Eugen Goldstein: Descobertas e Contribuições
Eugen Goldstein foi um dos principais físicos alemães, nascido na atual Polônia em 1850. Seu trabalho científico abrange experimentos com fenômenos elétricos em gases e em raios catódicos.
Goldstein identificou a existência de prótons como cargas iguais e opostas aos elétrons. Esta descoberta foi realizada através da experimentação com tubos de raios catódicos, em 1886.
Um de seus mais notáveis legados consistia na descoberta do que hoje é conhecido como prótons, junto com raios de canal, também conhecidos como raios anódicos ou positivos.
Havia um modelo atômico de Goldstein?
Godlstein não propôs um modelo atômico, embora suas descobertas permitissem o desenvolvimento do modelo atômico de Thomson.
Por outro lado, ele é às vezes creditado como o descobridor do próton, que eu observo nos tubos de vácuo onde ele observou os raios catódicos. No entanto, Ernest Rutherford é considerado o descobridor da comunidade científica.
Experimentos com raios catódicos
Tubos de Crookes
Goldstein iniciou suas experiências com os tubos de Crookes, durante a década de 70. Depois, ele fez modificações na estrutura desenvolvida por William Crookes no século XIX.
A estrutura de base do tubo de Crookes consiste em um tubo vazio de vidro, dentro do qual circulam gases. A pressão dos gases no interior do tubo é regulada pela moderação da evacuação do ar no seu interior.
O aparelho possui duas partes metálicas, uma em cada extremidade, que atuam como eletrodos, e ambas as extremidades são conectadas a fontes externas de tensão.
Ao eletrizar o tubo, o ar ioniza e se torna um condutor de eletricidade. Como resultado, os gases tornam-se fluorescentes quando o circuito é fechado entre as duas extremidades do tubo.
Crookes concluiu que esse fenômeno era devido à existência de raios catódicos, isto é, fluxo de elétrons. Com este experimento foi demonstrada a existência de partículas elementares com carga negativa nos átomos.
Modificação de tubos de Crookes
Goldstein modificou a estrutura do tubo de Crookes e acrescentou várias perfurações a um dos cátodos de metal do tubo.
Além disso, ele repetiu o experimento com a modificação do tubo de Crookes, aumentando a tensão entre as extremidades do tubo para vários milhares de volts.
Sob essa nova configuração, Goldstein descobriu que o tubo emitia um novo brilho que começava a partir do final do tubo que havia sido perfurado.
No entanto, o destaque é que esses raios se moviam na direção oposta aos raios catódicos e eram chamados de raios de canal.
Goldstein concluiu que, além dos raios catódicos, que viajavam do cátodo (carga negativa) para o anodo (carga positiva), havia outro raio viajando na direção oposta, isto é, do anodo ao cátodo do tubo modificado.
Além disso, o comportamento das partículas em relação ao seu campo elétrico e campo magnético era totalmente oposto ao dos raios catódicos.
Este novo fluxo foi batizado por Goldstein como raios de canal. Como os raios do canal viajaram na direção oposta aos raios catódicos, Goldstein inferiu que a natureza de sua carga elétrica também deveria ser contrária. Isto é, os raios do canal tiveram uma carga positiva.
Os raios do canal
Os raios do canal surgem quando os raios catódicos colidem contra os átomos do gás que está confinado dentro do tubo de ensaio.
Partículas com cargas iguais se repelem. Partindo desta base, os elétrons do raio catódico repelem os elétrons dos átomos do gás, e estes últimos são destacados de sua formação original.
Os átomos de gás perdem sua carga negativa e são carregados positivamente. Esses cátions são atraídos pelo eletrodo negativo do tubo, dada a atração natural entre cargas elétricas opostas.
Goldstein chamou esses raios de "Kanalstrahlen", para se referir à contraparte dos raios catódicos. Os íons positivamente carregados que formam os raios do canal se movem em direção ao cátodo perfurado até que eles passem por ele, dada a natureza do experimento.
Assim, esse tipo de fenômeno é conhecido no mundo científico como raios de canal, uma vez que eles passam pela perfuração existente no catodo do tubo de estudo.
Modificação de tubos catódicos
Da mesma forma, os ensaios de Eugen Godlstein também contribuíram significativamente para aprofundar as noções técnicas sobre os raios catódicos.
Através de experimentos em tubos evacuados, Goldstein detectou que os raios catódicos poderiam projetar sombras agudas de emissão perpendiculares à área coberta pelo cátodo.
Essa descoberta foi muito útil para modificar o projeto dos tubos catódicos usados até hoje e para colocar catodos côncavos em seus cantos, para produzir raios focalizados que seriam usados em uma variedade de aplicações no futuro.
Por outro lado, os raios de canal, também conhecidos como raios anódicos ou raios positivos, dependem diretamente das características físico-químicas do gás contido no tubo.
Consequentemente, a relação entre a carga elétrica e a massa das partículas será diferente dependendo da natureza do gás que está sendo usado durante o experimento.
Com esta conclusão, o fato de que as partículas saíram do gás, e não o ânodo do tubo eletrificado, foi esclarecido.
Contribuições de Goldstein
Primeiros passos na descoberta do próton
Com base na certeza de que a carga elétrica dos átomos é neutra, Goldstein deu os primeiros passos para verificar a existência de partículas fundamentais carregadas positivamente.
Fundações da física moderna
A pesquisa de Goldstein trouxe consigo os fundamentos da física moderna, uma vez que a demonstração da existência dos raios do canal permitiu formalizar a ideia de que os átomos se moviam rapidamente e com um padrão de movimento específico.
Esse tipo de noção era fundamental no que hoje é conhecido como física atômica, isto é, o campo da física que estuda o comportamento e as propriedades dos átomos em sua totalidade.
Estudo isotópico
Assim, a análise de Goldstein levou ao estudo de isótopos, por exemplo, entre muitas outras aplicações científicas que estão atualmente em pleno vigor.
No entanto, a comunidade científica atribui a descoberta do próton ao químico e físico neozelandês Ernest Rutherford, em meados de 1918.
A descoberta do próton, como contrapartida do elétron, lançou as bases para a construção do modelo atômico que conhecemos hoje.
