Será que a maior parte de um átomo é mesmo composta por espaços vazios?

Quando você pensa na estrutura de um átomo, você provavelmente imagina algo parecido com a imagem logo abaixo, ou seja, uma porção de partículas compactadas formando o núcleo com um monte de bolinhas zunindo ao seu redor. Veja:

Essa representação é inspirada no modelo de Rutherford — onde o núcleo é formado por prótons e nêutrons, e as bolinhas em órbita são os elétrons. E se nos basearmos nessa imagem, a impressão que temos é a de que a maior parte de um átomo é composta por espaços vazios. Mas, será que é isso mesmo?

Ondas

De acordo com o “físico” do portal Ask a Mathematician / Ask a Physicist — um site dedicado a responder questões interessantes sobre física e matemática —, apesar de os elétrons serem partículas subatômicas e frequentemente serem representados na forma de bolinhas, eles devem ser entendidos como ondas.

Portanto, ao serem ondas, é impossível especificar seu tamanho e, sendo assim, tampouco podemos determinar exatamente quanto espaço eles ocupam ao redor de um átomo, nem qual é a sua posição precisa em dado momento.

Pense no que acontece quando tocamos um sino, por exemplo. Apesar de sabermos que ele está vibrando, não conseguimos determinar onde exatamente essa vibração se localiza. Isso porque se trata de uma onda que se espalha por toda a superfície do sino — e algumas partes dele vão vibrar mais do que outras.

Espaço preenchido

Segundo o pessoal do Ask a Mathematician / Ask a Physicist, os elétrons se comportam de uma forma parecida ao sino, ou seja, vibrando como uma onda em vez de orbitar ao redor do núcleo do átomo na forma de uma partícula. Desta maneira, ao contrário do que parece, os átomos não são compostos principalmente por espaços vazios.

Você se lembra da velha explicação que ouvimos nas aulas de química — de que 99,9% da massa de um átomo se concentra em seu núcleo?  Pois a área na qual o núcleo se encontra é diminuta quando comparada à região ocupada pelos elétrons. Aliás, os prótons e os nêutrons que compõem o núcleo, apesar de também serem partículas subatômicas, não devem ser imaginados na forma de bolinhas, mas da mesma forma que os elétrons, ou seja, como ondas.

Então, assim como é impossível determinar a posição exata dos elétrons que existem ao redor do núcleo de um átomo, é igualmente impossível apontar onde exatamente os prótons e os nêutrons estão localizados.

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Vale lembrar que, de acordo com a física quântica, mais precisamente com o Princípio da Incerteza de Heisenberg, as partículas subatômicas se comportam como onda e partícula ao mesmo tempo, mas é impossível determinar simultaneamente qual é a sua velocidade (ou energia) e posição — e quando tentamos mensurar isso, a função de onda entra em colapso. Assim, dependendo do experimento realizado, a partícula se comportará como onda ou partícula.