Modelo Atômico de Perrin: Características, Experiência, Postulados

O modelo atômico de Perrin comparou a estrutura do átomo com um sistema solar, no qual os planetas seriam as cargas negativas e o Sol seria uma carga positiva concentrada no centro do átomo. Em 1895, o notável físico francês demonstrou a transferência de cargas negativas pelos raios catódicos para a superfície em que eles causam impacto.

Com isso, a natureza elétrica dos raios catódicos foi demonstrada e iluminou a natureza elétrica do átomo, entendendo-o como a menor e indivisível unidade de matéria. Em 1901, Jean Baptiste Perrin sugeriu que a atração das cargas negativas que envolvem o centro (carga positiva) é contrabalançada pela força da inércia.

Esse modelo foi complementado e aperfeiçoado mais tarde por Ernest Rutherford, que afirmou que toda a carga positiva do átomo estava localizada no centro do átomo e que os elétrons orbitam ao redor.

No entanto, este modelo tinha algumas limitações que não podiam ser explicadas na época, e o modelo foi tomado como base pelo físico dinamarquês Niels Bohr para propor seu modelo em 1913.

Características do modelo atômico de Perrin

As características mais marcantes do modelo atômico de Perrin são as seguintes:

- O átomo é constituído de uma grande partícula positiva no centro da mesma, na qual a maior parte da massa atômica é concentrada.

- Em torno desta carga positiva concentrada orbitam várias cargas negativas que compensam a carga elétrica total.

A proposta de Perrin compara a estrutura atômica com um sistema solar, onde a carga positiva concentrada cumprirá a função do Sol e os elétrons que a cercam cumpririam o papel dos planetas.

Perrin foi pioneiro ao sugerir a estrutura descontínua do átomo em 1895. No entanto, ele nunca insistiu em projetar um experimento que ajudasse a provar essa concepção.

Experimento

Como parte de seu treinamento de doutorado, Perrin trabalhou como assistente em Física na École Normale Supérieure de Paris, entre 1894 e 1897.

Até então, Perrin desenvolveu a maioria de suas pesquisas para verificar a natureza dos raios catódicos; isto é, se os raios catódicos fossem partículas carregadas eletricamente ou se assumissem a forma das ondas.

Raios Catódicos

O experimento com os raios catódicos surge ao conduzir pesquisas com tubos de Crookes, uma estrutura inventada pelo químico inglês William Crookes na década de 1870.

O tubo de Crookes consiste em um tubo de vidro contendo apenas gases no interior. Essa configuração tem uma parte de metal em cada extremidade e cada peça é conectada a uma fonte externa de tensão.

Quando o tubo é energizado, o ar dentro dele é ionizado e, conseqüentemente, torna-se um condutor de eletricidade e fecha o circuito aberto entre os eletrodos nas extremidades.

Dentro do tubo, os gases assumem um aspecto fluorescente, mas até o final da década de 1890 os cientistas não estavam certos sobre a causa desse fenômeno.

Até então, não se sabia se a fluorescência era devido à circulação de partículas elementares no interior do tubo, ou se os raios tomavam a forma das ondas que os transportavam.

Investigações de Perrin

Em 1895, Perrin replicou os experimentos de raios catódicos conectando um tubo de descarga a um recipiente vazio maior.

Além disso, Perrin colocou uma parede à prova d'água para moléculas comuns e replicou a configuração de Crookes, colocando uma gaiola de Faraday, contida dentro de uma câmara de proteção.

Se os raios passassem através da parede impermeável por moléculas comuns dentro da gaiola de Faraday, seria automaticamente demonstrado que os raios catódicos eram compostos de partículas carregadas eletricamente.

Método de verificação

Para corroborar isso, Perrin conectou um eletrômetro perto da parede à prova d'água para medir as cargas elétricas que ocorreriam quando os raios catódicos chegassem lá.

Ao realizar o experimento, constatou-se que o choque dos raios catódicos contra a parede impermeável induziu uma pequena medida de carga negativa no eletrômetro.

Posteriormente, Perrin desviou o fluxo de raios catódicos, forçando o sistema através da indução de um campo elétrico, e forçou os raios catódicos a atacar o eletrômetro. Quando isso aconteceu, o medidor registrou uma carga elétrica consideravelmente maior em comparação com o registro anterior.

Graças aos experimentos de Perrin, foi demonstrado que os raios catódicos eram constituídos por partículas com cargas negativas.

Mais tarde, no início do século XX, JJ Thomson descobriu formalmente a existência de elétrons e sua relação carga-massa, baseada na pesquisa de Perrin.

Postulados

Em 1904, o cientista britânico JJ Thomson enunciou sua proposta de modelo atômico, também conhecido como modelo de pudim de ameixa.

Neste modelo, a carga positiva foi entendida como uma massa homogênea e as cargas negativas seriam distribuídas aleatoriamente sobre a referida massa positiva.

Na analogia, a carga positiva seria a massa do pudim e as cargas negativas seriam representadas pelas ameixas. Este modelo foi refutado por Perrin em 1907. Em sua proposta, Perrin indica o seguinte:

- A carga positiva não é expandida em toda a estrutura atômica. Pelo contrário, concentra-se no centro do átomo.

- As cargas negativas não são dispersas pelo átomo. Em vez disso, eles são organizados de forma ordenada em torno da carga positiva, em direção à borda externa do átomo.

Limitações

O modelo atômico de Perrin tem duas restrições principais, que a posteriori foram superadas graças às contribuições de Bohr (1913) e da física quântica.

As limitações mais significativas desta proposta são:

- Não há explicação sobre por que a carga positiva permanece concentrada no centro do átomo.

- A estabilidade das órbitas das cargas negativas em torno do centro do átomo não é compreendida.

De acordo com as leis eletromagnéticas de Maxwell, as cargas negativas descreveriam órbitas espirais em torno de cargas positivas, até colidirem com elas.