Se não dá para ver átomos, como sabemos que são feitos de partículas menores?

A história da física foi marcada por experimentos engenhosos que permitiram inferir a existência e as características dessas partículas indiretamente. O primeiro e mais famoso deles ocorreu em 1897, quando o físico J.J. Thompson investigava uma invenção recente chamada tubo de raios catódicos.

Trata-se de um tubo de vidro selado a vácuo em cujo interior há dois polos, um negativo, chamado ânodo, e um positivo, chamado cátodo. A diferença de potencial entre os dois polos (em bom português, a voltagem) faz um feixe de carga elétrica negativa, cuja composição na época era desconhecida, disparar na direção do cátodo. Daí nome “catódicos”.

O que Thompson fez foi desviar o feixe atraindo-o com uma placa metálica de carga oposta, positiva. Lembre-se: os opostos se atraem. O ângulo em que o feixe se desviou permitiu calcular a carga elétrica e a massa das partículas que compõem o raio catódico. Assim ele concluiu que elas eram mais leves que o átomo – e descobriu o elétron.

Um outro experimento, realizado em 1905 pelo neozelândes Ernest Rutherford, foi fundamental para entender como o elétron se encaixava na estrutura do átomo.

Rutherford disparou núcleos de hélio, que possuem carga positiva, em uma fina folha de ouro. A maioria esmagadora deles passou reto pela folha, como se ela não existisse. Mas 1 em cada 20 mil desses balaços microscópicos foram refletidos com violência, em ângulos fechados.

Assim, Rutherford deduziu que a maior parte do volume dos átomos é composta pela nuvem de elétrons de carga negativa, que é extremamente insubstancial – o que explica por que os núcleos de hélio, em geral, atravessam a folha rasgando.

Os poucos núcleos de hélio que foram refletidos se chocaram com os núcleos de carga igualmente positiva do ouro, que são compactos e correspondem a uma parcela muito pequena do volume do átomo – ainda que concentrem quase toda a massa.

Assim nasceu o modelo do átomo como um pequeno Sistema Solar, que foi desatualizado pela física quântica, mas permanece vivo no imaginário popular e ainda é usado para fins didáticos.

Pergunta de @gabuds, via Instagram.