Modelos nucleares

A estrutura do núcleo atômico é mais complexa do que a estrutura do próprio átomo. Isso porque a interação entre os componentes do átomo pode ser expressa pela lei de Coulomb, que tem uma representação matemática simples. Além disso, o centro de um átomo é bem definido, pois é o seu próprio núcleo. Já os núcleos são formados por nêutrons e prótons, não possuindo um centro bem definido, o que torna a expressão para calcular a força entre os seus componentes bem mais complexa.

Para representar o núcleo atômico e facilitar o estudo de suas propriedades, foram criados os modelos nucleares. Quanto maior for a capacidade de um modelo de fazer previsões para serem testadas experimentalmente, melhor será sua eficiência.

Os principais modelos nucleares são: modelo da gota líquida, modelo de gás de Fermi e modelo de camadas. Vejamos agora do que se trata cada um desses modelos.

O modelo da gota líquida

O modelo da gota líquida considera o núcleo como uma esfera que possui densidade constante em seu interior, que decresce para zero quando chega à superfície nuclear. Esse modelo baseia-se em duas propriedades:

1. A densidade dos núcleos é praticamente constante;

2. As energias de ligação são proporcionais às massas nucleares.

Entre as vantagens do modelo da gota líquida está o fato de ela permitir previsões da massa e da energia de ligação dos núcleos atômicos. Porém, ela não é eficiente para explicar conceitos importantes, como o spin e momentos magnéticos do núcleo atômico.

Modelo de camadas

O modelo de camadas busca descrever algumas propriedades do núcleo atômico que a gota líquida não consegue, como as energias dos estados excitados nucleares e os momentos magnéticos nucleares. Para isso, essa teoria faz uma descrição que considera as propriedades individuais dos núcleons, que não são considerados em modelos coletivos, como é o caso da gota líquida.

Esse modelo considera que as partículas do núcleo atômico não interagem entre si, por isso assumem órbitas separadas, e o estado de movimento é descrito por números quânticos específicos. A partir dessa teoria, é possível calcular a energia de cada um dos níveis de energia do núcleo atômico.

Modelo de gás de Fermi

O modelo de gás de Fermi foi proposto, em 1935, por H Bethe. Ele considera que o núcleo atômico é constituído por uma massa de gás quântico com propriedades diferentes das teorias clássicas. Esse gás estaria em equilíbrio termodinâmico e não ocorreria transferência de energia ou de momento linear entre as partículas que o constituem, baseando-se no princípio da exclusão de Pauli.

Os cálculos matemáticos obtidos com essas teorias não foram considerados, uma vez que eles exigem conhecimento matemático de nível superior.