Eugen Goldstein: descobertas e contribuições - Ciência - 2023

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Eugen Goldstein Ele foi um físico alemão proeminente, nascido na atual Polônia em 1850. Seu trabalho científico inclui experimentos com fenômenos elétricos em gases e em raios catódicos.

Goldstein identificou a existência de prótons como cargas iguais e opostas aos elétrons. Essa descoberta foi feita por meio de experimentação com tubos de raios catódicos, em 1886.

Um de seus legados mais marcantes consistiu na descoberta do que hoje se conhece como prótons, junto com os raios-canal, também conhecidos como raios anódicos ou positivos.

Existia um modelo atômico Goldstein?

Godlstein não propôs um modelo atômico, embora suas descobertas tenham permitido o desenvolvimento do modelo atômico de Thomson.

Por outro lado, às vezes ele é creditado como o descobridor do próton, que ele observou nos tubos de vácuo onde observou os raios catódicos. No entanto, Ernest Rutherford é considerado o descobridor na comunidade científica.

Experimentos de raios catódicos

Tubos de crookes

Goldstein começou seus experimentos com tubos de Crookes durante a década de 1970. Em seguida, ele fez modificações na estrutura desenvolvida por William Crookes no século XIX.

A estrutura básica do tubo de Crookes consiste em um tubo vazio de vidro, dentro do qual circulam gases. A pressão dos gases dentro do tubo é regulada moderando a evacuação do ar dentro dele.

O aparelho possui duas partes metálicas, uma em cada extremidade, que atuam como eletrodos, e ambas as extremidades são conectadas a fontes de tensão externas.

Ao eletrificar o tubo, o ar ioniza e se torna um condutor de eletricidade. Consequentemente, os gases tornam-se fluorescentes quando o circuito entre as duas extremidades do tubo é fechado.

Crookes concluiu que esse fenômeno se devia à existência de raios catódicos, ou seja, fluxo de elétrons. Com este experimento foi demonstrada a existência de partículas elementares com carga negativa nos átomos.

Modificação dos tubos de Crookes

Goldstein modificou a estrutura do tubo de Crookes, adicionando várias perfurações a um dos cátodos de metal do tubo.

Além disso, ele repetiu o experimento com a modificação do tubo de Crookes, aumentando a voltagem entre as extremidades do tubo para vários milhares de volts.

Sob essa nova configuração, Goldstein descobriu que o tubo emitia um novo brilho da extremidade do tubo que havia sido perfurado.

No entanto, o destaque é que esses raios se moviam na direção oposta aos raios catódicos e eram chamados de raios-canal.

Goldstein concluiu que, além dos raios catódicos, que viajavam do cátodo (carga negativa) em direção ao ânodo (carga positiva), havia um outro raio que viajava na direção oposta, ou seja, do ânodo em direção ao cátodo do tubo modificado.

Além disso, o comportamento das partículas em relação ao seu campo elétrico e campo magnético, era totalmente oposto ao dos raios catódicos.

Esse novo fluxo foi batizado por Goldstein como raios-canal. Como os raios do canal viajavam na direção oposta aos raios catódicos, Goldstein inferiu que a natureza de sua carga elétrica também deveria ser oposta. Ou seja, os raios do canal foram carregados positivamente.

Raios do canal

Os raios do canal surgem quando os raios catódicos colidem com os átomos do gás que está confinado no tubo de ensaio.

Partículas com carga igual se repelem. A partir dessa base, os elétrons do raio catódico repelem os elétrons dos átomos gasosos, e estes são liberados de sua formação original.

Os átomos de gás perdem sua carga negativa e tornam-se carregados positivamente. Esses cátions são atraídos pelo eletrodo negativo do tubo, dada a atração natural entre cargas elétricas opostas.

Goldstein chamou esses raios de "Kanalstrahlen" para se referir à contraparte dos raios catódicos. Os íons carregados positivamente que compõem os raios do canal se movem em direção ao cátodo perfurado até passar por ele, dada a natureza do experimento.

Assim, esse tipo de fenômeno é conhecido no meio científico como raios-canal, por passarem pela perfuração existente no cátodo do tubo de estudo.

Modificação de tubos catódicos

Da mesma forma, os ensaios de Eugen Godlstein também contribuíram significativamente para o aprofundamento das noções técnicas sobre os raios catódicos.

Por meio de experimentos em tubos evacuados, Goldstein descobriu que os raios catódicos podiam lançar sombras nítidas de emissão perpendiculares à área coberta pelo catodo.

Esta descoberta foi muito útil para modificar o design dos tubos catódicos usados até hoje e para colocar catodos côncavos em seus cantos, para produzir raios focados que seriam usados em uma variedade de aplicações no futuro.

Os raios do canal, também conhecidos como raios anódicos ou raios positivos, dependem diretamente das características físico-químicas do gás contido no tubo.

Consequentemente, a relação entre a carga elétrica e a massa das partículas será diferente dependendo da natureza do gás que está sendo usado durante o experimento.

Com essa conclusão, ficou esclarecido o fato de as partículas saírem do interior do gás, e não do ânodo do tubo eletrificado.

Contribuições de Goldstein

Primeiros passos na descoberta do próton

Com a certeza de que a carga elétrica dos átomos é neutra, Goldstein deu os primeiros passos para verificar a existência de partículas fundamentais com carga positiva.

Fundamentos da física moderna

O trabalho de pesquisa de Goldstein trouxe consigo os fundamentos da física moderna, já que a demonstração da existência dos raios de canal permitiu formalizar a ideia de que os átomos se moviam rapidamente e com um padrão de movimento específico.

Esse tipo de noção foi fundamental para o que hoje é conhecido como física atômica, ou seja, o campo da física que estuda o comportamento e as propriedades dos átomos em sua totalidade.

Estudo isotópico

Assim, as análises de Goldstein deram origem ao estudo dos isótopos, por exemplo, entre muitas outras aplicações científicas que hoje estão em pleno vigor.

No entanto, a comunidade científica atribui a descoberta do próton ao químico e físico neozelandês Ernest Rutherford, em meados de 1918.

A descoberta do próton, como contrapartida do elétron, lançou as bases para a construção do modelo atômico que conhecemos hoje.

Referências

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