Em 1904, Hantaro Nagaoka desenvolveu um modelo atômico que complementava o modelo atômico de Thomson. O modelo Nagaoka também é conhecido como modelo atômico saturniano.
O modelo saturniano é um modelo atômico hipotético de estrutura atômica, em oposição ao modelo do pudim rechonchudo de Thomson. Neste modelo a existência do núcleo atômico foi postulada pela primeira vez.
Qual é o modelo atômico de Nagaoka?
No início do século 20, após estudos do modelo atômico de Dalton e do modelo de Thomson, os físicos mal haviam começado a compreender a estrutura do átomo. A descoberta do elétron demonstrou a existência de cargas negativas no átomo e isso, para que ele fosse globalmente neutro, implicava necessariamente que também existiam cargas positivas.
Hantarō Nagaoka, baseado no fato de que cargas elétricas opostas são impenetráveis, propôs um modelo atômico baseado em uma esfera grande e massiva com carga elétrica positiva. Esta esfera era o núcleo atômico e estava cercada por vários elétrons orbitando ao seu redor. Nagaoka descreveu essas órbitas como órbitas circulares, equivalentes a Saturno e seus anéis.
Nagaoka explicou a estabilidade atômica de acordo com seu modelo com uma analogia à estabilidade dos anéis de Saturno. James Clerk Maxwell publicou recentemente um estudo sobre este modelo e fez duas previsões:
- a existência de um núcleo muito massivo, em analogia com a desproporção entre a massa de Saturno e a do anel;
- que os elétrons giram em torno do núcleo limitados pela força eletrostática, assim como as partículas do anel giram em torno do planeta limitado pela força gravitacional.
Modelo Saturnino
O modelo Nagaoka é conhecido como modelo saturniano porque o físico japonês Hantaro Nagaoka propôs uma representação do átomo em 1904 que se assemelhava a um sistema planetário semelhante ao de Saturno. Neste modelo:
- O núcleo atômico é representado por uma grande esfera positiva, semelhante ao planeta Saturno.
- Os elétrons estão dispostos em um anel giratório ao redor do núcleo, como os anéis de Saturno.
Nagaoka inspirou-se na estabilidade dos anéis de Saturno para sugerir que os elétrons poderiam ser mantidos em órbitas circulares ao redor do núcleo devido a forças atrativas e repulsivas.
Como o modelo de Nagaoka influenciou o modelo atômico de Rutherford?
Ambas as previsões foram suficientemente confirmadas por Ernest Rutherford, que mencionou o modelo de Hantarō Nagaoka no artigo de 1911 no qual relatou a descoberta do núcleo.
No entanto, o modelo atômico de Rutherford revelou quão errado estava o modelo de Saturno. Na realidade, o núcleo era muito menor do que Nagaoka supunha. Além disso, um anel com carga elétrica teria sido instável a oscilações em uma direção ortogonal ao plano de rotação do anel.
As descobertas de Rutherford serviriam de base para estudos para desenvolver o modelo atômico de Niels Bohr e o posterior modelo atômico de Sommerfeld.
É preciso dizer também que Nagaoka, através do modelo de Saturno, não conseguiu prever fenômenos espectrográficos, como a formação de linhas espectrais e a radioatividade. Após estas novas descobertas, o próprio Nagaoka abandonou o seu modelo em 1908.
Breve biografia de Hantarō Nagaoka
Nagaoka Hantarō (15 de agosto de 1865 - 11 de dezembro de 1950) foi o físico japonês mais proeminente durante o final do período Meiji. Ele foi um dos fundadores dos físicos japoneses que iniciaram o período Meiji, o fundador da escola científica. Autor de diversos trabalhos sobre eletricidade e magnetismo, física atômica e espectroscopia.
Nascido em Ōmura, província de Nagasaki, Nagaoka treinou na Universidade de Tóquio. Depois de se formar em 1887, colaborou com o físico britânico Cargill Gilston Knott nos estudos do magnetismo. Em 1893 mudou-se para a Europa, onde completou a sua formação nas universidades de Berlim, Munique e Viena. Em 1900 participou do Primeiro Congresso Internacional de Física em Paris, onde ouviu uma palestra de Marie Curie sobre radioatividade, evento que aumentou o interesse de Nagaoka pela física atômica.
Principais obras de Nagaoka
Hantaro Nagaoka rejeitou o modelo de Thomson alegando que as cargas elétricas opostas são impenetráveis e propôs o modelo atômico alternativo explicado acima. No entanto, ele próprio a abandonou em 1908.
Depois de abandonar seu modelo atômico, Nagaoka buscou a espectroscopia e outros campos. Em 1909, publicou um artigo sobre a indutância de solenóides.
Em março de 1924, ele descreveu experimentos nos quais afirmava ter obtido um miligrama de ouro e um pouco de platina. A descoberta foi feita submetendo o mercúrio a um campo elétrico de 15 × 10 6 V/m durante algumas horas. O experimento foi posteriormente repetido com resultados contraditórios, resultado da contaminação pelo ouro já presente no mercúrio.
Em 1929, Nagaoka detectou perturbações de rádio produzidas por meteoros. O físico japonês levantou a hipótese de que seria possível estabelecer comunicação entre duas estações terrestres. Para isso, utilizou, como link de rádio, o rastro ionizado deixado pelo meteoróide ao entrar na atmosfera.