A divisão do átomo foi um dos avanços científicos mais impactantes da história, com consequências que vão desde o desenvolvimento da energia nuclear até a criação de armas de destruição em massa.
Esse feito abriu portas para novas formas de compreensão da matéria e do Universo, além de gerar tanto possibilidades de progresso quanto de destruição. Mas quem exatamente realizou essa divisão e qual foi sua importância?
O que é um átomo e por que ele foi dividido?
Átomo: Indivisível
O conceito de que a matéria tem uma composição de unidades indivisíveis remonta à Antiguidade. Nas tradições filosóficas indianas, já no século VI a.C., as escolas Nyaya e Vaisheshika exploraram que pequenas partículas se combinavam para formar objetos mais complexos. No Ocidente, Leucipo e seu aluno Demócrito, por volta de 450 a.C., sistematizaram o conceito, cunhando o termo “átomo”.
O termo “átomo” vem do grego atomos (“indivisível”), junção de a (“não”) e temnō (“cortar”), e seu significado é algo que não se pode cortar ou dividir. Na Antiguidade, filósofos gregos e indianos propuseram o conceito de átomo como a unidade indivisível da matéria.
Foi apenas nos séculos XVIII e XIX que se estabeleceu uma explicação física para essa ideia, ao perceber-se um limite físico que impedia a divisão de certas substâncias por métodos químicos.
Contudo, no final do século XIX e início do século XX, descobertas sobre componentes subatômicos demonstraram que o átomo poderia ter divisões, embora o nome se mantenha até hoje.
A divisão do átomo
O átomo é a menor unidade da matéria que mantém as propriedades químicas de um elemento. Ele é composto por um núcleo contendo prótons e nêutrons, cercado por uma nuvem de elétrons. Durante muito tempo, acreditava-se que o átomo era indivisível, até que experimentos na física nuclear provaram o contrário.
Em 1897, Joseph John Thomson descobriu o elétron ao estudar raios catódicos, demonstrando que o átomo continha partículas subatômicas. No entanto, em 1909, a experiência da folha de ouro conduzida por Ernest Rutherford revelou que a carga positiva do átomo estava concentrada em um núcleo denso, levando ao modelo atômico de Rutherford.
Esse modelo foi aprimorado por Niels Bohr em 1913, que propôs que os elétrons orbitavam o núcleo em níveis de energia definidos.
Os primeiros experimentos com o urânio
Em 1938, os químicos alemães Otto Hahn e Fritz Strassmann realizaram experimentos bombardeando núcleos de urânio com nêutrons e detectaram, de forma inesperada, a presença de bário entre os produtos da reação.
Para confirmar a descoberta, isolaram três isótopos de rádio (identificados por suas meias-vidas) e utilizaram cristalização fracionada para separá-los do bário, adicionando cristais de brometo de bário em quatro etapas.
Como o rádio precipita preferencialmente em solução de brometo de bário, esperava-se que, a cada etapa, a fração extraída contivesse menos rádio do que a anterior. No entanto, não houve diferença entre as frações.
Para garantir a eficácia do processo, testaram o método com isótopos conhecidos de rádio e confirmaram sua validade. Em 19 de dezembro, Hahn comunicou à física Lise Meitner que os isótopos de rádio se comportavam quimicamente como bário.
Ansiosos por concluir o trabalho antes do recesso de Natal, Hahn e Strassmann submeteram seus achados à revista Naturwissenschaften em 22 de dezembro, sem aguardar a resposta de Meitner.
No artigo, Hahn expressou dificuldade em aceitar a ideia da divisão do núcleo atômico, afirmando que, como químicos, ainda não estavam prontos para substituir os símbolos químicos tradicionais por novos, pois isso contrariava toda a experiência anterior da física.
O papel de Lise Meitner e Otto Frisch
Na época, Lise Meitner (física austríaca e antiga colaboradora de Hahn) havia fugido da Alemanha nazista por ser judia e se refugiado na Suécia.
Ao receber a carta de Hahn, percebeu que parte dos produtos da reação era bário (um elemento com massa atômica cerca de 40% menor que a do urânio), algo que os processos conhecidos de decaimento radioativo não explicavam.
Embora inicialmente cética, Meitner considerou possível que o núcleo tivesse se dividido, reconhecendo que a física nuclear já havia surpreendido antes.
Confiando plenamente na habilidade química de Otto Hahn, Lise Meitner descartou a possibilidade de erro na identificação do bário.
Junto com seu sobrinho, o físico Otto Frisch, passou a investigar como uma divisão atômica tão significativa poderia ocorrer. Tentativas anteriores de dividir átomos haviam removido apenas prótons ou partículas alfa, mas o núcleo de bário era muito maior.
Eles recorreram ao modelo da gota líquida, proposto por George Gamow, que sugeria que o núcleo poderia se alongar e se dividir em duas partes. Meitner e Frisch calcularam que a carga elétrica do núcleo de urânio era suficiente para quase vencer a tensão superficial, tornando-o instável e propenso à divisão ao ser atingido por um único nêutron.
Além disso, perceberam que, após a divisão, os dois fragmentos seriam repelidos eletricamente, adquirindo alta velocidade e liberando cerca de 200 MeV de energia.
Meitner utilizou fórmulas de cálculo de massas nucleares e concluiu que os núcleos resultantes seriam mais leves que o original, com uma perda equivalente a cerca de um quinto da massa de um próton. Pela equação de Einstein (E = mc²), essa perda de massa explicava exatamente a energia liberada no processo.
O nascimento da fissão nuclear
Ainda que Lise Meitner e Otto Frisch trabalhassem em equipe na pesquisa para a divisão do núcleo, Lise foi quem, de fato, entendeu como todo o processo da divisão nuclear funcionava: era ela quem realmente sabia explicá-lo. Ela é a verdadeira cientista que cunhou a expressão “fissão nuclear”.
Com a explicação em mente, Lise escreveu uma carta em 11 de fevereiro de 1939 para o periódico Nature (um dos mais conceituados do mundo, ainda hoje, para a divulgação científica) a fim de dissertar sobre a nova descoberta.
Em contrapartida, ela foi vítima da ganância e egoísmo de seu próprio parceiro. Isso porque Otto Frisch, no ato de publicar o artigo científico que detalhou a fissão nuclear, excluiu o nome de Lise Meitner da publicação.
Ele ainda alegou que ela não contribuiu em nada para a descoberta. Para além do lapso de caráter, Frisch acreditava que inserir o nome de sua parceira (mulher e judia) comprometeria sua carreira científica na Alemanha nazista.
Então, embora Lise ainda permaneça meio esquecida e apagada dessa parte da história da Física, ela é a verdadeira mente por trás da fissão nuclear.
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Por que a divisão de um átomo é tão importante?
A fissão do átomo teve implicações enormes para a humanidade. Cientificamente, permitiu avanços nos estudos sobre física nuclear, contribuindo para o entendimento do Universo e possibilitando diversas aplicações tecnológicas. Entre essas aplicações, destacam-se:
- Energia nuclear: usinas nucleares utilizam a fissão do urânio para gerar eletricidade de forma eficiente e em grande escala.
- Medicina nuclear: a tecnologia se baseia na fissão atômica tem uso em tratamentos contra o câncer e exames como a tomografia por emissão de pósitrons (PET scan).
- Armas nucleares: a descoberta levou ao desenvolvimento da bomba atômica, usada na Segunda Guerra Mundial, gerando consequências políticas e estratégicas que moldaram o mundo moderno.
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