Você pode pesquisar a imagem de um átomo na internet e você encontrará um, mesmo que ninguém tenha realmente visto um átomo antes. Mas temos uma estimativa da aparência de um único átomo por causa do trabalho de um grupo de cientistas diferentes, como o físico dinamarquês Niels Bohr.

Os átomos são os blocos de construção da matéria - um único átomo de qualquer elemento individual é a entidade mais básica da natureza que ainda segue as regras da física que podemos observar na vida cotidiana (as partículas subatômicas que constituem os átomos têm suas próprias regras especiais) . Os cientistas suspeitaram que os átomos existiam por muito tempo antes que pudessem conceituar sua estrutura - até os antigos gregos imaginavam que a matéria do universo era feita de componentes tão pequenos que não podiam ser divididos em algo menor, e eles chamaram essas unidades fundamentais atomos , que significa "indiviso". No final do século 19, entendia-se que as substâncias químicas podiam ser decompostas em átomos, que eram muito pequenos e os átomos de diferentes elementos tinham um peso previsível.

Mas então, em 1897, O físico britânico J.J. Thomson descobriu os elétrons - partículas com carga negativa dentro dos átomos que todos passaram a maior parte do século acreditando serem inteiramente indivisíveis - como as menores coisas que existiam. Thomson apenas levantou a hipótese de que os elétrons existiam, mas ele não conseguia descobrir exatamente como os elétrons se encaixam em um átomo. Seu melhor palpite foi o "modelo de pudim de ameixa, "que descreveu o átomo como uma torta carregada positivamente cravejada de áreas carregadas negativamente espalhadas como frutas em uma sobremesa dos velhos tempos.

"Descobriu-se que os elétrons eram elétricos negativos, e todos com a mesma massa e muito pequenos em comparação com os átomos, "diz Dudley Herschbach, um químico de Harvard que compartilhou o Prêmio Nobel de Química em 1986 por suas "contribuições sobre a dinâmica dos processos químicos elementares, "em um e-mail." Ernest Rutherford descobriu o núcleo em 1911. Os núcleos eram elétricos positivos, com várias massas, mas muito maiores do que os elétrons, mas muito pequeno em tamanho. "

Um salto gigante para a frente

Niels Bohr foi aluno de Rutherford que corajosamente assumiu o projeto de seu mentor de decifrar a estrutura do átomo em 1912. Ele levou apenas um ano para criar um modelo funcional de um átomo de hidrogênio.

"O modelo de Bohr de 1913 para o átomo de hidrogênio tinha órbitas circulares de elétrons em torno do próton - como a Terra orbita ao redor do sol, "diz Herschbach." Bohr fez uso de um padrão simples e regular para o espectro do átomo de hidrogênio, que foi encontrado por Johann Balmer em 1885. Ele também fez uso da ideia da ideia quântica, encontrado por Max Planck em 1900. "

Em 1913, o modelo de Bohr foi um salto gigantesco porque incorporou características da mecânica quântica recém-nascida à descrição de átomos e moléculas. Aquele ano, ele publicou três artigos sobre a constituição de átomos e moléculas:O primeiro e mais famoso foi dedicado ao átomo de hidrogênio e os outros dois descreveram alguns elementos com mais elétrons, usando seu modelo como uma estrutura. O modelo que ele propôs para o átomo de hidrogênio tinha elétrons se movendo ao redor do núcleo, mas apenas em pistas especiais com diferentes níveis de energia. Bohr formulou a hipótese de que a luz foi emitida quando um elétron saltou de uma trilha de energia mais alta para uma trilha de energia mais baixa - foi isso que fez o hidrogênio brilhar em um tubo de vidro. Ele acertou o hidrogênio, mas seu modelo era um pouco problemático.

"O modelo falhou em prever o valor correto das energias do estado fundamental de átomos de muitos elétrons e energias de ligação das moléculas - mesmo para os sistemas de 2 elétrons mais simples, como o átomo de hélio ou uma molécula de hidrogênio, "diz Anatoly Svidzinsky, professor do Instituto de Ciência Quântica e Engenharia da Texas A&M, em uma entrevista por e-mail. "Então, já em 1913, estava claro que o modelo de Bohr não é totalmente correto. Mesmo para o átomo de hidrogênio, o modelo de Bohr prevê incorretamente que o estado fundamental do átomo possui momento angular orbital diferente de zero. "

O Prêmio Nobel de 1922

Que, claro, pode não fazer muito sentido para você se você não for um físico quântico. Contudo, O modelo de Bohr foi acelerado para receber o Prêmio Nobel de Física em 1922. Mas, mesmo quando Bohr estava consolidando sua reputação no mundo da física, os cientistas estavam aprimorando seu modelo:

"O modelo de Bohr para o átomo de hidrogênio foi aprimorado por Arnold Sommerfeld em 1916, "diz Herschbach." Ele encontrou órbitas elípticas que representavam linhas espectrais próximas àquelas que vieram de órbitas circulares. O modelo de Bohr-Sommerfeld para o átomo de hidrogênio é básico, mas o quantum e a relatividade tornaram-se aspectos importantes. "

Entre 1925 e 1928, Werner Heisenberg, Max Born, Wolfgang Pauli, Erwin Schrodinger e Paul Dirac desenvolveram esses aspectos muito além do modelo atômico de Bohr, mas ele é de longe o modelo de átomo mais conhecido. Os modelos atômicos que a física quântica nos deu parecem menos com um sol cercado por planetas de elétrons e mais com arte moderna. É provável que ainda usemos o modelo de Bohr porque é uma boa introdução ao conceito de átomo.

"Em 1913, O modelo de Bohr demonstrou que a quantização é o caminho certo a seguir na descrição do micro-mundo, "diz Svidzinsky." Assim, O modelo de Bohr mostrou aos cientistas uma direção para pesquisar e estimulou um maior desenvolvimento da mecânica quântica. Se você conhece o caminho, então, mais cedo ou mais tarde, você encontrará a solução certa para o problema. Pode-se pensar no modelo de Bohr como um dos sinais de direção ao longo de uma trilha de caminhada para o mundo quântico. "

O pai de Niels Bohr, Christian Bohr, foi indicado para três diferentes prêmios Nobel de Fisiologia da Medicina, embora ele nunca tenha vencido.