Exercícios Resolvidos de Dualidade Onda-Partícula e Princípio da Incerteza

Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp 49-1.1.

Quando J.J. Thomson fez seus experimentos em raios catódicos, a natureza do elétron estava em dúvida. Alguns o imaginavam como uma forma de radiação, como a luz; outros acreditavam que o elétron era uma partícula. Algumas das observações feitas com raios catódicos eram usadas para apoiar outra visão. Explique como cada uma das propriedades seguintes dos raios catódicos pode apoiar o modelo de partícula ou de onda do elétron.

  1. Eles passam através de folha de metal.
  2. Eles viajam em velocidades inferiores à da luz.
  3. Se um objeto é colocado em sua trajetória observa-se uma sombra.
  4. Sua trajetória muda quando eles passam entre placas com carga elétrica.

Passo 1

Pois é, hoje a gente sabe que os elétrons tem características de onda e características de partícula. Mas no tempo de Thomson, ainda estavam tentando dizer se ele era uma coisa OU outra. E a gente vai analisar cada uma das propriedades expostas no enunciado pra ver que a confusão tem motivo mesmo: alguns resultados apontam pra partícula e outros pra onda.

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Passo 2

a) Eles passam através de folhas de metal.

A explicação para uma partícula passar por uma placa de metal é: existe um buraco. Se a placa não tem nenhum furo por onde o elétron passar, ele só passa se tiver características ondulares. Então, essa primeira afirmativa indica que o elétron é onda.

Passo 3

b) Eles viajam em velocidades inferiores à da luz.

Essa afirmativa indica o comportamento particular do elétron. Se o elétron fosse puramente uma radiação eletromagnética, ele deveria ter a mesma velocidade ds demais ondas eletromagnéticas: a velocidade da luz. Como os elétrons são partículas carregadas, existem forças de repulsão agindo entre eles, o que “atrasa” os movimentos, diminuindo a velocidade para algum valor menor que a velocidade da luz.

Passo 4

c) Se um objeto é colocado em sua trajetória observa-se uma sombra.

Essa alternativa é complicada, mas ela apoia que o elétron é uma partícula.

Olha só: se uma partícula está viajando em linha reta e algo fica na frente dela, ela não consegue passar. Caso a gente tenha colocado um detector no final da trajetória, a gente não vai detectar a partícula, só uma sombra.

Já a radiação, pelo fenômeno da difração, consegue “driblar obstáculos”, e a sombra não é observada.

Passo 5

d) Sua trajetória muda quando eles passam entre placas com carga elétrica.

Essa coisa de mudar de trajetória por causa de campo elétrico (placas com carga elétrica) é coisa de partícula carregada né?

Então a última alternativa apoia a hipótese de que o elétron é partícula. E carregada.

Resposta

  1. Onda
  2. Partícula
  3. Partícula
  4. Partícula

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