Introdução à Física Quântica.

Mesmo antes do século V a.C, os gregos antigos já tinham suas especulações sobre a ideia do modelo átomo. Demócrito partiu da ideia de que o átomo era indivisível, não tendo ainda se preocupado com a eletricidade. Ou seja: Não se tinha, ainda, um modelo atômico de elétrons, nêutrons e prótons.

Foi quando Tales de Mileto notou que minerais como a magnetita conseguia atrair pedaços de ferro. Novas descobertas científicas mostraram que o átomo é divisível, diferentemente de como Diógenes achava. Usando o acelerador de partículas, podemos dividir os prótons, acelerando-os para chocar com outras partículas para formar outras formas de matéria, como os elétrons e outros prótons.

Com o estudo sobre o Bóson de Higgs, sabemos que prótons podem ser divididos em partículas cada vez menores chamadas de Quarks. Durante a divisão do núcleo atômico, há emissão de partículas radioativas chamadas Neutrinos.

No século XVIII, muitos cientistas, como Dalton, começaram a ter suas ideias de um novo modelo atômico formado por cargas. Para Dalton, a matéria era formada por uma esfera maciça de carga neutra. No século XIX, Thomson tinha a sua ideia de como a matéria seria formada: por uma esfera maciça de carga positiva e, em sua volta, havia partículas de carga negativas. A esse modelo, Thomson chamou de “Pudim de Passas”.

Para Rutherford, partindo da ideia heliocêntrica, disse que o átomo contém um núcleo muito pequeno, formado por nêutrons e prótons, rodeado de elétrons. Mas houve um problema, porque se os elétrons são partículas de carga negativa, deveriam emitir uma radiação quando girassem ao redor do núcleo e assim perder energia, chocando-se imediatamente sobre o núcleo. Ou seja: segundo o modelo de Rutherford a matéria deveria implodir.

Em sua experiência, Rutherford constatou que o átomo não é maciço. Ele usou uma folha de ouro, uma placa fosforescente, um bloco maciço de chumbo e um conteúdo de material radioativo alfa. Depois de emitir as partículas alfa sobre a folha de ouro em uma trajetória retilínea, observou que a maioria atravessa a folha de ouro, em linha reta, mas que algumas das partículas alfa se desviavam. Isso se deve porque o átomo não é maciço e existiam “espaços” dentro dele. As partículas que se desviavam eram as que batiam no núcleo, pois partículas alfa de carga positiva chocavam-se com o núcleo (prótons e nêutrons).

Estudando as radiações provenientes do aquecimento de um corpo, Max Planck observou que o quantum era representado em pacotes de energia, ao que chamou de constante de Planck (h), da fórmula E=h.f, onde f é a frequência de uma onda eletromagnética emitida pelo corpo aquecido e E a energia fornecida a ele. Ou seja: quanto mais se fornece energia à matéria através de uma determinada fonte térmica, mais ela emite radiações em espectros de cores diferentes.

Sobre o efeito fotoelétrico, Einstein observou que se emitirmos luz sobre determinadas materiais, essas emitem elétrons. A luz é considerada uma onda eletromagnética e se aumentarmos a sua frequência sobre um corpo de chumbo, por exemplo, aumenta-se a energia cinética dos elétrons desse corpo; luz vermelha não consegue aumentar a energia cinética dos elétrons, mas luz violeta sempre aumenta muito a energia cinética dos elétrons.

Antes de falar sobre a “Catástrofe ultravioleta”, é bom comentar um pouco sobre a função do corpo negroa. Já sabemos que uma luz branca ao passar num prisma, sofre desvios e nos dá uma visão de um espectro de cores (vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, violeta). Um corpo negro tanto pode emitir quanto pode absorve toda a luz que incide sobre ele – um corpo negro não quer dizer um corpo “preto”, mas um corpo feito de um material específico que se você incidir radiação sobre ele, absorverá toda a radiação incidente - . Exemplo: um forno de uma indústria siderúrgica.

A catástrofe ultravioleta se dá quando, durante um equilíbrio térmico, um corpo consideravelmente aquecido emite mais luz ultravioleta do que o observado. Foi daí que Einstein chegou à conclusão de que a radiação emitida por um corpo aquecido é emitida por porções de energia.

O modelo de Bohr está relacionado com o salto quântico, ou seja, quando é fornecida energia à matéria, os elétrons começam a saltar de uma órbita para outra. Quando um determinado elétron saia de sua órbita inicial e vai para uma órbita mais próxima e depois voltava para a sua órbita de origem, emite radiação. Cada matéria contém camadas (K,L,M,N,O) e para cada camada, existe um subnível de energia (s,p,d,f).

Cada subnível de energia suporta um número limitado de elétrons. Por exemplo: o subnível "p" suporta 6 elétrons, o subnível "s" suporta 1 elétron. Quanto mais os elétrons estiverem afastados do núcleo, mais eles se tornam energéticos e quando mais, de O até K, eles estiverem, mais próximo do núcleo, mais eles ficarão pouco energéticos.