Conceito de Nêutron

Ángel Zamora Ramírez | Agosto 2023
Licenciado em Física

Os nêutrons são partículas subatômicas sem carga elétrica que, junto com os prótons, fazem parte do núcleo atômico. O nêutron pertence à família dos bárions, por ser formado por três quarks, pode interagir através da força nuclear forte e obedece ao Princípio de Exclusão de Pauli. No núcleo atômico, os nêutrons desempenham um papel fundamental. Os prótons do núcleo atômico, além de interagirem pela força nuclear forte, também se repelem eletricamente porque possuem cargas de mesmo sinal. Os nêutrons fornecem uma força nuclear extraforte que impede que os prótons saiam do núcleo atômico e, assim, fornecem estabilidade. Os nêutrons também são fundamentais na produção de energia por meio da fissão nuclear, pois são os iniciadores do processo e da reação em cadeia.

Descoberta do nêutron

Em 1911, após um experimento com uma lâmina de ouro, Rutherford publicou sua concepção da estrutura do átomo, que no futuro seria conhecida como o “Modelo de Rutherford”. Este é o modelo clássico que todos nós temos do átomo, um núcleo em torno do qual os elétrons giram de maneira semelhante à forma como os planetas orbitam o Sol, por isso esse modelo também é conhecido como “Modelo Planetário do Átomo”.

De acordo com Rutherford, prótons carregados positivamente foram encontrados no núcleo e elétrons carregados negativamente giravam em torno deles com a ajuda da força elétrica. No entanto, o modelo Rutherford teve alguns problemas. Primeiro, os prótons confinados no núcleo atômico teriam que sair em disparada devido à repulsão elétrica entre eles, caso contrário o átomo nem existiria. Segundo, no caso do átomo de hidrogênio, sua massa era a soma da massa do próton e do elétron, porém, ao ser ampliado na tabela periódica, eles perceberam que a massa experimental dos átomos era maior do que a massa da soma do número de prótons e o número de elétrons.

Analisando esses problemas, em 1920 Rutherford propôs que deveria haver uma partícula com massa semelhante à do próton e que estivesse igualmente confinada no núcleo atômico. Além disso, essa partícula deveria carecer de carga elétrica para não quebrar a carga elétrica neutra do átomo. Devido a esta última característica, o físico americano William Draper Harkins cunhou o nome “nêutron” para se referir a esta partícula hipotética.

Mais tarde, em 1930, os cientistas alemães Walther Bothe e Herbert Becker descobriram que, ao bombardear alguns elementos leves, especialmente o berílio, com partículas alfa do polônio, eles emitiam um tipo de radiação muito penetrante. A princípio pensou-se que se tratava de radiação gama, porém, fazendo medições perceberam que esse novo tipo de radiação era muito mais penetrante.

Por volta de 1932, Irene Joliot-Curie e Fréderic Joliot observaram que quando a radiação do berílio atingia um material rico em hidrogênio, como a parafina, emitia núcleos de hidrogênio (prótons). Com isso, foi descartada a hipótese de que a radiação penetrante emitida pelo berílio fossem raios gama. Mas, além disso, ao medir a energia dos prótons ejetados, eles perceberam que, para isso, a radiação desconhecida incidente deveria ter uma energia 10 vezes maior do que a medida anteriormente. Isso parecia indicar uma violação da conservação da energia e do momento linear.

No final de 1932, o físico inglês James Chadwick baseou-se nesses resultados para realizar uma série de experimentos semelhantes aos de Joliot-Curie. Chadwick mediu a energia dos prótons ejetados observando a ionização que eles produzem. Feito isso, Chadwick levantou a hipótese de que essa radiação desconhecida era realmente de natureza corpuscular e os prótons ejetados eram o resultado de colisões elásticas entre os corpúsculos e os prótons, garantindo assim a conservação da energia e do momento linear.

Aplicando as leis de conservação de energia e do momento linear e, conhecendo as velocidades dos prótons ejetados, Chadwick conseguiu determinar a massa dos corpúsculos que compunham esse tipo de radiação e percebeu que tinham um valor muito semelhante à massa do próton. As características dessa nova partícula eram praticamente as mesmas do nêutron proposto por Rutherford. Desta forma, James Chadwick descobriu o nêutron e sua descoberta lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física em 1945.

O nêutron e a fissão nuclear

Após a descoberta do nêutron, muitos físicos ao redor do mundo começaram a realizar experimentos com eles. Em 1938, os químicos alemães Otto Hahn e Fritz Strassmann estavam realizando experimentos com urânio, particularmente bombardeando urânio com nêutrons para obter novos elementos capturando nêutrons ou emitindo outras partículas. Em vez disso, encontraram bário, um elemento muito mais leve que o urânio. Nenhum dos processos nucleares conhecidos até então poderia explicar isso.

Pouco tempo depois, Lise Meitner e Otto Frisch resolveram esse quebra-cabeça e descobriram o processo de fissão nuclear. Alguns isótopos como o Urânio-235 fragmentam-se quando atingidos por um nêutron, no caso do Urânio-235 se produz o Bário, Criptonio, os nêutrons e se libera a energia. Hahn e Fritz observaram então a fissão do urânio-235.

Mais tarde, descobriu-se que os nêutrons gerados em um processo de fissão nuclear poderiam atingir outros núcleos causando outros processos de fissão e gerando mais nêutrons que fissionariam outros núcleos e assim por diante. Essa reação em cadeia é o princípio sob o qual funcionam os reatores de fissão nuclear, mas também foi a motivação para construir a bomba atômica.

Artigo de: Ángel Zamora Ramírez. Licenciado em Física. Cursando Mestrado em Engenharia e Física Biomédica.

Referencia autoral (APA): Zamora Ramírez, A.. (Agosto 2023). Conceito de Nêutron. Editora Conceitos. Em https://conceitos.com/neutron/. São Paulo, Brasil.

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