Explique o experimento de espalhamento de partículas \alpha, que levou em 1911 à proposição do modelo atômico de Rutherford. Em sua resposta, aborde necessariamente os seguintes aspectos: a) o que são partículas \alpha; b) descrição do experimento; c) resultados obtidos; d) de que maneira os resultados revelam a estrutura do átomo (do que ele é formado, como ele está organizado, como a massa está distribuída, o volume do átomo, etc.).

Passo 1

O enunciado pede para explicar o experimento de espalhamento de partículas \alpha realizado por Rutherford em 1911 e como esse experimento levou à proposição do modelo atômico de Rutherford. O conteúdo envolve física atômica e espalhamento de partículas, e vamos precisar entender (a) a natureza das partículas \alpha, (b) como foi montado o experimento, (c) quais foram os resultados observados e (d) de que forma esses resultados revelam a estrutura interna do átomo (organização, distribuição de massa e volume).

Passo 2

Para responder ao item (a), precisamos saber o que são partículas \alpha: são núcleos de hélio \b \,^4_2\text{He}^{2+} emitidos em decaimentos radioativos. Cada partícula \alpha tem carga elétrica +2e (onde e é a carga elementar) e massa aproximada de 4\,\text{u} (quatro unidades de massa atômica), o que a torna relativamente pesada e com alta energia cinética ao ser emitida por uma fonte radioativa como o rádio.

Passo 3

No item (b), a descrição do experimento é a seguinte. Rutherford e colaboradores dirigiram um feixe colimado de partículas \alpha contra uma lâmina muito fina de ouro (espessura algumas dezenas de átomos). Em volta da lâmina havia uma tela fluorescente de sulfeto de zinco ligada a um microscópio de varredura, de modo que cada partícula \alpha que atingia a tela produzia um pontinho luminoso. Medindo a distribuição angular desses pontos, eles faziam estatística de quantas partículas passavam praticamente sem desvio e quantas sofriam grandes deflexões.

Passo 4

No item (c), os resultados obtidos foram surpreendentes:
A maior parte das partículas \alpha atravessava a lâmina praticamente sem desvio, indicando que passavam por regiões quase vazias. Uma pequena fração sofria desvios de dezenas de graus e cerca de uma em cada oitenta mil era rejeitada para trás (desvio maior que 90^\circ). Esses desvios grandes eram muito improváveis segundo o então aceito modelo “pudim de elétrons” de Thomson, que previa apenas pequenas deflexões.

Passo 5

No item (d), a interpretação desses resultados levou Rutherford a concluir que:
— O átomo deve conter uma região central muito pequena e muito massiva, com carga positiva concentrada (o núcleo), capaz de repelir fortemente partículas \alpha quando há colisão próxima.
— O núcleo ocupa um volume da ordem de 10^{-14}\,\text{m} enquanto o átomo inteiro tem raio da ordem de 10^{-10}\,\text{m}, logo a maior parte do átomo é espaço vazio.
— Quase toda a massa do átomo está concentrada no núcleo, e os elétrons circulam ao redor num “invólucro” eletricamente neutro em média.

Resposta

O experimento de espalhamento de partículas \alpha revelou que o átomo não é um aglomerado difuso de carga, mas possui um núcleo central muito denso e carregado positivamente (raio \sim10^{-14}\,\text{m}) que concentra quase toda a massa, envolto por elétrons num espaço vastamente vazio (raio atômico \sim10^{-10}\,\text{m}). Essa estrutura passou a ser conhecida como modelo atômico de Rutherford.

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