Os Raios X e a Tabela Periódica

Os Raios X e a Tabela Periódica

 

Por volta de 1913, Moseley mediu as freqüências das linhas espectrais dos raios X característicos de cerca de 40 elementos. A partir do gráfico da raiz quadrada da freqüência versus o número atômico Z do elemento, ele obteve uma relação que passou a ser conhecida como lei de Moseley. A repercussão imediata deste resultado foi a alteração da tabela periódica. Esse trabalho de Moseley teve papel importantíssimo na consolidação e aceitação internacional do modelo de Bohr. Na verdade, foi o primeiro dos trabalhos experimentais a confirmar as predições de Bohr. Em carta escrita a Bohr no dia 16 de novembro de 1913, Moseley observa que a sua fórmula poderia ser escrita numa forma idêntica àquela obtida com o modelo de Bohr.

Antes do trabalho de Moseley o número atômico era associado à posição do átomo na tabela periódica de Mendelev, a qual distribuía os elementos de acordo com o seu peso. Moseley mostrou, por exemplo, que o argônio deveria ter Z=18, ao invés de Z=19 (conforme a tabela de Mendelev). Por outro lado, o potássio deveria ter Z=19, ao invés de Z=18. Ele também mostrou que o cobalto deve preceder ao níquel, apesar do peso atômico do Co ser maior do que o do Ni. De acordo com Mendelev, o número atômico era aproximadamente igual à metade do peso atômico. Moseley definiu o peso atômico como igual ao número de elétrons do átomo eletricamente neutro.

Comparando-se as expressões obtidas por Moseley com a fórmula de Balmer-Rydberg deduzida por Bohr, vê-se que elas diferem pela presença de uma constante subtrativa ao valor de Z. Moseley explicou-a como sendo devido ao efeito de blindagem da carga nuclear pelos elétrons orbitais mais intensos.

A lei de Moseley apresentava resultados bastante diferentes daqueles do paradigma científico vigente. Através dela Moseley deduziu que entre o hidrogênio e o urânio, deveria haver exatamente 92 tipos de átomos, cujas propriedades químicas eram governadas por Z, e não pelo peso atômico. Isto significava dizer que a tabela periódica devia seguir a ordem crescente do número atômico e não a do peso atômico. Obedecida essa seqüência, alguns lugares daquela tabela ficaram vagos, os correspondentes a Z = 43, 61, 75, 85 e 87. Por essa época, havia uma grande polêmica entre os químicos a respeito do número exato de terras raras; discutia-se se estas iam de Z=58 a Z=71 ou a Z=72.

O grande estudioso das terras raras era Georges Urbain, sendo ele inclusive o descobridor de uma delas, o lutécio (Z=71), em 1907. Em 1911, Urbain pensou ter isolado uma outra terra rara, com Z=72, a que chamou de céltio. No entanto, os métodos químicos de análise até então usados eram complicados e incertos. Ao ouvir falar, em 1914, do método de Moseley, Urbain deslocou-se da França para a Inglaterra, levando amostras de terras raras, inclusive uma do provável céltio. Em poucas horas Moseley as examinou e as classificou sem, no entanto, confirmar o céltio. A amostra deste, observou Moseley, nada mais era do que uma mistura de terras raras conhecidas. Urbain ficou tão impressionado com o trabalho de Moseley que resolveu divulgá-lo no comunidade dos químicos. Apesar dessa postura, Urbain continuou acreditando ser o elemento Z=72 uma terra rara, e prosseguiu em sua busca. Essa crença foi fortemente renovada quando em maio de 1922, Alexandre Dauvillier anunciou ter isolado o céltio, através de uma análise do espectro de raios-X do tipo L de amostras contendo as terras raras ytérbio (Z=70) e lutécio. Essa notícia foi tão fantástica que chegou a impressionar Rutherford, pois desde 1914 ele acompanhava com grande interesse a polêmica sobre ser ou não ser uma terra rara, o elemento 72. Convicto de que essa polêmica havia encerrado, Rutherford escreveu uma carta à Nature (17/6/1922) na qual dizia que um dos lugares vagos da tabela periódica de Moseley acabara de ser preenchido.

Os físicos dinamarqueses, com base no modelo de Bohr, afirmavam que o elemento 72 devia ser um metal similar ao zircônio. O próprio Bohr fizera esta afirmação em sua sexta "lecture" Wolfskehl, ministrada em Göttingen, no dia 21 de junho de 1922. Ao ler a carta de Rutherford, na Nature do dia 17, Bohr chegou a pensar que sua afirmativa estava errada, tanto que manifestou essa opinião em carta enviada a James Franck em 15 de julho do mesmo ano. No entanto, ao saber que Dirk Coster, um especialista em espectroscopia de raios-X, não concordava com a interpretação de Dauvillier, Bohr resolveu convidá-lo a trabalhar em Copenhague para que, juntamente com von Hevesy, os três pudessem dirimir tão polêmica questão. Coster chegou em Copenhague em setembro, iniciando imediatamente a busca do elemento 72 em minérios de zircônio. No dia 11 de dezembro, poucos minutos antes de proferir sua "Nobel lecture", Bohr recebeu um telefonema de Coster dando conta de resultados positivos. No final da sua "aula Nobel", Bohr anunciou a importante descoberta. No volume 111 de Nature (20/01/1923), em carta assinada por Coster e von Hevesy, o mundo científico fica sabendo da descoberta do háfnio, o elemento com número atômico 72. O nome foi dado em homenagem a Copenhague, que em latim significa hafniae. Segundo Mehra e Rechenberg, essa descoberta constituiu-se no maior triunfo de Niels Bohr.

Com relação aos elementos previstos por Moseley, é oportuno salientar que o elemento 75, o rénio, foi descoberto em 1925, pelo casal Noddack. O elemento 87, descoberto em 1939, por Marguerite Perey, recebeu o nome de frâncio e pertence a uma família radioativa natural. Os demais elementos (43, 61 e 85) foram obtidos artificialmente. Sendo suas vidas-médias muito curtas, esses elementos não podiam ser naturalmente produzidos, ou pelo menos observados.




Extraído do site: http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/fismod/mod06/m_s01.html