Descreva a base experimental que permite afirmar que o núcleo ocupa uma fração muito pequena do volume do átomo;

Passo 1

O enunciado pede para explicar qual experimento mostrou que o núcleo atômico ocupa uma fração ínfima do volume do átomo. O conteúdo envolve o espalhamento de partículas alpha (alfa) no experimento de Rutherford e a comparação entre o raio nuclear e o raio atômico para estimar a fração de volume ocupada pelo núcleo.

Passo 2

No experimento de Rutherford, projeta-se um feixe de partículas alpha (núcleos de hélio) contra uma lâmina metálica muito fina (por exemplo, ouro) e detecta-se o ângulo de desvio das alpha usando uma tela de sulfeto de zinco que cintila. Observou-se que a grande maioria das partículas atravessa a lâmina praticamente sem desvio, algumas sofrem pequenos desvios e uma fração muito pequena (cerca de 1 em 10000) é defletida em ângulos próximos de 180circ.

Passo 3

A interpretação é: como quase todas as alpha passam sem desviar, a maior parte do átomo é espaço vazio. Somente um pequeno alvo com carga positiva concentrada causa grandes défices. Esse alvo é o núcleo, cujo raio rnúc<=oú deve ser muito menor que o raio atômico rátomoá.

Passo 4

Para estimar rnúc<=oú usa-se o princípio de que, no desvio máximo, a energia cinética E da alpha se converte em energia potencial coulombiana na distância de aproximação mínima rmin:
E = 14piepsilon0,ZalphaZAue^2rmin
Tomando Esim5 MeV, Zalpha=2, ZAu=79 e epsilon0 do vácuo, encontra-se rminsim10^-14 m, que é a ordem de grandeza de rnúc<=oú.

Passo 5

O raio atômico típico é da ordem de
rátomosim a0approx5,3times10^-11 m á
Assim, a fração de volume ocupada pelo núcleo é
Vnúc<=oVátomo =(rnúc<=orátomo)^3 approx(10^-145,3times10^-11)^3 sim10^-12 úáúá

Resposta

O espalhamento de partículas alpha no experimento de Rutherford mostrou que quase todas as alpha passam sem desviar, revelando um átomo quase vazio, e apenas uma pequena fração sofre grandes desvios devido a um núcleo minúsculo. Estimativas pelo equilíbrio entre energia cinética e potencial coulombiano dão rnúc<=osim10^-14 mú, enquanto rátomosim10^-10 má, de modo que
Vnúc<=oVátomosim10^-12, úá
isto é, o núcleo ocupa uma fração extremamente pequena do volume atômico.

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