James Chadwick: biografia, modelo atômico, experimentos - Ciência - 2023

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James Chadwick (1891-1974) foi um proeminente físico inglês reconhecido pela descoberta do nêutron em 1932. Pouco depois, em 1935, recebeu o Prêmio Nobel de Física por sua contribuição à comunidade científica. A preocupação de Chadwick com as acusações neutras surgiu cerca de 10 anos antes de ele ser capaz de provar sua existência.

Antes dessa verificação, Chadwick realizou vários experimentos que não tiveram sucesso. Teve sucesso em 1932, quando se baseou nas experiências dos franceses Irène Joliot-Curie e Frédéric Joliot. Mais tarde, Chadwick se dedicou à pesquisa sobre o uso da fissão nuclear para a criação de armas de guerra.

Biografia

origens

Chadwick nasceu na cidade de Bollington, no nordeste da Inglaterra, em 20 de outubro de 1891. Era filho de dois humildes trabalhadores: o pai trabalhava no sistema ferroviário e a mãe empregada doméstica.

Desde muito jovem, Chadwick se destacou como uma criança introvertida e extremamente inteligente. Ele começou a escola secundária em Manchester, e aos 16 anos ganhou uma bolsa para estudar física pura na extinta Victoria University of Manchester.

Formação acadêmica

A jovem promessa da física iniciou formalmente seus estudos universitários em 1908, aos 17 anos.

Teve uma passagem notável pela academia e no último ano de sua carreira participou da pesquisa do ganhador do Prêmio Nobel Ernest Rutheford sobre a desintegração dos elementos e a química das substâncias radioativas.

Depois de se formar em Física em 1911, ele se matriculou em um mestrado em Física, que concluiu com sucesso em 1913. Durante esse tempo, ele continuou a trabalhar lado a lado com Rutheford em seu laboratório.

Mais tarde, ele recebeu uma bolsa profissional que lhe permitiu se mudar para Berlim, na Alemanha, para aprofundar as pesquisas sobre radiação beta junto com o físico alemão Hans Geiger na Technische Hochschule.

Durante sua estada em Berlim, a Primeira Guerra Mundial começou em julho de 1914. Devido a uma acusação de espionagem, ele foi internado em um campo de concentração para civis em Ruhleben até 1918.

Em 1919, Chadwick voltou para a Inglaterra e começou seu doutorado na Universidade de Cambridge. Nesse ínterim, ele voltou ao trabalho de pesquisa de Rutheford, que então chefiava o Laboratório Cavendish da renomada instituição.

Em 1921, aos 21 anos, ele obteve seu doutorado. Philosophie Doctor), apresentando um artigo de pesquisa especial sobre forças nucleares e números atômicos.

Em 1923, ele foi nomeado diretor assistente de pesquisa do Laboratório Cavendish de Cambridge. Chadwick serviu nesta função até 1935, quando decidiu se mudar para a Universidade de Liverpool.

Carreira profissional

Graças às suas contribuições científicas, foi agraciado com a medalha Hughes em 1932. Este reconhecimento, concedido pela Royal Society of London, recompensa aqueles que fazem descobertas sobre as ciências físicas e / ou suas aplicações práticas.

Em 1935 recebeu o Prêmio Nobel de Física pela descoberta do nêutron como uma partícula elementar sem carga elétrica localizada no núcleo atômico.

Durante a Segunda Guerra Mundial, Chadwick teve uma participação ativa no Comitê Britânico do MAUD, comissão criada para analisar a viabilidade do uso da tecnologia nuclear na fabricação de uma bomba.

James Chadwick também foi uma parte central do Tube Alloys Project, um programa de pesquisa autorizado e financiado pelo Reino Unido com apoio do Canadá, para desenvolver armas nucleares durante a Segunda Guerra Mundial.

Chadwick foi conhecido por sua inteligência e equilíbrio político durante esse período, pois suas propostas serviram como uma ponte para negociações investigativas colaborativas entre o Reino Unido, Canadá e os Estados Unidos.

Projeto Manhattan

Perto do final da Segunda Guerra Mundial, Chadwick assumiu o comando da missão britânica no Projeto Manhattan. Este último foi um projeto de pesquisa conjunto entre Estados Unidos, Reino Unido e Canadá, com o objetivo de desenvolver a primeira bomba atômica.

Chadwick teve livre acesso a todas as informações confidenciais do projeto: desenhos, planos, dados, estimativas, etc., apesar de ser um civil e não um americano; Vale ressaltar que ambas as condições eram exclusivas para participar do projeto.

