Odilon A. P. Tavares
Centro Brasileiro de Pesquisas Física – CBPF/MCT
Rio de Janeiro, 17 de agosto de 2011.
1789 – Descoberta de um novo elemento,URÂNIO, pelo químico alemão Martin H.KLAPROTH (1743-1817) ao investigar aPechblenda (abundante nas minas deJoachinsthal, Bohemia (Tchecoslováquia),onde havia minérios de 200 Ma a 2 Ba).
1814 – O físico francês André MarieAMPÈRE (1775-1836) foi o primeiro apropor que os átomos seriam constituidosde partículas subatômicas.
1828 – O físico e filósofo alemão GustavTheodor FECHNER (1801-1887) propôsum modelo de átomo que consistia de umaparte central massiva que atraíagravitacionalmente uma nuvem departículas quase imponderáveis.
1828 – O químico sueco Jöns JacbobBERZELIUS (1779-1848) fez a descobertade um novo elemento, o TÓRIO, sendoeste cerca de três vezes mais abundante queo Urânio.
1841 – O químico francês EugènePÉLIGOT (1811-1890) isolou o Urâniometálico.
1862 – O físico alemão Wilhelm EduardWEBER (1804-1891) considerou aspartículas imponderáveis do modelo deFechner como sendo partículaseletrizadas, atraídas para a parte central doátomo por uma força elétrica.
ANTECEDENTES
Descoberta da RadioatividadeAntoine Henri Becquerel (1852-1908)
Radiação espontânea do urânio e de diversas outras substâncias
Sur les radiations invisiblesémises par les corps phosphorescents.Compt. Rend. Acad. Sc. Paris 122 501
(1896)
INVISÍVEL, ESPONTÂNEA, MISTERIOSA!
1897 - O Físico inglês sir J. J.
THOMSON, estudando os
raios catódicos, concluiu que
os átomos são constituídos de
corpúsculos de carga elétrica
negativa (os ELÉTRONS) e
uma outra parte contendo a
massa e a carga elétrica
positiva.
Joseph John Thomson (1856-1940)
Cathode Rays, Phil. Mag. 44, 293 (1897)
1898 Casal Curie, em Paris: Descoberta do Polônio
Descoberta do Rádio
Ernest Rutherford, procedente da Nova Zelândia,
identificou em Cambridge dois tipos diferentes de
radiações emitidas pelo Urânio, ambas de natureza
corpuscular, a que deu o nome de raios α (facilmente
absorvidos) e β (maior poder de penetração).
RADIOATIVIDADE E RADIOQUÍMICA (Mme. Curie)
Marie e Pierre
Ernest Rutherford
(1871-1937)
1899 Rutherford, na Universidade
McGill, descobriu um gás
nobre, radioativo, que emanava
de sais de Tório, o qual recebeu
o nome de Radônio.
(1867-1934) (1859-1906)
Set. 1898 Transferência p/ Montreal.
1900 H. Becquerel: Identificou os raios β como sendo elétrons energéticos
Paul Villard, em Paris, identificou um terceiro tipo de radiação, de
natureza não corpuscular (como os raios X) a que deu o nome de raios γ
(ou radiação γ).
α m = 4carga = +2
γ m = 0carga = 0
β m = 5x10-4
carga = -1
O físico e químico
francês Paul Villard
(1860-1934)
1902 Rutherford e Soddy descobrem em Montreal a
TRANSMUTAÇÃO dos elementos radioativos → árvore
genealógica das famílias do urânio e tório.
O químico inglês
Frederick Soddy
(1877-1956)
- Soddy introduziu em 1911 o conceito de isótopos [M(PbU) < M(PbTh)]
- Idade da Terra: ~ bilhões de anos
- Grande quantidade de energia liberada (aquecimento)
1903 Rutherford e Soddy concluiram que as
partículas alfa do rádio e do radônio possuiam
carga elétrica positiva.
Soddy e Ramsay observaram que gás hélio estava
sendo emitido dos sais de rádio.
Grande suspeita de serem as
partículas alfa íons de Hélio.
E. Rutherford: The Magnetic and Electric Deviation of
the Easily Absorbed Rays from Radium. Phil. Mag. 5,
177 (1903)
O químico escocês
sir William Ramsay
(1852-1916)
W. Ramsay and F. Soddy: Experiments in Radioactivity,
and the Production of Helium from Radium. Proc. Roy.
Soc. A 72, 204 (1903)
1906 Rutherford e Otto Hahn (que havia chegado a
Montreal em 1905) investigaram alfas de diferentes
substâncias, concluindo
O químico alemão
Otto Hahn
(1879-1968)
Primeira observação por Rutherford sobre deflexão de partículas alfa:
folhas de mica muito finas interpostas entre uma fonte alfa e um filme
fotográfico.
Phil. Mag. 11, 166 (1906);
Phil. Mag. 12, 134 (1906).
1906
1907 E. Rutherford volta à Inglaterra (Manchester), cria
seu grupo de pesquisa, que confirma a carga
elétrica positiva contida nas partículas alfa.
1908 Rutherford e Geiger fazem a medida da carga
elétrica das partículas alfa do RaC e encontram
1908 Uma carta de Otto Hahn informa ao grupo que era
possível ver cintilações quando partículas alfa
atingiam uma tela com ZnS (material
luminescente). Esse método tornou-se a principal
ferramenta nos trabalhos que envolviam detecção
de partículas alfa.
