James Chadwick Biography, Modelo Atômico, Experiências, Contribuições

James Chadwick (1891-1974) foi um dos principais físicos ingleses reconhecidos 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 por acusações neutras surgiu cerca de 10 anos antes que ele pudesse provar sua existência.

Antes desse teste, Chadwick realizou vários experimentos que não tiveram sucesso. Foi bem sucedido em 1932, quando foi baseado nos experimentos dos franceses Irène Joliot-Curie e Frédéric Joliot. Mais tarde, Chadwick dedicou-se a pesquisar o uso da fissão nuclear para a criação de armas de guerra.

Índice

• 1 biografia
  • 1.1 Origens
  • 1.2 Treinamento acadêmico
  • 1.3 Carreira Profissional
  • 1.4 Projeto Manhattan
  • 1.5 Arsenal nuclear para a Inglaterra
• 2 Modelo atômico de Chadwick
• 3 experimentos
  • 3.1 Fissão Nuclear
• 4 contribuições de Chadwick à ciência
• 5 Artigos de interesse
• 6 referências

Biografia

Origens

Chadwick nasceu na cidade de Bollington, no nordeste da Inglaterra, em 20 de outubro de 1891. Ele era filho de dois humildes trabalhadores: seu pai trabalhava no sistema ferroviário e sua mãe era trabalhadora doméstica.

De um jovem Chadwick, ele se destacou como uma criança introvertida e extremamente inteligente. Ele começou o ensino médio em Manchester, e aos 16 anos ganhou uma bolsa de estudos para estudar física pura na agora extinta Victoria University of Manchester.

Formação acadêmica

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

Ele teve uma carreira notável na academia e, no último ano de sua carreira, foi responsável pela pesquisa do Prêmio Nobel Ernest Rutheford sobre a desintegração de elementos e a química de substâncias radioativas.

Depois de obter sua licenciatura em Física em 1911, ele se matriculou no Mestrado em Física, que culminou com sucesso em 1913. Durante esse tempo, ele continuou trabalhando de mãos dadas com Rutheford em seu laboratório.

Mais tarde, ele foi beneficiado por uma bolsa de estudos profissional que permitiu a sua transferência para Berlim, na Alemanha, para continuar a pesquisa sobre a radiação beta com o físico alemão Hans Geiger na Technische Hochschule.

Durante sua estada em Berlim, ele iniciou a Primeira Guerra Mundial, 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 retornou à Inglaterra e começou seu doutorado na Universidade de Cambridge. Nesse meio tempo, ele voltou ao trabalho de pesquisa de Rutheford, que estava liderando o Laboratório Cavendish da renomada instituição.

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

Em 1923, foi nomeado diretor assistente de pesquisa no Laboratório Cavendish, em Cambridge. Chadwick serviu neste papel até 1935, quando decidiu se mudar para a Universidade de Liverpool.

Carreira profissional

Graças a suas contribuições científicas, ele se tornou digno da 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 ele 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, uma comissão criada para analisar a viabilidade de usar a tecnologia nuclear na fabricação de uma bomba.

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

Chadwick destacou-se por sua inteligência e equilíbrio político durante esse período, pois suas propostas serviram como uma ponte para as negociações de colaboração entre o Reino Unido, o Canadá e os Estados Unidos.

Projeto Manhattan

No final da Segunda Guerra Mundial, Chadwick levou o bastão da missão britânica no Projeto Manhattan. Este último foi um projeto de pesquisa conjunta entre os Estados Unidos, o Reino Unido e o Canadá, com o objetivo de desenvolver a primeira bomba atômica.

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

Mais tarde, foi nomeado cavalheiro inglês em 1945 e, um ano depois, EE. UU Ele foi premiado com a Medalha de Mérito por sua contribuição de valor no Projeto Manhattan.

Arsenal nuclear para a Inglaterra

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

Na busca desse objetivo, Chadwick foi eleito membro do Comitê Consultivo para a Energia Atômica da Grã-Bretanha e também participou como representante do Reino Unido perante a Comissão de Energia Atômica das Nações Unidas.

Em 1948, James Chadwick era professor na Faculdade Gonville & Caius da Universidade de Cambridge. Então, em 1950, ele foi premiado novamente pela Royal Society of London ao receber a Medalha Copley.

8 anos depois, ele decide se aposentar voluntariamente para o norte do País de Gales. James Chadwick morreu em 24 de julho de 1974, na cidade de Cambridge.

Modelo atômico de Chadwick

O modelo atômico de Chadwick enfoca a modelagem do núcleo atômico constituído não apenas por prótons (cargas positivas), mas também por nêutrons (cargas neutras).

A ânsia de Chadwick em demonstrar a existência de partículas neutras foi gerada na década de 1920. No entanto, naquela época, o principal cientista fez várias tentativas em vão. 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 conseguiram a expulsão de prótons de uma amostra de cera de parafina usando raios gama.

Chadwick achava que a emissão de raios gama continha partículas neutras e que essas partículas eram as que haviam atingido a amostra de cera, induzindo subsequentemente a liberação de prótons da cera.

