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
(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
(núcleos de hélio) contra uma lâmina metálica muito fina (por exemplo, ouro) e detecta-se o ângulo de desvio das
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
em
) é defletida em ângulos próximos de
.
Passo 3
A interpretação é: como quase todas as
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
deve ser muito menor que o raio atômico
.
Passo 4
Para estimar
usa-se o princípio de que, no desvio máximo, a energia cinética
da
se converte em energia potencial coulombiana na distância de aproximação mínima
:
Tomando
,
,
e
do vácuo, encontra-se
, que é a ordem de grandeza de
.
Passo 5
O raio atômico típico é da ordem de
Assim, a fração de volume ocupada pelo núcleo é
Resposta
O espalhamento de partículas
no experimento de Rutherford mostrou que quase todas as
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
, enquanto
, de modo que
isto é, o núcleo ocupa uma fração extremamente pequena do volume atômico.