Posteriormente, foi nomeado cavaleiro inglês em 1945 e, um ano depois, os EUA concederam-lhe a Medalha de Mérito por sua contribuição de coragem ao Projeto Manhattan.

Arsenal nuclear para a Inglaterra

No final da Segunda Guerra Mundial, Chadwick promoveu fortemente a iniciativa do Reino Unido de desenvolver seu próprio arsenal nuclear.

Em busca desse objetivo, Chadwick foi eleito membro do Comitê Consultivo de Energia Atômica Britânica e também atuou como representante do Reino Unido na Comissão de Energia Atômica das Nações Unidas.

Por volta de 1948, James Chadwick atuou como professor no Gonville & Caius College, na Universidade de Cambridge. Então, em 1950, ele foi homenageado novamente pela Royal Society of London ao receber a Medalha Copley.

Oito anos depois, ele decide se aposentar voluntariamente para North Wales. James Chadwick morreu em 24 de julho de 1974, na cidade de Cambridge.

Chadwick Atomic Model

O modelo atômico de Chadwick concentra-se na modelagem do núcleo atômico constituído não apenas de prótons (cargas positivas), mas também de nêutrons (cargas neutras).

O esforço de Chadwick para demonstrar a existência de partículas neutras surgiu na década de 1920. No entanto, naquela época, o proeminente cientista fez várias tentativas sem sucesso. Uma década depois, Chadwick replicou os experimentos de Irène Joliot-Curie (filha de Marie Curie e Pierre Curie) e Frédéric Joliot (marido de Irène) na França.

Este par de cientistas conseguiu a expulsão de prótons de uma amostra de cera de parafina usando raios gama.

Chadwick acreditava que a emissão de raios gama continha partículas neutras e que eram essas partículas que haviam colidido com a amostra de cera, induzindo posteriormente a liberação de prótons da cera.

Portanto, ele tentou replicar esses experimentos no Laboratório Cavendish e usou o polônio - que havia sido usado pelos Curie como fonte de raios gama - para irradiar o berílio com partículas alfa.

Essa radiação, então, impactou uma amostra de cera de parafina semelhante, e os prótons dessa amostra foram violentamente expelidos do material.

O comportamento dos prótons foi observado em uma pequena câmara de ionização, adaptada ao experimento do próprio Chadwick.

Chadwick detectou que o comportamento dos prótons liberados pela cera só poderia ser explicado se essas partículas tivessem colidido com outras partículas eletricamente neutras, e com massa muito semelhante.

Duas semanas depois, James Chadwick publicou um artigo na revista científica Natureza sobre a possível existência de nêutrons.

No entanto, Chadwick inicialmente concebeu o modelo considerando que o nêutron era um arranjo formado por um próton e um elétron, que gerava a carga neutra. Mais tarde, o físico alemão Werner Heisenberg provou que o nêutron era uma partícula elementar única.

Experimentos

Após a descoberta do nêutron, Chadwick se concentrou em ir cada vez mais longe no que diz respeito à caracterização desse novo componente atômico.

A descoberta do nêutron e o modelo atômico de Chadwick revolucionaram a visão tradicional da ciência, dadas as colisões de nêutrons com núcleos atômicos e a expulsão de prótons para fora do átomo.

A decomposição beta é um processo pelo qual partículas beta (elétron ou pósitron) são emitidas do núcleo do átomo, para equilibrar a presença de prótons e nêutrons no núcleo atômico.

Devido a esse processo, inúmeros experimentos foram realizados em todo o mundo, motivados pela descoberta de Chadwick, para induzir a conversão de alguns nêutrons em prótons.

Como cada elemento químico é identificado de acordo com o número de prótons que possui, experimentos anteriores abriram a porta para a criação e / ou descoberta de novos elementos químicos com um número maior de prótons sob seu cinto.

Nuclear fision

Chadwick enfatizou suas análises posteriores sobre o uso de nêutrons para dividir átomos de núcleos pesados em vários núcleos menores, por meio do processo de fissão nuclear.

Tem esse nome porque a divisão ocorre no núcleo do átomo e produz uma quantidade extremamente grande de energia. Este conceito foi usado para o projeto de armas nucleares poderosas.

Chadwick até financiou a compra de um acelerador de partículas durante seu tempo em Liverpool, usando uma parte dos lucros de ganhar o Prêmio Nobel em 1935 para fazer isso.

