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| Ernest Rutherford | |
|---|---|
 Ernest Rutherford | |
| Nascimento | 30 de agosto de 1871 Brightwater, Nova Zelanda |
| Fallecimiento | 19 de outubro de 1937 66 anos Cambridge, Inglaterra |
| Residência |  Inglaterra |
| Nacionalidade |  Neozelandesa e  britânica |
| Campo | Química e Física |
| Instituições | McGill University University of Manchester |
| Alma máter | University of Canterbury Cambridge University |
| Supervisor doctoral | Joseph John Thomson  |
| Estudantes destacados | Mark Oliphant Patrick Blackett Hans Geiger Niels Bohr Cecil Powell Teddy Bullard Pyotr Leonidovich Kapitsa John Cockcroft Ernest Walton Charles Drummond Ellis James Chadwick Ernest Marsden Edward Andrade Frederick Soddy Edward Victor Appleton Bertram Boltwood Kazimierz Fajans Charles Galton Darwin Henry Moseley A.J.B.Robertson |
| Conhecido por | Ser o pai da física nuclear |
| Prêmios destacados | Prêmio Nobel de química |
Foi suegro de Ralph Fowler | |
Ernest Rutherford, barón Rutherford de Nelson, OM, PC, FRS, conhecido também como Lord Rutherford (Brightwater, Nova Zelanda, 30 de agosto de 1871 – Cambridge, Reino Unido, 19 de outubro de 1937 ), foi um físico e químico neozelandés.
Considera-se-lhe o pai da física nuclear. Estudou as emissões radioactivas descobertas por H. Becquerel, e conseguiu classificá-las em alfa, beta e gama. Achou que a radiactividad ia acompanhada por uma desintegração dos elementos, o que lhe valeu ganhar o Prêmio Nobel de Química em 1908 . Deve-se-lhe um modelo atómico, com o que provou a existência do núcleo atómico, no que se reúne todo o ónus positivo e quase toda a massa do átomo. Conseguiu a primeira transmutación artificial com a colaboração de seu discípulo Frederick Soddy.
Se durante a primeira parte de sua vida consagrou-se por completo a suas investigações, passou a segunda metade dedicado à docencia e dirigindo os Laboratórios Cavendish de Cambridge , em onde se descobriu o neutrón. Foi mestre de Niels Bohr e Robert Oppenheimer.
Conteúdo |
Nos primeiros anos
Rutherford era o quarto dos doze filhos de James e Martha Rutherford. Seu pai era um escocês granjero e mecânico, enquanto sua mãe, nascida na Inglaterra, emigrou dantes de casar-se. Ali tinha sido mestre. Ambos desejavam dar a seus filhos uma boa educação e tratar de que pudessem prosseguir seus estudos.
Rutherford destacou muito cedo por sua curiosidade e sua capacidade para a aritmética. Seus pais e seu maestro animaram-no muito, e resultou ser um aluno brilhante, o que lhe permitiu entrar no Nelson College, no que esteve três anos. Também tinha grandes qualidades para o rugby, o que lhe valia ser muito popular em sua escola. No último ano, terminou em primeiro lugar em todas as matérias, graças ao qual entrou na Universidade, no Canterbury College, no que seguiu praticando o rugby e no que participou nos clubes científicos e de reflexão.
Por essa época começou a manifestar-se o génio de Rutherford para a experimentación: suas primeiras investigações demonstraram que o ferro podia magnetizarse por médio de altas frequências, o que de por si era uma descoberta. Seus excelentes resultados académicos permitiram-lhe prosseguir seus estudos e suas investigações durante cinco anos ao todo nessa Universidade. Licenciou-se em Christchurch e pouco depois conseguiu a única bolsa de Nova Zelanda para estudar matemáticas, e sobreviveu no último ano como mestre. Obteve desse modo o título de "Master of Arts" com uma dupla primeira classe em matemáticas e física.
