terça-feira, março 04, 2008

Átomos


O Átomo é definido como a partícula mais pequena que caracteriza um elemento químico. Esta é a definição actual, pois o conceito surgiu quando filósofos Indianos e Gregos propuseram que a matéria deveria ser constituída por elementos indivisíveis. Esta ideia foi de alguma forma confirmada no século XVII e XVIII quando os químicos da altura mostraram que algumas substancias não podiam ser separadas por outros processos senão químicos.

Em 1897 J.J. Thomson demonstrou pela primeira vez que os átomos possuíam uma estrutura interna e que os electrões podiam ser deflectidos dos átomos. Os electrões foram os primeiras partículas mais pequenas que os átomos (partículas subatómicas) a serem identificadas. Afinal os átomos não eram esferas, como imaginou Dalton no inicio do século XIX seguindo a linha dos Gregos, mas sim agregados de partículas mais pequenas - os átomos possuíam estrutura interna.

Durante algum tempo apenas se conheciam os electrões, o que levantava dois grandes problemas: 1) os electrões têm carga negativa mas os átomos são neutros; onde parava o resto da carga positiva para compensar? ; 2) os electrões tinham uma massa muito pequena, que não explicava a massa total dos átomos, eram preciso milhares de electrões!

Foi Ernst Rutherford que tropeçou na solução para os dois problemas ao detectar um ponto minúsculo com carga positiva no centro dos átomos, responsável pela quase totalidade das suas massas - os núcleos (que actualmente sabemos serem constituidos por protões e neutrões).




Não me vou alongar mais na história. Para quem quiser saber mais detalhes deixo aqui um link para a entrada "Atom" na Wikipédia. O que queria mesmo fazer neste post era dar uma noção, se possível, das dimensões minúsculas dos átomos. Vamos a isso...

Para começar vamos tentar imaginar o tamanho de um átomo. Tipicamente estes têm cerca de 0,3 nanometros, o que corresponde a 0,3 mil milionésimos de um metro (3x10^-10m). Para construirmos uma fila de átomos com 3 mm de comprimento (com o tamanho de dois traços "--" ) tínhamos de pôr lado a lado cerca dez milhões de átomos. É obra!

Para facilitar podemos ampliar estes traços "--" de forma a estenderem-se por 3 km. Deste modo um átomo ocupariam cerca de 2 mm. Talvez seja mais fácil de visualizar assim!

Agora o núcleo. Este é ainda mais pequeno que o átomo, na realidade muito mais pequeno. O diâmetro de um núcleo é cerca de um décimo milésimo de um átomo. Se pensarmos num átomo como uma esfera com um metro de diâmetro, o seu núcleo terá cerca de um décimo de milímetro. Bué pequeno! O incrível é que é aqui que se concentra a quase totalidade da massa dos átomos - 99,9%. Apenas 0,1% da massa é atribuída aos electrões que "circulam" em torno do núcleo.

O engraçado disto é que a maior parte daquilo a que chamamos átomos é espaço vazio. O espaço vazio que rodeia o núcleo, onde circulam os electrões (6 no caso do carbono), é cerca de 10 mil vezes maior que o diâmetro do núcleo. De facto nós somos constituídos essencialmente por vazio.

A descoberta do muito pequeno e o desenvolvimento da Física das Partículas, assim como a descoberta do muito grande e do desenvolvimento actual da Cosmolgia, foram dois grandes passos de gigante da ciência moderna. Ver o mundo em outras escalas e perceber que existem escalas no Universo (ou Multiverso) para além da nossa, ajuda-nos sem duvida a perceber um pouco qual a nossa posição no meio disto tudo.

Voltarei a este assunto um dia destes.

Bibliografia: Peter Atkins, 2008. O Dedo de Galileu, As dez grandes ideias da ciência. Ciência Aberta nº161, Gradiva.

Crédito da imagem de topo: Joseph Stroscio and Robert Celotta, NIST