A Revolução Quântica - Parte IV

Nota introdutória:

Depois de um post dedicado, quase exclusivamente, ao ano 1905, o annus mirabilis de Einstein, é tempo de progredir na cronologia quântica. Posto isto, penso ser conveniente referir a importância das contribuições de Ernest Rutherford e Niels Bohr para A Revolução Quântica.

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A ideia de que a matéria era constituída por átomos indivisíveis vinha desde os tempos de Demócrito (século V e VI a.C.). O próprio defendia a tese de que "Só há átomos e espaço vazio".

No entanto, só no século XIX e XX é que se começou a ver mais fundo do que o mero átomo. Em 1887, já Joseph Thomson (1856 – 1940) tinha conseguido libertar electrões de átomos, mostrando que afinal o átomo não era tão indivisível assim. É com esta experiência em mente que Thomson estabelece o seu modelo atómico – o famoso bolo de passas. Este modelo era, na sua essência, uma nuvem de carga positiva contendo electrões, que se conseguiam libertar com relativa facilidade.

Posteriormente, o físico Ernest Rutherford (1871 – 1937), originário da Nova Zelândia, ficou intrigado com os resultados das suas experiências de 1909. Quando disparava partículas alfa contra uma folha muito fina de ouro, uma pequena fracção das partículas invertia o seu sentido, voltando para trás, na sua direcção. Afinal, a afirmação de Demócrito tinha muito de visionário! Grande parte do átomo era constituído por espaço vazio. Dentro dos átomos existia um núcleo maciço, porém, grande parte dele era espaço vazio. Por isso, Rutherford estabeleceu um novo modelo atómico.

No entanto, a revolução ainda estava para vir... Niels Henrick David Bohr (1885 – 1962) viria a ser o responsável pela introdução da revolução quântica no átomo. Em 1913, Bohr aplicou as ideias de Planck (ver A Revolução Quântica - Parte I) aos electrões que orbitavam o núcleo de um átomo. Bohr colocou a hipótese de que, assim como os planetas do Sistema Solar, os electrões (de carga negativa) também orbitassem o núcleo positivo. No entanto, a aplicação da ideia de Planck surge quando Bohr propõe que os electrões só podiam possuir certas energias, que correspondiam a múltiplos dos quanta de Planck. Para os electrões de um átomo, os diferentes estados de energia correspondiam a diferentes níveis, n, ou camadas, em que eles orbitavam. Essas energias eram dadas, matematicamente, por

Finalmente, havia um modelo que explicava quase todas as experiências sobre o átomo mais simples, o de hidrogénio. Este modelo explicava conceptualmente os comprimentos de onda bem característicos da radiação que era emitida e absorvida pelo hidrogénio. Assim como uma escada, em que não podemos subir "meios degraus", o electrão do átomo de hidrogénio apenas está autorizado a saltar de níveis energéticos claramente definidos.

No entanto, havia algo que o modelo de Bohr não explicava. Com uma melhor resolução na análise de espectros do átomo de hidrogénio, era possível verificar riscas dentro das riscas principais. Este fenómeno, designado estrutura fina espectral, necessitava de uma explicação. Como explicar estes novos dados? Que novos participantes surgiriam na Revolução Quântica? Essas são perguntas a serem respondidas na próxima publicação do blog.

Baseado no livro 50 Ideias De Física Que Precisa Mesmo De Saber de Joanne Baker.