Em 1894 obteve o título de "Bachelor of Science", que lhe permitiu prosseguir seus estudos em Grã-Bretanha , nos Laboratórios Cavendish de Cambridge , baixo a direcção do descubridor do elétron, J.J. Thomson a partir de 1895 . Foi o primeiro estudante de ultramar que atingiu esta possibilidade. Dantes de sair de Nova Zelanda, prometeu-se com Mary Newton, uma jovem de Christchurch. Nos laboratórios Cavendish, substituiria anos mais tarde a seu mestre J.J. Thomson.
Cambridge, 1895-1898
Em primeiro lugar prosseguiu suas investigações a respeito das ondas hertzianas, e sobre sua recepção a grande distância. Fez uma extraordinária apresentação de seus trabalhos ante a Cambridge Physical Society, que se publicaram nas Philosophical Transactions da Royal Society of London, facto pouco habitual para um pesquisador tão jovem, o que lhe serviu para atingir notoriedad.
Em dezembro de 1895, começou a trabalhar com Thomson no estudo do efeito dos raios X sobre um gás. Descobriram que os raios X tinham a propriedade de ionizar o ar, já que puderam demonstrar que produzia grandes quantidades de partículas carregadas, tanto positivas como negativas, e que essas partículas podiam recombinarse para dar lugar a átomos neutros. Por sua vez, Rutherford inventou uma técnica para medir a velocidade dos iones, e sua taxa de recombinación. Estes trabalhos foram os que lhe conduziram pelo caminho à fama.
Em 1898, depois de passar três anos em Cambridge, quando contava com 27 anos, lhe propuseram uma cátedra de física na Universidade Mc Gill de Montreal , que aceitou imediatamente, pois representava para ele a possibilidade de reunir com sua noiva, que seguia vivendo em Nova Zelanda.
Montreal, 1898-1907: radioactividad
Becquerel descobriu por essa época (1896) que o urânio emitia uma radiación desconhecida, a "radiación uránica". Rutherford publicou em 1899 um documento essencial, no que estudava o modo que podiam ter essas radiaciones de ionizar o ar, situando ao urânio entre duas placas carregadas e medindo a corrente que passava. Estudou assim o poder de penetración das radiaciones, cobrindo suas mostras de urânio com folhas metálicas de diferentes espessuras. Deu-se conta de que a ionización começava diminuindo rapidamente conforme aumentava a espessura das folhas, mas que acima de um determinado marco diminuía mais debilmente. Por isso deduziu que o urânio emitia dois radiaciones diferenciadas, já que tinham poder de penetración diferente. Chamou à radiación menos penetrante radiación alfa, e à mais penetrante (e que produzia necessariamente uma menor ionización já que atravessava o ar) radiación beta.
Em 1900, Rutherford casa-se com Mary Newton. Deste casal nasceu em 1901 sua única filha, Eileen.
Por essa época, Rutherford estuda o torio, e dá-se conta ao utilizar o mesmo dispositivo que para o urânio, de que o facto de abrir uma porta no laboratório perturba notoriamente o experimento, como se os movimentos do ar no experimento pudessem o alterar. Cedo chegará à conclusão de que o torio desprende uma emanação, também radiactiva, já que ao aspirar o ar que rodeia o torio, se dá conta de que esse ar transmite a corrente facilmente, inclusive a grande distância do torio.
Também nota que as emanações de torio só permanecem radiactivas uns dez minutos e que são partículas neutras. Seu radiactividad não se vê alterada por nenhuma reacção química, nem por mudanças nas condições (temperatura, campo eléctrico). Dá-se conta assim mesmo de que a radiactividad dessas partículas decrece exponencialmente, já que a corrente que passa entre os eléctrodos também o faz, e descobre assim o período dos elementos radiactivos em 1900 . Com a ajuda de um químico de Montreal, Frederick Soddy, chega em 1902 à conclusão de que as emanações de torio são efectivamente átomos radiactivos, mas sem ser torio, e que a radioactividad vem acompanhada de uma desintegração dos elementos.
