Como sabemos tanto sobre átomos quando não podemos vê-los?

By Gilvan Alvesúltima atualização 19 ago, 2022 0

Os cientistas experimentaram e observaram elementos e seu comportamento, o que os ajudou a descobrir a existência de átomos e a enquadrar a teoria atômica.
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Por que não podemos ver átomos?
Como pensamos na existência de um átomo?
Existem outras partículas subatômicas?
Referências:

A teoria atômica surgiu muito antes do primeiro microscópio eletrônico de transmissão, o que significa que sabíamos dos átomos muito antes de os vermos!Quem disse que você precisa ver coisas para saber sobre eles! Não vimos gravidade, nem eletricidade, nem magnetismo, e ainda sabemos muito sobre essas coisas. A ciência sempre foi meio estranha no sentido de que coisas conhecidas por nós não estão disponíveis apenas através da observação visual. A curiosidade impulsiona todas as descobertas científicas, mas quando as pessoas careciam de provas físicas e tangíveis suficientes, elas provam suas teorias através de resultados indiretos. Este método de determinação de resultados é o fundamento da teoria atômica moderna.

Por que não podemos ver átomos?

Simplesmente, porque eles são incrivelmente pequenos! Um objeto é visível quando desvia a luz que cai sobre ele. O tamanho dos átomos varia entre 30 e 300 horas, aproximadamente da ordem de 10 a12m. Para microscópios ópticos, os átomos são invisíveis, ou seja, os átomos não interagem com as partículas de luz, portanto não há deflexão. Não foi até a invenção dos microscópios eletrônicos que tivemos um vislumbre do átomo. Um feixe de elétrons, que tem um comprimento de onda menor que a luz visível, é disperso quando atinge o alvo; essa dispersão permite a criação de uma imagem. Existem muitos microscópios mais avançados que não apenas nos permitem observar átomos, mas também auxiliam na movimentação de átomos em uma amostra para estudá-los!

Como pensamos na existência de um átomo?

A formulação da teoria atômica se estende por muitos anos. Aqui está uma tentativa rudimentar de cronograma do processo de formulação da teoria atômica, iniciado no período pré-socrático.

ilustração da química, modelos atômicos, teoria científica da natureza da matéria (Nasky) s

Avanço pictórico do modelo atômico (Crédito da foto: Nasky / Shutterstock)