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

Então, essa radiação atingiu uma amostra semelhante de cera de parafina, e os prótons da amostra foram expelidos violentamente do material.

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

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

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

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

Experimentos

Após a descoberta do nêutron, Chadwick se concentrou em ir mais além na caracterização desse novo componente atômico.

A descoberta do modelo de neutrões e atómica Chadwick revolucionou o modo de exibição tradicional de ciência, dado o impacto de neutrões com núcleos atómicos e a expulsão de protões a partir do átomo.

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

Devido a este processo, muitos 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 a seu crédito.

Fissão nuclear

Chadwick enfatizou suas análises posteriores no uso de nêutrons para dividir átomos de núcleos pesados ​​em vários núcleos menores, através do processo de fissão nuclear.

É assim chamado porque a divisão ocorre no núcleo do átomo e produz uma quantidade extremamente grande de energia. Este conceito foi usado para o design de armas nucleares poderosas.

Chadwick até financiou a compra de um acelerador de partículas durante sua estada em Liverpool, e por isso ele usou uma parte dos fundos obtidos ao ganhar o Prêmio Nobel em 1935.

Contribuições de Chadwick para a ciência

Entre as contribuições da ciência James Chadwick destaca a descoberta do neutrão, pelo qual ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1935. Ele também participou da construção da bomba atômica nos Estados Unidos, escreveu sobre a radiação de substâncias radioactivas e descobriu trítio .

A descoberta do nêutron

Durante suas investigações no Laboratório Cavendish, em Cambridge, Rutherford e Chadwick realizaram experimentos com partículas alfa para investigar a natureza do núcleo atômico. Vale a pena notar que o núcleo atômico foi descoberto por Rutherford em 1911.

Estas investigações foram realizadas através da análise de uma radiação nunca antes vista proveniente do berílio, quando este material foi exposto ao bombardeamento de partículas alfa.

Essa radiação era constituída por partículas de massa muito semelhantes à massa do próton, mas sem carga elétrica. Essas partículas eram chamadas de nêutrons, devido à neutralidade de sua composição.

Chadwick fez essa descoberta em meados de 1932 e, com isso, definiu as premissas do modelo atômico de Chadwick, cujos detalhes são detalhados na seção seguinte deste artigo.

Pesquisa nuclear

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 natureza inevitável desse tipo de tecnologia para o desenvolvimento de armas de guerra e se envolveu diretamente nas questões diplomáticas relacionadas a esse processo nos EUA. UU e na Inglaterra.

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

Ele estava encarregado de dirigir a delegação científica inglesa que trabalhava no laboratório de Los Alamos, no Novo México, Estados Unidos. Em 1939, os Estados Unidos iniciaram investigações sobre o Projeto Manhattan, o codinome dado à bomba atômica.

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

Descoberta do trítio

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

Ernest Rutherford já havia anunciado, mas não foi até 1934, quando Chadwick, trabalhando para a equipe de Rutherford, classificou-o como um isótopo de hidrogênio.

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

O trítio é gerado pelo bombardeamento 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, separação do urânio 235 do urânio -238, um elemento químico encontrado na natureza.

O enriquecimento de urânio 235 é o processo ao qual o urânio natural é submetido para obter o isótopo 235 e produzir energia nuclear. A fissão é uma reação nuclear; isto é, é acionado no núcleo do átomo.

Essa reação química ocorre quando um núcleo pesado é dividido em dois ou mais núcleos menores e em 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 ao próton com uma diferença: que tinha uma carga elétrica neutra.

Então, ele 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 para a construção do modelo atômico de Rutherford.

Artigos de interesse

Modelo atômico de Schrödinger.

Modelo atômico de Broglie.

Modelo atômico de Heisenberg.

Modelo atômico de Perrin.

Modelo atômico de Thomson.

Modelo atômico de Dalton.

Modelo atômico de Dirac Jordan.

Modelo atômico de Demócrito.

Modelo atômico de Bohr.

Referências

1. J. Chadwick, A Existência de um Neutron, Proc. Roy. Soc. A 136 (1932) Acessado em 18 de dezembro de 2017 de chemteam.info
2. Chadwick (1891-1974). Consultado de losavancesdelaquimica.com
3. James Chadwick - biografia. Consultado de buscabiografias.com
4. Pérez Aguirre, Gabriela. Química 1. Uma abordagem construtivista, volume 1. Consultado por books.google.com
5. James Chadwick Consultado em es.wikipedia.org
6. Brown, Andrew (1997). O Neutron e a Bomba: uma Biografia de Sir James Chadwick. Imprensa da Universidade de Oxford. Recuperado de amazon.co.uk
7. James Chadwick (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Retirado de: britannica.com
8. James Chadwick (s.f.) Retirado de: atomicheritage.org
9. James Chadwick (s.f.) Retirado de: famousscientists.org
10. James Chadwick - Biográfico (2014). Nobel Media AB. Retirado de: nobelprize.org
11. James Chadwick: Biografia & Teoria Atômica (s.f.). Retirado de: study.com
12. Princípios da ciência física (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Retirado de: britannica.com
13. Wikipedia, a enciclopédia livre (2018). Descoberta do nêutron Retirado de: en.wikipedia.org.