Química para casa: A Química do século XX: De Thomson a Born

“Em 1900, experimentos feitos na Inglaterra por sir Joseph John Thomson (1854-1940) apontaram para a existência de uma partícula subatômica. Em ampolas contendo gases rarefeitos, Thomson aplicou uma grande diferença de potencial e observou feixes de luz conhecidos como raios catódicos, que se moviam do cátodo até o ânodo e, portanto deveriam ter carga negativa, foram denominados elétrons. Thomson então formulou um novo modelo atômico na qual o átomo seria composto de uma pasta de carga positiva com elétrons imersos circulando em anéis complanares. A teoria de Thomson conseguia êxito em explicar vários fenômenos como, por exemplo, a radioatividade e a eletricidade.

Em 1910, Ernest Rutherford (1871 - 1937), um importante físico da época, resolveu testar a teoria de Thomson, como havia descoberto anteriormente as a partículas alfas, ele raciocinou que um feixe de tais partículas seria muito pouco defletida ao atravessar uma folha delgada de ouro, com ajuda de alguns alunos montou uma aparelhagem na qual feixes de partículas alfas provenientes de urânio incidiram em uma folha muito fina de ouro, observando as marcas da radiação na tela fotográfica que eles haviam colocado ao redor da folha, notou que a maioria passava em sofrer desvios, porem algumas partículas desviavam-se em grandes ângulos, e que algumas numa proporção de uma em vinte mil, quase que voltavam a origem, Rutherford propôs então um novo modelo atômico na qual o átomo era composto por núcleo e elestrosfera. Essa tória foi reforçada com a descoberta de outra partícula subatômica, de carga positiva, denominada posteriormente de prótons. “A evidencia experimental dessa partícula fundamental positiva (próton) veio do estudo de raios canais (grifado na fonte original), que foram observados em tubos de raios catódicos especiais, com um catodo perfurado [...]” (Kotz e Treichel Jr, 2005). Os raios observados eram defletidos em direção a uma placa, negativamente carregada, colocada paralelamente ao tubo, observou-se que esses raios sofriam um menor desvio e, portanto teriam maior massa, determinada experimentalmente, 1,672622 x 10exp -24 g. Como os átomos são neutros os numero de elétrons deve ser igual a numero de prótons no átomo, surgiu então um impasse a massa atômica obtida experimentalmente era maior que soma das massas do próton e do elétron, Rutherford propôs que deveria haver outra partícula sem carga compondo o átomo. “Em 1932, James Chadwick (1891-1974) obteve evidencia disso.” (Idem) Ele descobriu que quando partículas provenientes do polônio atingiam um alvo de berílio, uma radiação muito penetrante era liberada, direcionado tal radiação a um alvo de parafina, observou que prótons eram emanados, concluiu que somente uma carga pesada e sem carga emanada do berílio provocaria tal efeito, tal partícula foi chamada de nêutron. Assim o modelo atômico de Rutherford seria de tal forma que haveria nêutrons e prótons no núcleo que seria circundado por elétrons em alta velocidade. O modelo atômico de Rutherford, no entanto contratava com a eletrostática clássica, se elétrons e prótons têm cargas elétricas contrarias por que então o núcleo não atraia os elétrons que deveria perder energia cinética e acabar caindo no núcleo desmoronando o átomo? A resposta para tal questão veio da Dinamarca com o brilhante físico Niels Bohr (1885-1962), que introduziu o conceito de quantização, baseado no trabalho de outro físico genial Max Planck. Bohr explicou que o elétron não cai no núcleo porque possui certos estados estacionários de energia na qual não irradiam. Com seus postulados Bohr conseguiu prever surpreendentemente o espectro do hidrogênio - os postulados de Bohr serão tratados junto com os trabalhos dos físicos que contribuíram para a explicação da interpretação do átomo moderno na seção Mecânica Quântica.

Outros Grandes físicos que contribuíram decisivamente na compreensão moderna do átomo, são: Erwin Schrödinger, se baseando na dualidade partícula-onda do físico Louis de Broglie (1892-1987), introduziu o conceito de orbitais atômicos como sendo funções de ondas e conseguiu descobrir uma equação poderosa capaz de oferecer informações a respeito do elétron no átomo. A idéia de Scrhödinger foi aceita por quase toda a comunidade cientifica, no entanto, um jovem e competitivo físico alemão: Werner Heisenberg (1901-1976) não acreditava que o átomo pudesse ser descrito através daqueles cálculos relativamente simples, na tentativa de refutar as idéias de Scrhödinger, ele descobriu o principio que seria a base da física quântica: O Principio da Incerteza: é impossível fixar a posição de um elétron em um átomo e sua energia com qualquer grau de certeza se o elétron for descrito como uma onda. Em outras palavras não há como determinar a posição e a energia do átomo simultaneamente. Heisenberg e seu mentor Max Born, após aceitarem finalmente ao trabalho de Schrödinger, fizeram importantes interpretações da função de onda e sua relação com a probabilidade de se encontra um elétron em um espaço infinitesimal. Também a Química experimental evoluiu extraordinariamente; por exemplo, somente entre 1960 e 1969 conseguiu-se sintetizar cerca de 1,2 milhões de novos compostos conhecidos. Tudo isso acabou sendo aplicado nas indústrias, resultando numa vasta tecnologia química, com a fabricação de milhares e milhares de novos produtos: plásticos, tecidos, borrachas sintéticas, medicamentos, tintas, corantes, etc. hoje se conhecem mais de 10 milhões de compostos, os ramos da química evoluíram excepcionalmente, proporcionando maior comodidade para a humanidade e grandes expectativas para a ciência do futuro.