Quão pequeno é um átomo mesmo?

Quão pequenos são os átomos mesmo? E o que tem dentro deles? As respostas acabam sendo surpreendentes, mesmo para aqueles que pensam que sabem. Esta animação em ritmo acelerado usa metáforas espetaculares (imagine uma uva do tamanho de um estádio de futebol!) para dar um sentido visceral dos blocos de construção que fornam o nosso mundo.

Aula de Jonathan Bergmann, animação de Cognitive Media.

(música)

Você provavelmente já sabe que tudo é feito de

pequenas coisinhas chamadas átomos.

Pode até saber que cada átomo é feito de partículas ainda menores

chamadas prótons, nêutrons e elétrons.

E você também já deve ter ouvido que átomos são pequenos.

Mas aposto que você nunca se questionou sobre quão pequenos eles realmente são.

Bem, a resposta é que eles são, muito, muito, muito pequenos.

Então você pergunta, quão pequenos são os átomos mesmo?

Para entender isso, façamos a seguinte pergunta:

Quantos átomos existem em uma laranja?

Bem, vamos assumir que uma laranja é feita de apenas átomos de nitrogênio,

o que não é inteiramente verdadeiro, mas existem átomos de nitrogênio na laranja.

Bem, para ajudar a visualizar isto, vamos inflar cada átomo

para o tamanho de uma uva.

E depois, que tamanho a laranja deveria ter?

Deveria ter o tamanho de -- bem, na verdade, o tamanho da Terra.

Isso é loucura! Isso significa que se eu enchesse a terra com uvas,

eu teria o mesmo número de átomos de nitrogênio de uma laranja?

Isso mesmo! Então, qual é o tamanho do átomo?

Bem, ele é muito, muito, muito pequeno.

E quer saber?

Isso fica ainda mais confuso.

Vamos agora olhar dentro de cada átomo -- e consequentemente da uva, certo? --

O que você vê lá?

No centro do átomo está algo chamado de núcleo,

que contém prótons e nêutrons,

e por fora você veria elétrons.

Então qual é o tamanho do núcleo?

Bem, se átomos são como uvas na terra, qual seria o tamanho do núcleo?

Você pode lembrar do velho desenho do átomo de sua aula de ciências,

onde você viu este pequeno ponto na página, com uma seta apontando para o núcleo.

Bem, estes desenhos, não são feitos em escala,

então estão meio incorretos.

Então qual é o tamanho do núcleo?

Se você abrir a uva

e estivesse procurando pelo núcleo,

sabe de uma coisa? Ele seria invisível.

É pequeno demais para ver!

OK. Vamos inflar o átomo (a uva)

para o tamanho de uma casa.

Imagine uma bola do tamanho de uma casa de dois andares.

Vamos procurar pelo núcleo no centro do átomo.

Quer saber? Ela mal seria visível.

Para fazer nossas mentes entenderem o tamanho do núcleo,

temos que inflar mais a uva, para o tamanho de um estádio de futebol.

Imagine uma bola com o tamanho de um estádio de futebol,

e bem lá no centro do átomo,

você encontraria o núcleo, e poderia vê-lo!

E ele seria do tamanho de uma bolinha de gude.

E tem mais, se ainda não fritei sua mente até agora.

Vamos pensar no átomo um pouco mais. Ele contém prótons, nêutrons e elétrons.

Os prótons e nêutrons vivem dentro do núcleo,

e contém quase toda a massa do átomo.

Lá fora, ficam os elétrons.

Então se um átomo é como uma bola do tamanho de um estádio de futebol,

com o núcleo no centro, e os elétrons por fora,

o que há entre o núcleo e os elétrons?

Surpreendentemente, a resposta é espaço vazio.

(barulho de vento)

Isso mesmo. Vazio!

Entre o núcleo e os elétrons, existem vastas regiões de espaço vazio.

Bom, tecnicamente existem alguns campos eletromagnéticos,

mas em termos de coisas, matéria, é vazio.

Lembre-se que esta vasta região de espaço vazio

está dentro da uva, que está dentro da Terra,

que na verdade são os átomos de uma laranja.

OK, mais uma coisa, se é que ainda pode ficar mais bizarro.

Já que virtualmente toda a massa de um átomo está no núcleo

-- bem, existe um pouco de massa nos elétrons,

mas a maior parte está no núcleo --

Quão denso é o núcleo?

Bem, a resposta é incrível.

A densidade de um núcleo típico

é 4 vezes 10 elevado a 17 kilogramas por metro cúbico.

Mas isso é difícil de visualizar. OK, vou colocar em unidades inglesas.

2,5 vezes 10 elevado a 16

libras por pé cúbico. (400 x 10 a 16 kg/m2)

OK, isso ainda está meio difícil de imaginar.

Certo, quero que você faça é o seguinte.

Faça uma caixa de 30 cm x 30 cm x 30 cm

Agora vamos pegar todos os núcleos de um carro típico.

Bom, carros pesam em média duas toneladas.

De quantos carros os os núcleos deveriam ser colocados na caixa

para ter sua caixa de 30 cm da mesma densidade do núcleo?

Seria de um carro? Dois? Que tal 100?

Não, não e não.

A resposta é muito maior.

Seria 6.2 bilhões.

Isto é quase igual ao número de pessoas na Terra.

Então se cada um na Terra possuísse seu próprio carro

-- e não possuem --

a se nós colocássemos todos estes carros em sua caixa,

esta seria aproximadamente a densidade de um núcleo.

Então estou dizendo que se você pegar todos os carros do mundo e colocar

dentro de sua caixa de 30 cm, você teria a densidade de um núcleo.

OK, vamos revisar.

O átomo é muito, muito, muito pequeno.

Pense em átomos em uma laranja como uvas na Terra.

O núcleo é incrivelmente pequeno.

Agora olhe dentro da uva, e infle-a do tamanho de um estádio de futebol,

e agora o núcleo é uma bolinha de gude no centro.

O átomo é feito de imensas regiões de espaço vazio.

Isso é estranho.

O núcleo tem uma densidade incrivelmente alta.

Pense em colocar todos aqueles carros em uma caixa de 30 cm.

Acho que estou cansado.

(bocejo)