Do que somos feitos

Há muito que a humanidade se indaga sobre nossa origem e do que é feito o mundo. Os primeiros relatos de que temos notícia vêm da Grécia Antiga, com a sugestão de que nosso planeta seria constituído de terra, água, fogo e ar. Ainda na Grécia Antiga, Demócrito e Leucipo sugeriram que tudo seria feito de átomos, constituintes indivisíveis. A propósito, o nome átomo que empregamos até hoje significa “sem divisão”, originário do grego em que “tomo” é divisão, e “a” é o prefixo de negação (sem).

A base científica para confirmar a idéia de que a matéria é constituída por átomos foi estabelecida muito tempo depois, no século XIX. Dalton em 1808 apresentou uma teoria sobre a constituição da matéria segundo a qual tudo o que há na natureza seria constituído de partículas indivisíveis e indestrutíveis. Haveria, ainda segundo Dalton, um número pequeno de diferentes tipos de átomos, que poderiam ser combinados para gerar a diversidade de materiais conhecidos.

O conceito de um número limitado de elementos diferentes, ou seja, com átomos diferentes, deu origem à Tabela Periódica, que julgo ser uma das conquistas científicas mais importantes de todos os tempos. A Tabela Periódica, com a ordenação dos elementos em ordem crescente de peso atômico, foi proposta em 1869 pelo russo Dimitri Mendeleev. O posicionamento dos átomos na tabela, e as modificações necessárias com a descoberta de novos elementos, requereram engenhosidade e grande capacidade de observação e análise de resultados experimentais. O porquê da ordenação proposta empiricamente – isto é com base em experiência sem um modelo teórico que pudesse explicar os resultados em detalhe – só surgiu com a teoria quântica.

Ao final do século XIX e início do século XX a convicção de que os átomos eram indivisíveis foi abalada com a verificação de que átomos contêm núcleos, carregados positivamente, rodeados por elétrons, que têm carga negativa. Novos modelos atômicos foram propostos, culminando com o aceito atualmente, ditado pela teoria quântica. Neste modelo, o núcleo concentra quase toda a massa do átomo, a despeito de representar apenas uma pequenina fração do tamanho do átomo. Para comparar, se o átomo fosse do tamanho de um estádio, como o Maracanã, o núcleo seria do tamanho de uma bola de futebol no seu centro.

Mas o núcleo também não é indivisível. Ele contém prótons, carregados positivamente, e nêutrons, que percebe-se pelo nome são neutros eletricamente. Além disso, os prótons e nêutrons são eles próprios constituídos de outras partículas, os quarks. Estes últimos são considerados partículas elementares, que foi a nova denominação encontrada para descrever as entidades de fato indivisíveis. Os elétrons também são partículas elementares.

Ao comentar a Tabela Periódica, mencionei peso atômico, que é a massa do átomo. Obviamente crescente com o número de prótons e nêutrons no núcleo. O elemento mais leve, o hidrogênio, tem apenas um próton. À medida que cresce o peso atômico, aumenta também a repulsão elétrica entre os prótons, uma vez que todos têm carga positiva. Como explicar então a estabilidade dos átomos? Se os prótons estão tão próximos entre si, pois o núcleo é pequeno, por que eles não se separam devido à repulsão? Ocorre que há entre prótons e nêutrons as forças nucleares atrativas. Estas últimas são de alcance muito pequeno, só se manifestando dentro do núcleo, e garantem a estabilidade do núcleo e consequentemente do átomo.

Quando o tamanho do átomo aumenta muito, com um número muito grande de prótons, a repulsão elétrica começa a vencer as forças nucleares, e o átomo fica instável. Este é o caso do urânio, que tem 92 prótons, e é instável. Ao perder partículas, um átomo de urânio libera energia, que é o princípio da geração de energia nuclear.

A importância da comprovação de modelos atômicos foi enfatizada pelo grande físico do Século XX, Richard Feynman, que disse que se só pudéssemos deixar uma única sentença para a próxima geração, ela deveria ser: “Tudo é feito de átomos”.