Esta descoberta provocou um grande revuelo entre os químicos, muito convencidos do princípio de indestructibilidad da matéria. Uma grande parte da ciência da época baseava-se neste conceito. Por isso, esta descoberta representa uma autêntica revolução. No entanto, a qualidade dos trabalhos de Rutherford não deixavam margem à dúvida. O mismísimo Pierre Curie demorou dois anos em admitir esta ideia, apesar de que já tinha constatado com Marie Curie que a radioactividad ocasionava uma perda de massa nas mostras. Pierre Curie opinava que perdiam peso sem mudar de natureza.
As investigações de Rutherford tiveram o reconhecimento em 1903 da Royal Society, que lhe outorgou a Medalha Rumford em 1904 . Resumiu o resultado de suas investigações em um livro titulado "Radioactividad" em 1904 , no que explicava que a radioactividad não estava influenciada pelas condições externas de pressão e temperatura, nem pelas reacções químicas, mas que comportava um desprendimiento de calor superior ao de uma reacção química. Explicava também que se produziam novos elementos com características químicas diferentes, enquanto desapareciam os elementos radiactivos.
Junto a Frederick Soddy, calculou que o desprendimiento de energia devido à desintegração nuclear era entre 20.000 e 100.000 vezes superior ao produzido por uma reacção química. Lançou também a hipótese de que tal energia poderia explicar a energia desprendida pelo sol. Ele e Rutt opinam que se a terra conserva uma temperatura constante (no que diz respeito a seu núcleo), isto se deve sem dúvida às reacções de desintegração que se produzem em seu seio. Esta ideia de uma grande energia potencial armazenada nos átomos encontrará em um ano depois um princípio de confirmação quando Albert Einstein descubra a equivalencia entre massa e energia. Depois destes trabalhos, Otto Hahn, o descubridor da fisión nuclear junto com Lise Meitner, irá a estudar com Rutherford em Mc Gill durante uns meses.
A partir de 1903 começa a fazer-se perguntas sobre a natureza exacta das radiaciones alfa e deduze sua velocidade, o signo (positivo) de seu ónus, e a relação que há entre seu ónus e sua massa, fazendo que atravessem campos eléctricos e magnéticos. Este é o caminho que levar-lhe-á para seus mais célebres trabalhos. O motivo pelo qual algumas partículas alfa rebotaban era que se desviavam pelos núcleos. Rutherford não sabia ao princípio o ónus do núcleo (positiva ou negativa), mas tempo mais tarde descobriu que o núcleo estava formado por dois componentes: protones e neutrones. Durante sua estadia em Mc Gill, publicará uns 80 artigos, e inventará numerosos dispositivos que não têm nada que ver com a física nuclear.
Manchester, 1907-1919: o núcleo atómico
Em 1907 , obtém uma praça de professor na Universidade de Mánchester , em onde trabalhará junto a Hans Geiger. Junto a este, inventará um contador que permite detectar as partículas alfa emitidas por substâncias radiactivas (protótipo do futuro contador Geiger), já que ionizando o gás que se encontra no aparelho, produzem uma descarga que se pode detectar. Este dispositivo permite-lhes estimar o número de Avogadro de modo muito directo: averiguando o período de desintegração da rádio, e medindo com seu aparelho o número de desintegrações por unidade de tempo. Desse modo deduziram o número de átomos de rádio presente a sua mostra.
Em 1908 , junto a um de seus estudantes, Thomas Royds, demonstra de modo definitivo o que se supunha, isto é, que as partículas alfa são núcleos de helio . Em realidade, o que provam é que uma vez desembarazadas de seu ónus, as partículas alfa são átomos de helio. Para demonstrá-lo, isolou a substância radiactiva em um material suficientemente delgado para que as partículas alfa o atravessassem efectivamente, mas para isso bloqueia qualquer tipo de emanação" de elementos radiactivos, isto é, qualquer produto da desintegração. Recolhe a seguir o gás que se acha ao redor da caixa que contém as mostras, e analisa seu espectro. Encontra então grande quantidade de helio: os núcleos que constituem as partículas alfa têm recuperado elétrons disponíveis.
