Constituição da matéria: 2. As partículas fundamentais

  • Data de publicação
Roberto A. Salmeron - USP

Chamam-se partculas fundamentais s partculas constituintes do tomo (antigamente eram chamadas partculas elementares; mas, depois se descobriu que vrias delas podem se desdobrar em duas ou mais partculas, isto , no so elementares).

Atualmente conhece-se onze partculas fundamentais cuja existncia est definitivamente comprovada. Alm dessas, h vrias que foram descobertas recentemente e cujas propriedades so muito mal conhecidas. As onze partculas so:

eltron, ou negatron
prton
neutron
psitron, ou eltron positivo
neutrino
mson leve positivo
mson leve negativo
mson pesado positivo
mson pesado negativo
mson pesado neutro
fton

1. Eltron ou Negatron

J se suspeitava da existncia do eltron na segunda metade do sculo passado. Mas, a sua existncia foi definitivamente comprovada s em 1897, por J.J. Thomson.

O eltron uma partcula que possui carga eltrica negativa, cujo valor absoluto se representa por e. Vale: -e = -4,8024 . 10-10ues CGSq. a menor carga eltrica que existe isolada na natureza.

Sua massa muito pequena. Em unidades de massa atmica, vale: 0,00054862 u.m.a. (veja o tpico "Unidades de Massa Atmica"). Em gramas, 9,11 . 1028gramas. aproximadamente 1/1837 da massa do tomo de hidrognio.

J viu-se que um feixe de eltrons emitidos numa ampola de Crookes chamado raio catdico. Os eltrons so emitidos pelas substncias radioativas; e nesse caso so chamados raios beta. Os eltrons emitidos pelas substncias radioativas tm esse nome porque, quando os raios beta foram descobertos no se sabia que eram eltrons.

2. Prton


Rutherford
A existncia de uma partcula com carga positiva foi evidenciada pela primeira vez quando, em 1886, Goldestein descobriu os raios positivos. A prova definitiva da existncia do prton foi dada em 1919 por Rutherford.

O prton o ncleo do tomo de hidrognio. uma partcula de carga eltrica +e, isto , de mesmo valor absoluto que a carga do eltron, mas, positiva. Pelo fato de ter carga eltrica, le desviado nos campos eltricos e magnticos.

Sua massa 1,007582 em unidades de massa atmica, e 1,67248 . 10-24gramas. cerca de 1837 vezes mais pesado que o eltron.

Entra na formao do ncleo, havendo tantos prtons no ncleo quantos so os eltrons das rbitas, isto , um nmero igual ao nmero atmico Z.

3. Nutron


James Chadwick
Sua descoberta atribuda a Chadwick, em 1932, embora essa descoberta tenha sido feita com apoio em trabalhos dos fsicos Bothe, Becker e do casal Irene Curie Frederic Joliot.

uma partcula neutra. E, no tendo carga eltrica, no desviado em campos eltricos, nem em campos magnticos, o que dificulta a sua observao. Pelo fato de no ter carga eltrica ele penetra na matria com relativa facilidade, porque, sendo neutro, no repelido pelas cargas eltricas dos tomos da substncia em que est penetrando. Por causa disso faz-se bombardeamento de tomos com neutrons.

a partcula mais pesada que conhecemos. Sua massa 1,008930 em unidades de massa atmica, e 1,67472 . 10-24gramas. um pouco mais pesada que o tomo de hidrognio (some a massa do prton com a do eltron, e verifique que essa soma menor que a massa do neutron).

Durante algum tempo se pensou que o neutron fosse uma reunio de um prton com um eltron. Depois foi demonstrado que isso no verdade. O neutron uma partcula independente. Uma das provas disso que a massa do neutron maior que a soma das massas do prton e do eltron.

4. Positron ou eltron positivo


Carl D. Anderson
Foi descoberto em 1932 por Carl D. Anderson.

O psitron um eltron positivo, isto , tem a mesma massa que o eltron, e carga eltrica de mesmo valor absoluto, mas, positiva. Por causa disso, foi proposto que se desse o nome de negatron ao oeltron; mas esse nome e pouco usado. Tendo carga eltrica desviado em campos eltricos e magnticos; e como sua carga positiva le desviado sempre em sentido oposto ao do eltron.

