átomo

Os antigos Gregos acreditavam no conceito de uma minúscula porção de matéria, indivisível, a que chamaram atom (do grego atomos - indivisível). Estes elementos seriam os componentes estruturais de toda a matéria, sendo esta constituída por combinações daqueles "blocos". No entanto, existiam perspetivas diversas sobre o assunto, a mais conhecida das quais subscrita por Aristóteles, que considerava a matéria constituída por quatro elementos, água, ar, terra e fogo, em proporções variáveis.
Apenas com o desenvolvimento da química experimental, no século XVI, voltou a ser dedicada alguma atenção ao problema, sendo de realçar a contribuição de Isaac Newton. No início do século XIX, John Dalton, ao estudar determinadas reações químicas, concluiu que os átomos se combinam e introduziu o conceito de massa atómica, tendo atribuído o valor 1 ao elemento mais leve, o hidrogénio, e valores relativos a este para os restantes elementos conhecidos. Posteriormente, embora o conceito de massa atómica se tenha mantido, viria a ser escolhido o carbono-12 como referência. Ainda no mesmo século, Amedeo Avogadro criou o conceito de mole: o número de átomos contidos numa quantidade de um elemento cuja massa, expressa em gramas, é numericamente igual à massa atómica do elemento. Hoje sabemos que esse número é aproximadamente igual a 6,023 x 10-23, tendo ficado conhecido por número de Avogadro.
Em meados do século XIX foi notada a existência de semelhanças entre as propriedades químicas dos vários elementos, que podiam ser expressas através do seu arranjo numa tabela. Surgiu assim a tabela periódica, proposta por Dimitry Mendeleyev, em que os elementos químicos estão organizados em colunas, de acordo com as suas propriedades, e por ordem crescente de peso atómico. No final do século XIX, a teoria atómica tornou-se generalizadamente aceite, mas em simultâneo começou a ser questionada a indivisibilidade do átomo. De facto, Joseph Thomson demonstrou que existiam partículas carregadas eletricamente, com massas muito inferiores às dos átomos, batizadas electrões. Sendo os átomos eletricamente neutros, a carga negativa dos eletrões teria que ser contrabalançada por uma partícula positiva, descoberta em 1911 por Ernest Rutherford. Rutherford obteve prova experimental da existência de partículas positivas, mais tarde denominadas protões, num volume reduzido do átomo, posteriormente chamado núcleo. Este trabalho só foi possível devido à descoberta, por Antoine Becquerel, da radioatividade, um fenómeno caracterizado pela transformação espontânea dos átomos de alguns elementos em átomos diferentes, acompanhada pela emissão de radiações.
Na sequência do seu trabalho, Rutherford propôs um modelo do átomo que se baseava na existência de um núcleo, com carga positiva, em torno do qual orbitavam os eletrões. A coesão do átomo seria mantida pela atração elétrica entre estas partículas.
Apesar de bem sucedido, por permitir explicar vários resultados, este modelo viria a ser suplantado pelo de Niels Bohr, proposto em 1913. Bohr propôs a existência de órbitas bem definidas para os eletrões, definidas em função da constante de Planck. Um átomo no seu estado normal não emite radiação, mas, se lhe for fornecida energia, um ou mais dos seus eletrões podem, se a quantidade de energia for suficiente, passar ao estado excitado, numa órbita superior. Ao regressarem ao seu estado normal, há libertação de radiação sob a forma de fotões.
O modelo de Bohr permitiu explicar qualitativamente as propriedades químicas de todos os elementos conhecidos, tendo sido muito útil. No entanto, para obter previsões quantitativas é necessário recorrer à mecânica quântica, que resultou dos trabalhos de Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg e Paul Dirac, principalmente, na década de 20. Neste tipo de abordagem, as órbitas, bem definidas nos modelos anteriores, são substituídas por probabilidades. Ou seja, um eletrão tem uma determinada probabilidade de se encontrar num determinado volume no espaço em vez de percorrer uma dada trajetória. Esta abordagem permite obter previsões muito precisas das propriedades atómicas.
No final da década de 20 a radioatividade era um fenómeno bem conhecido, assim como a existência de átomos de um mesmo elemento com massas atómicas diferentes, os isótopos. Estes factos pareciam indicar a existência de outras partículas, além dos protões, no núcleo. Em 1932 James Chadwick descobriu o neutrão, partícula constituinte do núcleo, sem carga elétrica e com massa ligeiramente superior à do protão. A existência desta partícula permite explicar os isótopos como átomos com o mesmo número de protões (e portanto de eletrões) mas diferente número de neutrões.
Os núcleos são mantidos coesos pelas forças nucleares, interações com grande intensidade para pequenas distâncias, como as que existem entre as partículas de um núcleo, mas quase impercetíveis para distâncias como as que separam os núcleos de dois átomos, escala na qual dominam as interações elétricas.
Durante os anos 30 e 40, sobretudo, houve um grande esforço para investigar as forças nucleares, que conduziram à identificação da fusão e da fissão. A fusão resulta da colisão de dois núcleos de determinados elementos de massa baixa, com libertação de energia e formação de um novo elemento, mais pesado. Este processo está na base, por exemplo, da radiação emitida pelas estrelas. Na fissão, um núcleo de um elemento pesado sofre uma cisão, com a formação de elementos mais leves e a libertação de grandes quantidades de energia. Este processo está na base da produção de energia elétrica em centrais nucleares e das chamadas bombas nucleares ou bombas atómicas.
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