Nesse mesmo ano ganha o Prêmio Nobel de Química por seus trabalhos de 1908 . Sofrerá no entanto um pequeno desgosto, pois ele se considera fundamentalmente um físico. Uma de suas citas mais famosas é que "a ciência, ou é Física, ou é filatelia", com o que sem dúvida situava a física acima de todas as demais ciências.
Em 1911 fará sua maior contribuição à ciência, ao descobrir o núcleo atómico. Tinha observado em Montreal ao bombardear uma fina lâmina de mica com partículas alfa, que se obtinha uma deflexão de ditas partículas. Ao retomar Geiger e Marsden de modo mais concienzudo estes experimentos e utilizando uma lâmina de ouro, deram-se conta de que algumas partículas alfa se desviavam mais de 90 graus. Rutherford lançou então a hipótese, que Geiger e Marsden enfrentaram às conclusões de seu experimento, de que no centro do átomo devia ter um "núcleo" que contivesse quase toda a massa e todo o ónus positivo do átomo, e que de facto os elétrons deviam determinar o tamanho do átomo. Este modelo planetario tinha sido sugerido em 1904 por um japonês, Hantarō Nagaoka, ainda que tinha passado desapercibido. Se lhe objetaba que nesse caso os elétrons teriam que irradiar girando ao redor do núcleo central e, em consequência, cair. Os resultados de Rutherford demonstraram que esse era sem duvidar o modelo bom, já que permitia prever com exactidão a taxa de difusão das partículas alfa em função do ângulo de difusão e de uma ordem de magnitude para as dimensões do núcleo atómico. As últimas objeciones teóricas (sobre a irradiación do elétron) desvaneceram-se com os princípios da teoria cuántica, e a adaptação que fez Niels Bohr do modelo de Rutherford à teoria de Max Planck, o que serviu para demonstrar a estabilidade do átomo de Rutherford.
Em 1914 começa a Primeira Guerra Mundial, e Rutherford concentra-se nos métodos acústicos de detecção de submarinos . Depois da guerra, já em 1919 , leva a cabo sua primeira transmutación artificial. Após observar os protones produzidos pelo bombardeio de hidrógeno de partículas alfa (ao observar o pisco que produzem em ecrãs cobertas de sulfuro de zinco), se dá conta de que obtém muitos desses parpadeos se realiza o mesmo experimento com ar e ainda mais com nitrógeno puro. Deduze disso que as partículas alfa, ao golpear os átomos de nitrógeno, têm produzido um protón, isto é que o núcleo de nitrógeno tem mudado de natureza e se transformou em oxigénio, ao absorver a partícula alfa. Rutherford acabava de produzir a primeira transmutación artificial da história. Alguns opinam que foi o primeiro alquimista que conseguiu seu objectivo.
Cambridge, 1919-1937: a idade de ouro em Cavendish
Nesse mesmo ano sucede a J.J. Thomson no laboratório Cavendish, passando a ser o director. É o princípio de uma idade de ouro para o laboratório e também para Rutherford. A partir dessa época, sua influência na investigação no campo da física nuclear é enorme. Por exemplo, em uma conferência que pronuncia ante a Royal Society, já alude à existência do neutrón e dos isótopos do hidrógeno e do helio. E estes descobrir-se-ão no laboratório Cavendish, baixo sua direcção. James Chadwick, descubridor do neutrón, Niels Bohr, que demonstrou que o modelo planetario de Rutherford não era instável, e Robert Oppenheimer, ao que se considera o pai da bomba atómica, estão entre os que estudaram no laboratório nos tempos de Rutherford. Moseley, que foi aluno de Rutherford, demonstrou, utilizando o desvio dos raios X, que os átomos contavam com tantos elétrons como ónus positivos tinha no núcleo, e que disso resultava que seus resultados "confirmavam com força as intuiciones de Bohr e Rutherford".
