Por dentro do átomo

Se um átomo tivesse o tamanho de um estádio de futebol, o núcleo seria mais ou menos do tamanho de uma ervilha no meio do campo.

Corte um pedaço de papel-alumínio ao meio, depois ao meio de novo, e continue. Muito antes de o papel acabar, você chegaria a um pedaço tão pequeno que, cortado mais uma vez, já não seria alumínio. Esse menor pedaço é um átomo. Um único átomo tem cerca de um décimo de bilionésimo de metro de diâmetro, pequeno demais para qualquer microscópio óptico, e mesmo assim todo átomo é feito de apenas três tipos de partícula.

Três partículas

Prótons e nêutrons ficam espremidos num núcleo minúsculo no centro, que concentra quase toda a massa do átomo. Os elétrons se espalham em volta dele e ocupam quase todo o espaço do átomo. O diâmetro do núcleo é de 10 000 a 100 000 vezes menor que o do átomo inteiro. O NIST informa que o próton é 1836.15 vezes mais pesado que o elétron, então mesmo um átomo com muitos elétrons recebe deles bem menos de 1% da sua massa.

Cargas opostas se atraem, então os elétrons negativos ficam presos perto do núcleo positivo. Já os prótons se repelem, e um núcleo com vários deles se desmancharia se a força elétrica fosse a única em ação. Uma força muito mais forte, chamada força nuclear forte, mantém prótons e nêutrons juntos, mas só nas distâncias minúsculas de dentro do núcleo.

O número atômico

O número de prótons decide qual é o elemento de um átomo. Todo átomo com 6 prótons é carbono, e todo átomo com 8 é oxigênio. Esse número é o número atômico, e a tabela periódica é organizada em ordem dele, a partir do hidrogênio, com 1. Num átomo neutro, o número de elétrons é igual ao de prótons, então as cargas se anulam. Se um átomo perde ou ganha elétrons, ele vira um íon: o sódio que perdeu um elétron tem 11 prótons e 10 elétrons, então tem carga +1.

Número de massa e isótopos

Prótons mais nêutrons dão o número de massa. Átomos de um mesmo elemento podem ter números diferentes de nêutrons. Esses são os isótopos. O carbono-12 tem 6 nêutrons, e o carbono-14, usado para datar objetos antigos, tem 8. O número depois do nome é o número de massa, então o número de nêutrons é sempre o número de massa menos o número atômico.

Como descobrimos

Ninguém olhou para um próton através de uma lente. Cada partícula foi deduzida a partir de experimentos. Em 1897, J. J. Thomson, no Laboratório Cavendish, em Cambridge, mostrou que os raios catódicos eram formados por partículas negativas minúsculas, muito mais leves que qualquer átomo: os elétrons. A equipe de Ernest Rutherford disparou partículas alfa rápidas contra uma folha fina de ouro, e algumas voltaram quase direto para trás. Em 1911, Rutherford explicou isso com um núcleo pequeno, pesado e positivo. James Chadwick provou em 1932 que o núcleo também tem partículas sem carga, os nêutrons, e ganhou por isso o Prêmio Nobel de Física de 1935.