Rutherford e Geiger, em
1908, repetiram a experiência
de deflexão alfa por folhas de
mica, usando a tela de
cintilação com ZnS
Físico alemão Hans Geiger
(1882-1945)
1909 Com a ajuda do químico inglês Thomas Royds (1884-1955)
ficaram definitivamente identificadas as partículas alfa como
sendo átomos do gás hélio que perderam seus dois elétrons,
isto é, íons de carga elétrica dupla e positiva.
E. Rutherford and T. Royds: The Nature of the Particle
from Radioactive Substances. Phil. Mag. 17, 281 (1909).
Radônio purificado foi colocado no estreito tubo
A de paredes suficientemente finas que
deixavam partículas alfa escaparem através
delas. O tubo A foi envolvido por um tubo B
ligado a um sistema V de análise por
espectrometria. A quantidade de gás acumulada
no tubo B em dois dias foi suficiente para
concluírem que tratava-se do gás hélio.
α (11 anos após serem descobertas)
1909
Físico inglês-neozelandês
sir Ernest Marsden
(1889-1970)
MODELOS ATÔMICOS CORRENTES
(1904-1910)- Átomo “pudim de passas” de J.J. Thomson, anunciado
na Universidade de Yale (EUA) em dezembro de 1903:
Substrato de forma esférica de matéria carregada
positivamente e com uma dispersão uniforme de
elétrons. (Phil. Mag. 6, 1903)
- Átomo “saturniano”, do físico
japonês Hantaro Nagaoka (1865-
1950). Proposto em Tóquio em
dezembro de 1903: Caroço central
massivo de carga positiva rodeado
por anéis contendo os elétrons
circulando com velocidade
constante. (Phil. Mag. 7, 1904)
(múltiplas deflexões)
MODELO DE RUTHERFORD DO ÁTOMO NUCLEAR
(formulado em fins de 1910)
DEFLEXÃO DE PARTÍCULAS ALFA POR
LÂMINAS METÁLICAS FINÍSSIMAS
CONTANDO PARTÍCULAS ALFA DEFLETIDAS POR
LÂMINAS METÁLICAS FINÍSSIMAS
O MOMENTO DA DESCOBERTA DO NÚCLEO ATÔMICO
Primeira estimativa da
dimensão do núcleo atômico
P E R P L E X I D A D E !
Retroespalhamento
Lâmina
Metálica
ρ
[g/cm³]
t
[μm]Z
A
[g]
Obs.
G&M
(1909)
Calc.
Rutherford
(1910)
Platina 21,4 1,5 78 195 5,5 1:8000 1:7700
Ouro 19,3 0,4 79 197 4,4 1:20000 1:20200
sir Ernest Rutherford
Fev. 1911 “ Now I know what the atom looks like”
~10-8 cm
~10-12 cm
99,97% da massa atômica
EXPERIMENTAÇÃO versus MODELOGeiger & Marsden (1911-1913)
LIMITAÇÕES DO MODELO DE RUTHERFORD
1ª Ângulos de deflexão muito pequenos
2ª Energias mais altas em núcleos leves3ª Instabilidade Atômica
ESPECTROS DE RAIOS-X CARACTERÍSTICOS
E A CARGA ELÉTRICA DO NÚCLEO ATÔMICO
1913-14 Henry Moseley investigou de forma empírica os
espectros de raios-X característicos de 38 elementos (do Al
ao Au), e da observação do aumento regular da frequência
quando passava de um elemento ao seguinte no sistema
periódico, concluiu que o número de cargas no núcleo é o
mesmo que o número de ordem do elemento no sistema
periódico, ao qual chamou de número atômico, Z, que é o
mesmo que o número de elétrons no átomo. Físico inglês Henry
Moseley (1887-1915)
Tabela periódica dos elementos
~1911
Tc
Hf Re
Pm
James Chadwick (do grupo de Rutherford) desenvolveu
uma técnica que permitiu obter contagens de partículas alfa com
grande precisão, e assim determinou os valores para a carga
elétrica do núcleo dos átomos de três elementos, em excelente
acordo com os respectivos números atômicos como havia proposto
Moseley com os Raios-X característicos.
1919
Lâmina Metálica
Espessura
ε [mg/cm2]
MassaAtômica
A [g]
Energia – αEα [MeV]
< N0 / Ns >Carga elétrica nuclear, Z [e]
(Chadwick, 1920)
N° Atômico, Z(Moseley, 1913-14)
Cobre 4,78 63,5 6,85 1084 ± 32 29,3 ± 0,4 29
Prata 4,50 107,9 7,05 830 ± 25 46,3 ± 0,7 47
Platina 4,93 195,1 7,20 511 ± 15 77,4 ± 1,0 78
Físico inglês James
Chadwick (1891-1974)
ESPALHAMENTO ALFA E A CARGA ELÉTRICA DO NÚCLEO ATÔMICO
ANO FÍSICA DESCOBERTA QUÍMICA DESCOBERTA
1908 ..... .......Ernest
RutherfordDesintegração Radioativa
Sequencial
1921 ..... .......Frederick
SoddyRadioquímica e os Isótopos
1922 Niels BohrEstrutura Atômica e Espectros Atômicos
...... ............
1927Arthur
ComptonEfeito Compton ....... .............
1935James
ChadwickO Nêutron ....... ..............
1937George
ThompsonDifração de elétrons por
cristais....... .............
1944 ...... ....... Otto HahnEvidência química para a
fissão nuclear
1947Edward
AppletonEstudos sobre a
Ionosfera....... ...............
COLABORADORES DE RUTHERFORD
GANHADORES DO PRÊMIO NOBEL