As contribuições de Chadwick para a ciência

Entre as contribuições de James Chadwick à ciência, destaca-se a descoberta do nêutron, pelo qual ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1935. Também participou da construção da bomba atômica nos Estados Unidos, escreveu sobre a radiação de substâncias radioativas e descobriu o trítio .

A descoberta do nêutron

Durante sua pesquisa no Laboratório Cavendish em Cambridge, Rutherford e Chadwick conduziram experimentos com partículas alfa para indagar sobre a natureza do núcleo atômico. É importante notar que o núcleo atômico foi descoberto por Rutherford em 1911.

Essas investigações foram realizadas analisando uma radiação nunca vista antes emanando do berílio, quando esse material foi exposto ao bombardeio de partículas alfa.

Essa radiação consistia em partículas de massa muito semelhantes à massa do próton, mas sem carga elétrica. Essas partículas foram chamadas de nêutrons, devido à neutralidade de sua composição.

Chadwick fez essa descoberta em meados de 1932, definindo assim as premissas do modelo atômico de Chadwick, cujos detalhes serão detalhados na próxima seção deste artigo.

Investigações nucleares

A descoberta do nêutron por Chadwick preparou o terreno para a descoberta da fissão nuclear e o desenvolvimento de armas de guerra com essa tecnologia.

Chadwick descobriu que, ao bombardear o átomo de um elemento com nêutrons, o núcleo desse material pode ser penetrado e dividido, gerando uma quantidade significativa de energia.

A partir daí, Chadwick anunciou a inevitabilidade desse tipo de tecnologia para o desenvolvimento de armas de guerra, e passou a se envolver diretamente nos assuntos diplomáticos relacionados a esse processo nos Estados Unidos e na Inglaterra.

Chadwick colaborou na construção da bomba atômica junto com outros cientistas americanos e canadenses entre 1943 e 1945.

Ele ficou encarregado de dirigir a delegação científica inglesa que trabalhava no laboratório de Los Alamos, no Novo México, Estados Unidos. Em 1939, os Estados Unidos começaram a pesquisar o Projeto Manhattan, o codinome da bomba atômica.

O presidente Franklin Delano Roosevelt foi alertado pelos cientistas nucleares Edward Teller, Leó Szilárd e Eugene Wigner, por meio de Albert Einstein, sobre o uso da fissão nuclear para a produção de bombas pelos nazistas.

Descoberta de trítio

O trítio já havia sido identificado em 1911 pelo cientista inglês Joseph John Thomson, mas ele acreditava ser uma molécula triatômica.

Ernest Rutherford também já o havia anunciado, mas foi somente em 1934 que Chadwick, trabalhando para a equipe de Rutherford, o catalogou como um isótopo de hidrogênio.

O trítio é um isótopo radioativo de hidrogênio, cujo símbolo é ³H. Ele consiste em um núcleo formado por um próton e dois nêutrons.

O trítio é gerado pelo bombardeio com nêutrons livres de nitrogênio, lítio e alvos de boro.

Facilitação da fissão do urânio 235

A descoberta do nêutron por James Chadwick facilitou a fissão nuclear; isto é, a separação do urânio 235 do urânio -238, um elemento químico encontrado na natureza.

O enriquecimento do urânio 235 é o processo pelo qual o urânio natural passa para obter o isótopo 235 e produzir energia nuclear. A fissão é uma reação nuclear; ou seja, é acionado no núcleo do átomo.

Essa reação química ocorre quando um núcleo pesado é dividido em dois ou mais núcleos menores e alguns subprodutos, como fótons (raios gama), nêutrons livres e outros fragmentos do núcleo.

Tratado sobre Radiação de Substâncias Radioativas

Em 1930, James Chadwick escreveu um tratado sobre a radiação de substâncias radioativas.

Chadwick conseguiu medir a massa do nêutron e deduziu que era semelhante à do próton, com uma diferença: que tinha carga elétrica neutra.

Ele então concluiu que o núcleo atômico era composto de nêutrons e prótons e que o número de prótons era semelhante ao dos elétrons.

Suas pesquisas e contribuições para o trabalho do laboratório de física da Universidade de Manchester e da Universidade de Cambridge, na Inglaterra, foram fundamentais para o conhecimento da energia nuclear e a construção do modelo atômico de Rutherford.

Artigos de interesse

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Referências

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Wikipedia, The free Encyclopedia (2018). Descoberta do nêutron. Recuperado de: en.wikipedia.org.