Demócrito, o filósofo grego, foi o primeiro a pensar em átomos. Se um pedaço de matéria é dividido em partes cada vez menores, todas as partículas ainda possuem as mesmas propriedades. Se continuarmos dividindo a matéria, chega um momento em que não podemos dividi-la ainda mais. Esta partícula indivisível é ‘atomos’. Uma coisa notável foi que os atomistas durante esse tempo acreditavam que os átomos de toda a matéria eram semelhantes em todos os aspectos.
Os ensinamentos atomistas foram perdidos por aproximadamente dois milênios até o século XIX, quandoJohn Dalton propôs pela primeira vez uma teoria atômica. Enquanto tentava descobrir por que os elementos apenas se combinavam em ‘razões de número inteiro’ específicas (como 1: 2 ou 3: 4 etc.), Dalton determinou que deve haver uma partícula sólida indivisível, portadora de massa e indivisível, única para cada elemento. Ele acreditava que, porque essa minúscula partícula era indivisível, os compostos não podiam se combinar em proporções fracionárias.
JJ Thompson ‘modelo pudim de ameixa’no final dos anos 19ºséculo foi o primeiro modelo a quebrar o mito do átomo de ser uma partícula sólida. O experimento do tubo de raios catódicos que primeiro descobriu elétrons levou a uma modificação do modelo atômico. O novo modelo não era uma bola sólida, mas tinha carga negativa flutuando em um mar de carga positiva. (Era um mar carregado positivamente porque o átomo como um todo era conhecido por ser neutro)
O experimento de folha de ouro de Ernest Rutherford reconheceu ainda o fato de que a carga positiva estava contida apenas em uma pequena parte do átomo. Como a maioria dos raios alfa passou sem deflexão, o átomo teve que estar em grande parte vazio; os poucos raios que foram desviados provavelmente atingiram o núcleo. Omodelo de pudim de ameixafoi substituído pelo “modelo nuclear” de Rutherford, mas a posição dos elétrons ainda era contestada.
O início de 20thséculo viu o surgimento da mecânica quântica. Max Planck e Einstein, os pioneiros da mecânica quântica, explicaram que qualquer coisa quantizada é autorizada a assumir apenas valores específicos. Niels Bohr, um cientista dinamarquês acreditava firmemente que a estrutura de um átomo era semelhante ao modelo planetário.Bohr usou a teoria da quantizaçãopara explicar como os elétrons permanecem em suas órbitas, apesar de orbitarem o núcleo e, portanto, não caírem no núcleo.
Adescoberta de Erwin Schrödinger do comportamento de dupla partícula e onda de elétrons contradiz a suposição de Bohr de que os elétrons estão em órbitas específicas. Agora temos um modelo mecânico quântico de átomo que calcula a probabilidade de encontrar um elétron em uma região. Isso contradiz a suposição de Bohr de órbitas de elétrons com níveis de energia específicos.
Embora o modelo possa parecer completo, a massa do núcleo ainda era um mistério. Embora soubéssemos sobre prótons e elétrons, os cientistas descobriram que o núcleo pesava mais do que o peso combinado de todos os prótons – quase o dobro! A descoberta de nêutrons (cuja massa é muito semelhante aos prótons) em 1932 porChadwickajudou a completar o modelo atômico moderno. A massa atômica do núcleo era agora justificada pela presença desses nêutrons recém-descobertos.

Como você pode ver, o modelo atômico moderno é o resultado de muitas observações, perguntas e experimentos diferentes. Se você observar como o modelo evoluiu ao longo dos anos, fica claro que, devido à falta de dados visuais disponíveis para os cientistas analisarem, eles se baseavam amplamente em evidências experimentais. Lembre-se, isso aconteceu antes do surgimento do primeiro microscópio eletrônico de transmissão!

Existem outras partículas subatômicas?

Microscópios modernos, como microscópios de feixe de elétrons e microscópios com sonda de varredura, nos ajudaram a observar a estrutura dos átomos e das nanopartículas … mas há mais!

Cientistas da Universidade de Stanford construíram um acelerador de elétrons que foi projetado para continuar a pesquisa nuclear. Feixes de elétrons foram acelerados com energias de 20 bilhões de elétron-volts. Quando um feixe de alta energia foi direcionado ao hidrogênio líquido e ao deutério, os pesquisadores observaram que os elétrons começaram a se espalhar em ângulos mais amplos e com mais frequência do que o previsto. Na década de 1970, percebeu-se que existem três centros de dispersão no núcleo que causam o padrão de dispersão. Essa descoberta foi a primeira evidência da existência de quarks!

matéria da molécula ao quark. Por exemplo de moléculas de água (Designua) S

Até recentemente, pensávamos que elétrons, prótons e nêutrons eram as partículas subatômicas mais fundamentais, o que significava que eram indivisíveis. No entanto, os quarks são as partículas indivisíveis elementares reais que compõem prótons e nêutrons! Os elétrons, por enquanto, são considerados indivisíveis, mas eu não ficaria surpreso se houvesse mais neles!

A descoberta do átomo e a subsequente descoberta de partículas subatômicas comprova a importância da observação e experimentação. O século XX não tinha microscópios poderosos para fornecer as referências visuais necessárias, e ainda assim os cientistas foram capazes de estudar átomos! Olhando para a tendência atual da tecnologia, teremos acesso a aparelhos muito mais sofisticados no futuro que nos ajudarão a avançar aos trancos e barrancos – no coração do reino quântico e nos cantos mais distantes do universo!