Sabemos muito bem que todas as substâncias são compostas de átomos - esta é a menor quantidade possível de qualquer elemento químico. A palavra "átomo" vem da palavra grega "ἄτομος", que se traduz literalmente do grego antigo como "indivisível" - algo que não pode mais ser dividido. Mais tarde, entretanto, descobriu-se que os átomos não são absolutamente indivisíveis, mas consistem em um núcleo e elétrons girando em torno dele. Mas descobriu-se que este não é o limite….
Logo, outras partículas constituintes elementares como quarks foram descobertas, até mesmo a integridade dos elétrons, que presumivelmente poderiam ser divididos em hólons, espínons e órbitas, foi questionada.
Os "primeiros tijolos" da matéria são tão pequenos que conclusões sobre sua existência foram feitas indiretamente - por meio de vários experimentos e cálculos matemáticos, mas seria muito legal se pudéssemos vê-los com nossos próprios olhos, como vemos microrganismos em uma gota d'água sob um microscópio. Porém, por que não? Parece que você só precisa de um microscópio mais potente e pode examinar qualquer coisa. Infelizmente, não importa o quão poderoso seja um microscópio óptico, você não pode obter com ele uma imagem não apenas de um átomo, mas também de uma molécula.
Para ver um objeto, ele deve ser iluminado com um feixe de luz, e a luz deve ser refletida de suas várias partes e atingir a retina. No entanto, é impossível iluminar um determinado átomo devido à própria forma de interação dos fótons com um átomo. A maioria dos fótons simplesmente voará através do átomo e, se algum fóton for refletido de volta para a ocular do microscópio, isso obviamente não será suficiente. E, em geral, a luz visível usada em microscópios ópticos tem um comprimento de onda da ordem de 400-700 nanômetros, enquanto o tamanho de um átomo é de cerca de 0,1 nanômetro, então é simplesmente inútil iluminar o átomo com ela.
Mas e se em vez da luz visível usarmos outra coisa, por exemplo, radiação gama ou um feixe de elétrons direcionado, que sob certas condições pode se comportar como uma onda com um comprimento comparável ao tamanho das partículas elementares? Ou seja, um átomo pode ser visto por meio de um microscópio eletrônico?
Sim e não. Sim, porque as fotografias de átomos realmente existem, não - porque a imagem resultante não reflete tanto a verdadeira aparência do átomo, mas cria uma visualização acessível. No entanto, as fotos de átomos tiradas mesmo pelos microscópios eletrônicos mais poderosos e precisos não revelam sua estrutura.
A foto mostra os átomos de enxofre e o local onde falta um átomo. (c) David A. Muller et al. Nature, 2018.
Primeiro, a maior parte do átomo é espaço vazio. As distâncias entre o núcleo e os elétrons em uma escala são tão grandes que se você aumentar o núcleo até o tamanho de uma maçã, os elétrons irão girar em torno dele em uma órbita com um raio de cerca de um quilômetro. Isso significa que as partículas que constituem um átomo simplesmente não caberiam no campo de visão.
Vídeo promocional:
Em segundo lugar, o princípio da incerteza de Heisenberg nos impede de considerar os detalhes. A localização do elétron no átomo é determinada como provável, em algum momento ele pode estar em um ou outro lugar. Portanto, nas fotografias obtidas, os átomos são vistos como bolas borradas - nuvens formadas pela rápida mudança da órbita dos elétrons.
E, finalmente, um vídeo engraçado da IBM "Boy and his atom". Os engenheiros da IBM usaram um microscópio de tunelamento de varredura para mover moléculas de monóxido de carbono (dois átomos empilhados um em cima do outro). Graças a isso, foi possível fazer um vídeo com objetos tão pequenos que só podem ser vistos em uma ampliação de 100 milhões de vezes.
