O primeiro modelo atômico de J. J. Thomson e a constituição da matéria

## O primeiro modelo atômico de J. J. Thomson e a constituição da matéria

## Diego Dias Uzêda 1 , Penha Maria Cardozo Dias 2

- 1 Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca (CEFET/RJ - Nova Friburgo)/Coordenadoria do Curso de Licenciatura em Física (COLIF), diego.uzeda@cefet-rj.br
- 2 Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)/Departamento de Física, penha@if.ufrj.br

Palavras-chave : modelo atômico; átomo de vórtice; J. J. Thomson.

## Resumo expandido

Este trabalho analisa, através da História, a formulação das complexas conexões existentes nos fundamentos da criação do primeiro modelo atômico de Joseph John Thomson, o qual é definido a partir da dinâmica de um fluido - o éter. Esse modelo atômico, apesar de futuramente ser abandonado (em parte), responde a questões imprescindíveis para a estrutura da matéria, dentre as quais uma delas é a estabilidade atômica. A investigação desse modelo tem dois resultados: o primeiro mostra como teorias entendidas hoje como 'erradas'' foram fundamentais na construção da ciência da constituição da matéria; o segundo mostra a desconstrução da falácia - tão disseminada - da existência exclusiva de um modelo atômico anacrônico de 'pudim de passas'.

Ao longo da segunda metade do século XIX, a teoria eletromagnética avançou na Grã-Bretanha associada a uma estrutura de éter submetida às leis da dinâmica dos fluidos. À medida que a teoria foi desenvolvida, diversas questões, que antes eram obscuras, passam a ser esclarecidas e acomodadas no pensamento científico da época; por exemplo, a caracterização dos campos elétrico e magnético e, também, a propagação da luz e sua natureza eletromagnética. Contudo, outras questões foram sendo colocadas e abertas, nas quais a constituição da matéria é um exemplo. Nesse contexto, J. J. Thomson desenvolveu analogias com a hidrodinâmica para caracterizar os elementos constituintes da matéria através de filamentos de vórtices fechados - como anéis - representando os átomos.

Em 1883, J. J. Thomson publica seu tratado sobre a estabilidade de anéis de vórtices, o On Motion of Vortex Rings . Esse seu trabalho, premiado com Adams Prize de 1882, é muito citado pela bibliografia secundária, porém pouco elucidado. Nele, J. J. Thomson considera anéis de vórtices como ferramenta para a compreensão da matéria; o intento era desenvolver átomos formados por vórtices aos moldes propostos por William Thomson (1867, 1869). A temática da interação entre anéis de vórtices estava em voga naquele período em Cambridge (KRAGH, 1976), a qual motivava a investigação de J. J. Thomson sobre a estabilidade de anéis de vórtices. Essa investigação era importante, pois a premissa básica compreendia que os átomos deviam ser estruturas estáveis. Sendo assim, a intenção de J. J. Thomson consistia em descrever um modelo atômico estável capaz de explicar a valência química.

Helmholtz já havia mostrado que filamentos de vórtice em um fluido perfeito eram permanentes e indestrutíveis; além disso, mostrou que esses filamentos não

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começavam ou terminavam em um ponto no interior do fluido, pois precisavam formar circuitos fechados, como anéis, ou se estenderem até às regiões de fronteira (HELMHOLTZ, 1858). Para J. J. Thomson, esses filamentos constituiriam o átomo; pois, com isso, a matéria seria formada pela dinâmica de um meio contínuo e o átomo seria, assim, uma estrutura secundária de uma entidade básica, a saber: o éter. Desse modo, On the Motion of Vortex Rings carrega um importante avanço no entendimento da estrutura atômica, pois mostra como essa construção é possível. Nele, a temática fica apresentada em quatro partes: Parte I, que estuda estabilidade de um único anel de vórtice; Parte II, que analisa a ação mútua entre dois anéis de vórtices; Parte III, que investiga a interação entre dois (ou mais) anéis de vórtice entrelaçados; Parte IV, que apresenta um modelo para a ligação química entre átomos. O presente trabalho tem a 'Parte IV' como ponto focal e recorrerá às demais partes para elucidar o modelo proposto por J. J. Thomson.

Ao final deste trabalho, torna-se evidente a relevância da abordagem de J. J. Thomson na formulação do modelo atômico, que se baseia em filamentos de vórtices no éter. A pesquisa de Thomson sobre a estabilidade desses filamentos desempenhou um papel fundamental na descrição de átomos e na explicação da valência química. Além disso, por meio desta pesquisa histórica sobre as teorias do éter aplicadas ao átomo, mostramos como teorias que - em retrospecto - podem ser consideradas 'erradas', foram, de fato, poderosas na construção da ciência atômica.

## Referências

UZÊDA, Diego Dias. O éter e a estrutura da matéria : fundamentação dos modelos atômicos de J. J. Thomson. 2022. 165 f. Tese (Doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Ensino de Matemática, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2022.

THOMSON, William. On the Vortex Atoms. Proceedings Of The Royal Society Of Edinburgh , v. 6, p. 94-105, 1867. Reimpresso em Phil. Mag. vol. xxxiv, 1867, p.~15 -- 24.

THOMSON, William. On the Vortex Motion. Transactions of the Royal Society of Edinburgh , v. 25, p. 217-260, 1869. Apresentado a Royal Society of Edinburgh em 29 de Abril de 1867.

KRAGH, Helge. The Vortex Atom: a victorian theory of everything. Centaurus , [S.L.], v. 44, n. 1-2, p. 32-114, jul. 2002. Brepols Publishers NV.

VON HELMHOLTZ, Hermann. Über Integrale der hydrodynamischen Gleichungen, welche den Wirbelbewegungen entsprechen. J. Für Reine Angew. Math. , v. 55, p. 25-55, 1858.

THOMSON, Joseph John. A Treatise On the Motion of Vortex Rings . London: Macmillan, 1883.

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