O psitron uma partcula que criada e destruda constantemente nos tomos. Tem vida muito curta: da ordem de milionsimos de segundo. Por isso a sua observao muito difcil.

5. Neutrino

Viu-se acima que chamam-se partculas beta os eltrons emitidos pelas substncias radioativas. Estudando matematicamente essa emisso de partculas beta, os fsicos chegaram a um resultado que no puderam aceitar. Pois concluram que nesse fenmeno no vale o princpio da conservao da energia, que um princpio considerado geral, vlido para todos os fenmenos fsicos. Para poder manter o princpio da conservao da energia na emisso de partculas beta, tiveram de admitir que, quando uma partcula beta emitida, juntamente com ela deve ser emitida uma outra partcula. Essa partcula deve ter as seguintes caractersticas:

1) deve ser neutra;
2) deve ter massa menor que a do eltron.

Por isso ela foi chamada neutrino (que em italiano significa neutronzinho).

J foram realizadas diversas experincias em que indiretamente ficou provado que o neutrino existe. Mas ainda no foi possvel realizar-se nenhuma experincia em que o neutrino fosse observado diretamente, pois a pequena massa e a ausncia de carga eltrica dificultam a observao.

6. Fton


Albert Einstein
Em 1905, Einstein, estudando certos fenmenos em que intervm a luz, concluiu que para explic-los no basta considerar a luz como ondas eletromagnticas. Alm disso preciso admitir que essas ondas eletromagnticas se propaguem por grupos, isto , por pacotes. sses pacotes de onda se comportam como se fossem partculas materiais. So chamados ftons.

7. Os Mesons

a) Mesons leves ou mesons mu (m)

Em 1935, o fsico Yukawa, estudando matematicamente como se deve processar o equilbrio entre os neutrons e os prtons no ncleo dos tomos, concluiu o seguinte: para se explicar sse equilbrio, deve-se admitir a existncia de uma outra partcula. Concluiu matematicamente que essa partcula deve ter carga eltrica, e deve ter massa intermediria entre a do prton e a do eltron (da o nome mson). No ano seguinte os fsicos Carl D. Anderson e Neddermeyer comprovaram experimentalmente a existncia da partcula (uma nota: ste Anderson o mesmo Anderson que em 1932 descobriu o psitron). les verificaram mais o seguinte:

1) que sses msons tm massa aproximadamente igual a 212 vezes a massa do eltron;
2) que tm carga eltrica de valor absoluto igual do eltron;
3) que existem dois msons com essa massa: um com carga positiva +e; outro com carga negativa -e.

sses msons so os que hoje chamamos msons leves: o mson leve positivo e o mson leve negativo.

b) Mesons pesados ou mesons pi (p)

Em 1947 os fsicos Cesar Lattes, Ochialini e Powell descobriram mais dois msons. So partculas que tm as seguintes caractersticas:

1) massa aproximadamente igual a 300 vezes a massa do eltron (da o nome de msons pesados, porque so mais pesados que os descobertos por Anderson e Neddermeyer).
2) um tm carga eltrica +e, outro tm -e.

At 1948 sses quatro msons s eram observados em raios csmicos, isto , chegados superfcie da Terra atravs da atmosfera. Nesse ano, o fsico brasileiro Cesar Lattes juntamente com o americano Eugene Gardner conseguiu pela primeira vez produzir msons no laboratrio; isto , conseguiu produo artificial de msons.

c) Mesons neutro

Tem massa de mesma ordem de grandeza que a dos msons pesados, e no tem carga eltrica. Suas propriedades so muito mal conhecidas.

O NMERO DE AVOGRADO

Chama-se Nmero de Avogadro, ou Constante de Avogadro ao nmero de molculas existentes na molcula-grama de qualquer corpo. tambm o nmero de tomos existentes no tomo-grama de qualquer elemento.

sse nmero pode ser determinado experimentalmente do seguinte modo: quando deduzimos as leis da eletrlise, que:

Sendo

F o faraday,
e a carga eltrica do eltron,
N o nmero de Avogadro,

existe entre essas constantes a relao:

Essa equao nos d um mtodo para determinao de N, pois F e e so determinados independentemente um do outro. Os ltimos valores encontrados so:

F = 96.552 coulombs
e = 1,60199 . 10-19 coulombs

Resulta:

ou

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