O grande número de classes que deu no laboratório Cavendish, a grande quantidade de contactos que teve com seus estudantes deu uma imagem de Rutherford como uma pessoa muito colada aos factos, mais ainda que à teoria, que para ele só era parte de uma "opinião". Este apego aos factos experimentales, era o indício de um grande rigor e de uma grande honestidade. Quando Enrico Fermi conseguiu desintegrar diversos elementos com a ajuda de neutrones, lhe escreveu para lhe felicitar de ter conseguido "escapar da física teórica".
No entanto, por fortuna, Rutherford não se detinha nos factos, e seu grande imaginación lhe deixava entrever para além, as consequências teóricas mais longínquas, mas não podia aceitar que se complicassem as coisas inutilmente. Com frequência fazia observações neste sentido aos visitantes do laboratório que vinham a expor seus trabalhos aos estudantes e aos pesquisadores, qualquer que fosse a fama do visitante. Seu apego à simplicidad era quase proverbial. Como ele mesmo dizia: "Eu mesmo sou um homem singelo".
Sua autoridade no laboratório Cavendish não se baseava no temor que pudesse inspirar. Pelo contrário, Rutherford tinha um carácter jovial. Sabia-se que estava a avançar em seus trabalhos quando se lhe ouvia canturrear no laboratório. Seus alunos respeitavam-no muito, não tanto por seus passados trabalhos ou pelo mito que lhe rodeava como por sua atraente personalidade, sua generosidad e sua autoridade intelectual. Se lhe apodó "o cocodrilo", porque como um cocodrilo que nunca vê sua própria bicha, sempre olhava adiante dele.
Também esta é para Rutherford a época das honras: foi presidente da Royal Society entre 1925 e 1930, e chairman da Academic Assistance Council, que nesses politicamente turbulentos tempos, ajudava aos universitários alemães que fugiam de seu país. Também se lhe concedeu a Medalha Franklin em 1924 e da Medalha Faraday em 1936 . Realizou sua última viagem a Nova Zelanda, seu país de nascimento, que nunca esqueceu, em 1925 e foi recebido como um herói. Atingiu a nobreza em 1931 e obteve o título de Barón Rutherford de Nelson, de Cambridge. Mas nesse mesmo ano morreu sua única filha, Eileen, nove dias após ter dado a luz a seu quarto filho.
Rutherford era um homem muito robusto e entrou no hospital em 1937 para uma operação menor, depois de ter-se ferido podando umas árvores de sua propriedade. A seu regresso a sua casa, parecia recuperar-se sem problemas, mas seu estado agravou-se repentinamente. Morreu o 19 de outubro e enterrou-se-lhe na abadia de Westminster, junto a Isaac Newton e Kelvin.
Os experimentos levados a cabo por Rutherford permitiram, ademais, o estabelecimento de uma ordem de magnitude para as dimensões reais do núcleo atómico. Durante a Primeira Guerra Mundial estudou a detecção de submarinos mediante ondas sonoras, de maneira que foi um dos precursores do soar.
Assim mesmo, conseguiu a primeira transmutación artificial de elementos químicos (1919) mediante o bombardeio de um átomo de nitrógeno com partículas alfa. As transmutaciones devem-se à capacidade de transformar-se que tem um átomo submetido a bombardeio com partículas capazes de penetrar em seu núcleo. Muito pouco depois de sua descoberta precisaram-se as características das transmutaciones e comprovou-se que a energia cinética dos protones emitidos no processo podia ser maior que a das partículas incidentes, de modo que a energia interna do núcleo tinha que intervir a transmutación. Em 1923, depois de fotografar cerca de 400 000 trajectórias de partículas com a ajuda de uma câmara de borbulhas (câmara de Wilson), Blackett pôde descrever oito transmutaciones e estabelecer a reacção que tinha tido lugar.
Rutherford recebeu o Prêmio Nobel de Química de 1908 em reconhecimento a suas investigações relativas à desintegração dos elementos. Entre outras honras, foi eleito membro (1903) e presidente (1925-1930) da Royal Society de Londres e concederam-se-lhe os títulos de sir (1914) e de barón Rutherford of Nelson (1931). A sua morte, seus restos mortais foram inhumados na abadia de Westminster.
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