Ernest Rutherford Pércio Augusto Mardini Farias - CCEAD PUC-Rio

Ernest Rutherford
Pércio Augusto Mardini Farias
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Ernest Rutherford
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Origem
Ernest Rutherford nasceu em 30 de agosto de 1871, em Nelson, Nova Zelândia, e faleceu no dia 19 de
outubro de 1937 em Cambridge, Reino Unido. Seu pai era um mecânico escocês que emigrou para a
Nova Zelândia e a sua mãe era professora inglesa cuja família também havia emigrado para o país.
Os mapas das Figuras 1 e 2 mostram as cidades de seu nascimento e de sua morte.
Figura 1: Mapa da Nova Zelândia mostrando Nelson
Figura 2: Mapa do Reino Unido mostrando Londres
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Estudos e atividades profissionais
Rutherford estudou na Nelson Collegiate School, uma escola pública da Nova Zelândia. Em 1893,
completou a graduação em Matemática e Ciências Físicas na Universidade de Nova Zelândia.
Posteriormente, ingressou no Trinity College da Universidade de Cambridge, na Inglaterra, e participou
no Laboratório Cavendish, pertencente ao Departamento de Física da mesma universidade, sob a
coordenação de Joseph John Thomson. Em 1898, tornou-se professor de Física na Universidade de
McGill em Montreal, no Canadá, e em 1907 na Universidade de Vitória em Manchester, na Inglaterra.
Pesquisas no Reino Unido e o Prêmio Nobel
Enquanto no Laboratório de Cavendish, Ernest Rutherford pesquisou sob a orientação de Joseph John
Thomson, descobridor do elétron.
Em 1900, Rutherford descobriu a fonte da radioatividade através de decaimentos atômicos e
estabeleceu termos para vários tipos de radiação.
Pelas suas investigações sobre a desintegração dos elementos e a química das substâncias radioativas,
ele recebeu o prêmio Nobel de Química de 1908.
Em 1909, Ernest Rutherford, Hans Geiger e Ernest Marsden realizaram o experimento com a folha de
platina, que prova o modelo nuclear do átomo como um pequeno, denso, núcleo positivo, avizinhado
por uma nuvem difusa de elétrons. Rutherford é considerado o fundador da física nuclear.
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Figura 3: Imagem digital recortada de uma foto, disponibilizada em 26 de janeiro de 2007. O autor é Sadi Carnot
(http://en.wikipedia.org/wiki/User:Sadi_Carnot). A imagem digital está disponível para uso público segundo a
licença GNU Free Documentation License 1.2; é encontrada em
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ernest_Rutherford2.jpg.
Modelo nuclear de Rutherford
Nos experimentos de Thomson, foi verificada a existência de partículas carregadas negativamente
(elétrons). Sendo a matéria eletricamente neutra, isto significava que os átomos deveriam, também,
conter em algum lugar partículas carregadas positivamente.
Para saber um pouco mais sobre Thompson, leia o texto abaixo.
Joseph John Thomson
Joseph John Thomson nasceu em 18 de dezembro de 1856, próximo a Manchester, e faleceu em 30 de
agosto de 1940 em Cambridge, Inglaterra. Seu pai vendia livros antigos e raros; era uma tradição na
família. Estudou Engenharia e tinha facilidades em Matemática e Física. Foi ganhador do prêmio Nobel
de física de 1906.
Em 1897, no laboratório de Cavendish da Universidade de Cambridge, na Inglaterra, ele descobriu o
elétron usando tubos de raios catódicos. Esta descoberta contribuiu para o início do entendimento da
estrutura atômica. Os tubos de vidro, nos quais se havia feito vácuo, dispunham de pequenas peças
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metálicas, os eletrodos, selados em cada extremidade. Quando se aplicava uma voltagem
suficientemente elevada entre os eletrodos, era observado um feixe de partículas, chamado de raio
catódico, que fluía do eletrodo com carga negativa (catodo) para o eletrodo positivo (anodo). Os raios
catódicos que se propagavam em linha reta eram desviados por campos magnéticos e eram atraídos
para as placas com cargas positivas. Assim, um raio catódico é um feixe de partículas negativamente
carregadas. Estas observações sugeriram que os raios catódicos eram constituídos por uma corrente de
partículas que hoje denominamos elétrons.
Além disso, descobriu-se que os raios catódicos emitidos por materiais diferentes eram sempre os
mesmos. O conjunto de observações acumuladas levou a conclusão de que os elétrons eram um
componente fundamental da matéria. Thomson propôs então o modelo do “bolo com passas” para o
átomo. Nele, os pequenos elétrons ficavam dispersos na matéria do átomo, de modo semelhante às
passas em um bolo.
Em 1897, Thomson também determinou a razão entre a carga e a massa de um elétron usando os tubos
de raios catódicos. Thomson encontrou para esta razão o valor de 1,76 x 108 C/g.
Figura 4: Foto digital de uma pintura do artista Arthur Hacker que morreu em 1919, estando em domínio público.
O autor é Bletchley. A imagem digital está disponível para uso público segundo as licenças Creative Commons 3.0
e GNU Free Documentation License 1.2; é encontrada em http://en.wikipedia.org/wiki/File:Jj-thomson3.jpg.
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Figura 5: Ilustração dando idéia do “bolo com passas” proposto por Thomson.
Rutherford demonstrou que o modelo de Thomson de “bolo com passas” era inconsistente. Rutherford
com seus estudantes Geiger e Marsden investigaram os ângulos sob os quais as partículas alfa (α) eram
espalhadas ao passar através de delgada folha de platina. Descobriu que muitas partículas sofriam
pequenos desvios, o que então era coerente com o modelo de Thomson. Mas ficaram surpresos ao
observar que algumas poucas partículas alfa sofriam grandes desvios e algumas eram até refletidas para
trás. Concluíram, então, que toda a carga positiva do átomo, e a maior parte da massa, estavam
concentradas num volume muito pequeno. Rutherford denominou núcleo essa parte central, com os
elétrons ocupando o resto do espaço no átomo.
Figura 6: Ilustração do experimento de Rutherford e seus alunos com lâmina de platina.
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Investigações experimentais posteriores levaram então a descoberta de partículas positivas (prótons) e
de partículas neutras (nêutrons) no núcleo atômico. Os prótons foram descobertos por Rutherford em
1919. Os nêutrons foram descobertos em 1932 pelo cientista James Chadwick. Baseado na concepção
de Rutherford o físico dinamarquês Niels Bohr idealizaria mais tarde um novo modelo atômico.
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