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Odilon A. P. Tavares
Centro Brasileiro de Pesquisas Física – CBPF/MCT
Rio de Janeiro, 17 de agosto de 2011.
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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
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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!
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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)
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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.
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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)
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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)
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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)
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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.
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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)
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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)
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1909
Físico inglês-neozelandês
sir Ernest Marsden
(1889-1970)
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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)
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(múltiplas deflexões)
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MODELO DE RUTHERFORD DO ÁTOMO NUCLEAR
(formulado em fins de 1910)
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DEFLEXÃO DE PARTÍCULAS ALFA POR
LÂMINAS METÁLICAS FINÍSSIMAS
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CONTANDO PARTÍCULAS ALFA DEFLETIDAS POR
LÂMINAS METÁLICAS FINÍSSIMAS
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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 !
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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
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sir Ernest Rutherford
Fev. 1911 “ Now I know what the atom looks like”
~10-8 cm
~10-12 cm
99,97% da massa atômica
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EXPERIMENTAÇÃO versus MODELOGeiger & Marsden (1911-1913)
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LIMITAÇÕES DO MODELO DE RUTHERFORD
1ª Ângulos de deflexão muito pequenos
2ª Energias mais altas em núcleos leves3ª Instabilidade Atômica
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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
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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
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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
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