O modelo atômico proposto por Rutherford resolveu uma questão importante, mas cria outras. Por um lado, ele tornou claro que praticamente toda a massa e toda a carga positiva do átomo estaria em um núcleo muito pequeno. Por outro, ele coloca que os elétrons, antes colocados em uma esfera de carga positiva, deveriam estar se movendo ao redor do núcleo, em um espaço vazio. E isso gera um problema.
Neste artigo vamos mostrar um recurso didático que pode auxiliar a explicação de porquê o modelo de Rutherford tinha um problemão, problema esse compartilhado com toda a física clássica, quando aplicada a átomos e elétrons.
Prepare o modelo
Nós encontramos este modelo pronto , de autoria de Skyline Designs, no site Makerworld.
https://makerworld.com/en/models/987129-orbital-simulator
O modelo foi criado para representar órbitas circulares e elípticas e para se estudar a Lei de Kepler.
Imprima o modelo em PLA. Ele leva cerca de 3 a 4 horas para imprimir (dependendo da sua impressora e se você vai imprimir a versão multicor). A impressão é muito simples e não precisa de suportes. A rampa é impressa separadamente, bem como um pino que liga a rampa à base. Cole o pino na rampa e encaixe-a na base. Note que a rampa pode mudar de ângulo, variando como a bolinha entra na base.
Você pode usar bolinhas de vários tamanhos e materiais, como bolinhas de aço ou de gude. Bolinhas mais pesadas tendem a demorar mais para chegar ao centro.
Use o modelo na sua aula
Sugerimos usar este modelo como uma demonstração para os alunos. Peça aos alunos para se juntarem ao redor de uma mesa contendo o modelo e uma bolinha de gude.
É interessante usar esta demonstração após o estudo do modelo atômico de Rutherford, e antes de começar o modelo atômico de Bohr. A ideia é chamar a atenção para o problema que o modelo de Rutherford não consegue resolver, apesar de ter sido um enorme avanço.
Ajuste o ângulo da rampa, de modo que a bolinha de gude entre o círculo próximo à sua beirada. Lembre s alunos que no modelo de Rutherford, os elétrons são vistos como partículas carregadas negativamente que estão girando ao redor do núcleo central positivo. Solte a bolinha do alto da rampa. Na física clássica, uma partícula com carga, quando acelerada, deve perder energia na forma de radiação eletromagnética. Assim, o elétron deveria perder energia constantemente, e seguir uma espiral, até cair no núcleo. Você pode repetir o lançamento da bolinha enquanto explica. Como nós sabemos que o elétron não cai no núcleo, uma vez que os átomos estão todos intactos ao nosso redor, fica claro que o modelo de Rutherford sozinho não consegue explicar o que está acontecendo.
O problema no modelo de Rutherford vem diretamente do fato que a física clássica não se aplica a sistemas atômicos. Para resolver esse problema, foi necessário romper com a visão clássica e ir na direção de algo novo: a mecânica quântica.
A demonstração pode, assim, servir como uma transição entre os modelos, despertando a curiosidade dos alunos sobre o que é que realmente explicar o comportamento dos elétrons.
O que acontece
Rutherford propôs seu modelo em 1911, a partir da interpretação dos resultados do famoso experimento de espalhamento de partículas alfa, realizado por Hans Geiger e Ernest Marsden. Você pode ler o artigo original em que Rutherford explica os seus resultados baixando o pdf (http://www.xciencia.org/wp-content/uploads/2026/06/rutherford_PhilMag_21_669_1911.pdf).
O resultado esperado do experimento de espalhamento das partículas alfa, segundo a teoria atômica de J. J. Thomson seria que o “espalhamento devido a um único encontro atômico é pequeno, e a estrutura particular assumida para o átomo não admite uma grande deflexão de uma partícula atravessando um único átomo, a não ser que o diâmetro da esfera de eletricidade positiva seja muito pequeno comparado com o tamanho do átomo” (palavras de Rutherford no artigo citado acima).
Rutherford não aborda a questão da estabilidade de um átomo com um núcleo cercado de elétrons neste artigo, apenas apontando para o fato de que outro cientista (o japonês Hantaro Nagaoka) havia proposto um átomo com elétrons em anéis ao redor de um centro de massa positiva e considerava que haveria estabilidade se a atração fosse grande o suficiente. Este artigo na revista Química Nova na Escola apresenta este modelo (https://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc44_1/04-HQ-66-20.pdf). O modelo de Nagaoka foi rejeitado exatamente por não explicar a estabilidade dos elétrons ao redor dessa massa central positiva, uma vez que o movimento das cargas deveria fazer com que os elétrons perdessem energia.
Finalmentes
E você? Usa modelos nas suas aulas? Costuma falar sobre o problema do modelo de Rutherford para seus alunos? Gostou dessa ideia? Comente abaixo e compartilhe este artigo com seus colegas.
