diferente da dos
gregos. Basta dizer que os gregos
não tinham um método empírico de validação das suas idéias;
ou seja, a coisa era baseada em
especulação e intuição e, mesmo
que fosse muito boa, nem sempre correspondia à realidade.
A profunda revolução no conhecimento sobre os átomos
ocorreu aproximadamente durante as três primeiras décadas
do século 20. Vários modelos foram propostos visando descrever a distribuição de massa e carga dos átomos. Em 1897, J.J.
Thomson identificou o elétron e
sua carga elétrica negativa. (Na
verdade, Thomson mediu a razão entre a carga e a massa do
elétron, e/m.) Em 1911, Ernest
Rutherford demonstrou que o
núcleo atômico era muito menor que o átomo, mais maciço
que o elétron e que a carga positiva estava toda concentrada ali.
A conclusão era surpreendente:
se o núcleo é mais maciço e menor do que o átomo, o átomo, na
verdade, é praticamente vazio.
Se ampliarmos o núcleo atômico
até o tamanho de uma bola de
tênis, os elétrons seriam encontrados a 500 metros de distância!
Esse modelo do átomo, uma
espécie de minissistema solar
com o núcleo no centro e o elétron em órbita, também não
descreve corretamente a estrutura atômica. Conforme propôs
o físico dinamarquês Niels Bohr
em 1913, as órbitas do elétron
são muito mais peculiares do
que as dos planetas. Elétrons só
podem popular certas órbitas,
como se o átomo tivesse a estrutura de uma cebola, com o elétron tendo de "pular" de órbita
em órbita. Os átomos têm estrutura discreta ou "quantizada".
Há uma órbita mais "baixa", o
estado fundamental, de onde o
elétron não passa; mesmo que os
prótons estejam atraindo o elétron (cargas opostas se atraem),
ele jamais "cairá" no núcleo.
O modelo de Bohr ainda não
foi a palavra final. Na verdade,
não podemos visualizar o elétron como uma bolinha saltitando de órbita em órbita, dependendo de sua energia. O elétron
é uma distribuição de carga, como se tivéssemos posto a partícula em um liquidificador, distribuindo a sopa resultante em
torno do núcleo. Mais ainda,
mesmo que o estado fundamental seja esférico (uma bola de
carga), os estados excitados têm
geometrias mais complicadas,
com as "nuvens eletrônicas" interagindo entre si, mudando de
órbita (e geometria) e revelando
um mundo muito dinâmico.
Marcelo Gleiser é professor de física do
Dartmouth College, em Hanover (EUA), e
autor do livro "Retalhos Cósmicos".
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