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03 Le leggi della chimica - La teoria atomica
L'ipotesi che la materia sia formata da atomi risale a Democrito (400 a.c.). Atomo, in greco,
significa "non divisibile". L'idea atomistica fu però avversata da Aristotele che, successivamente,
divenne il filosofo "ufficiale" della chiesa. Per questo motivo dobbiamo aspettare addirittura fino
al 1800 perché gli scienziati riprendessero in considerazione l'ipotesi atomica.
Nel 1803 Dalton spiegò i ben noti fenomeni chimici secondo i quali le sostanze sono formate dai
loro componenti secondo rapporti ben precisi fra numeri interi, ipotizzando che la materia fosse
costituita da atomi.
Con la scoperta della radioattività naturale, si capì successivamente che gli atomi non erano
particelle indivisibili, essi erano composti da parti più piccole.
Nel 1898 Thomson propose il primo modello fisico dell'atomo. Egli immaginò che un atomo
fosse costituito da una sferetta di materia caricata positivamente (protoni e neutroni non erano
stati ancora scoperti) in cui gli elettroni negativi (da poco scoperti) erano immersi.
Nel 1913 Bohr propose una modifica concettuale al modello di Rutherford. Pur accettandone
l'idea di "modello planetario", postulò che gli elettroni avessero a disposizione orbite di "parcheggio"
fisse nelle quali non emettono né assorbono energia. Un elettrone emette od assorbe energia
elettromagnetica sotto forma di onde elettromagnetiche solo se "salta" da un'orbita all'altra.
Questa idea, non compatibile con le leggi della fisica classica (di Newton), si basa sulle idee della
nascente meccanica quantistica.
Il modello di Bohr spiegava molto bene l'atomo di idrogeno ma non quelli più complessi. Sommerfeld
propose allora una correzione al modello di Bohr secondo la quale si aveva una buona corrispondenza
fra la teoria e le osservazioni degli spettri degli atomi (uno spettro è l'insieme delle frequenze delle
radiazioni elettromagnetiche emesse o assorbite dagli elettroni di un atomo).
Successivamente, si pervenne ad un modello atomico più coerente ai grandi progressi che la
meccanica quantistica nel frattempo aveva fatto.
Nel 1930 fu scoperto il neutrone per cui si pervenne presto ad un modello dell'atomo pressoché
completo in cui al centro vi è il nucleo composto di protoni (positivi) e neutroni (protoni e neutroni
si chiamano collettivamente nucleoni) ed attorno vi ruotano gli elettroni.
Anche l'idea di come gli elettroni ruotano attorno al nucleo venne profondamente modificata alla
luce delle scoperte della meccanica quantistica.
Fu abbandonato il concetto di orbita e fu introdotto il concetto di orbitale.
Secondo la meccanica quantistica un elettrone non è descrivibile in termini di traiettoria. Non
si può quindi affermare con certezza dove un elettrone si trova in un certo istante né dove si
troverà in un istante successivo. Si può solo conoscere la probabilità di trovare l'elettrone in
un certo punto dello spazio.
Un orbitale non è una traiettoria in cui un elettrone (secondo le idee della fisica classica) può
stare, è invece una "nuvoletta" di probabilità in cui si può trovare l'elettrone.
significa "non divisibile". L'idea atomistica fu però avversata da Aristotele che, successivamente,
divenne il filosofo "ufficiale" della chiesa. Per questo motivo dobbiamo aspettare addirittura fino
al 1800 perché gli scienziati riprendessero in considerazione l'ipotesi atomica.
Nel 1803 Dalton spiegò i ben noti fenomeni chimici secondo i quali le sostanze sono formate dai
loro componenti secondo rapporti ben precisi fra numeri interi, ipotizzando che la materia fosse
costituita da atomi.
Con la scoperta della radioattività naturale, si capì successivamente che gli atomi non erano
particelle indivisibili, essi erano composti da parti più piccole.
Nel 1898 Thomson propose il primo modello fisico dell'atomo. Egli immaginò che un atomo
fosse costituito da una sferetta di materia caricata positivamente (protoni e neutroni non erano
stati ancora scoperti) in cui gli elettroni negativi (da poco scoperti) erano immersi.
Nel 1911 Rutherford fece un esperimento cruciale per mettere alla prova il modello di Thomson.
Bombardò un sottilissimo foglio di oro con raggi alfa (atomi di elio completamente ionizzati, ciò
privati degli elettroni). L'esperimento portò alla constatazione che i raggi alfa non erano quasi mai
deviati. Essi attraversavano il foglio di oro senza quasi mai esserne disturbati. Solo alcuni raggi
alfa (1 %) erano deviati dal foglio di oro e lo erano in modo notevole (alcuni, addirittura, venivano
completamente. respinti).
Sulla base di questo fondamentale esperimento, Rutherford propose un modello di atomo in
cui quasi tutta la massa dell'atomo è concentrata in una porzione molto piccola, il cosiddetto
nucleo (caricato positivamente) e gli elettroni gli ruotano attorno così come i pianeti ruotano
attorno al sole.
Bombardò un sottilissimo foglio di oro con raggi alfa (atomi di elio completamente ionizzati, ciò
privati degli elettroni). L'esperimento portò alla constatazione che i raggi alfa non erano quasi mai
deviati. Essi attraversavano il foglio di oro senza quasi mai esserne disturbati. Solo alcuni raggi
alfa (1 %) erano deviati dal foglio di oro e lo erano in modo notevole (alcuni, addirittura, venivano
completamente. respinti).
Sulla base di questo fondamentale esperimento, Rutherford propose un modello di atomo in
cui quasi tutta la massa dell'atomo è concentrata in una porzione molto piccola, il cosiddetto
nucleo (caricato positivamente) e gli elettroni gli ruotano attorno così come i pianeti ruotano
attorno al sole.
Il nucleo è così concentrato che gli elettroni gli ruotano attorno a distanze relative enormi.
Il modello di Rutherford ha però un grande "difetto" che lo mette in crisi. Secondo la
teoria elettromagnetica una carica in movimento accelerato (non in moto rettilineo uniforme)
emette onde elettromagnetiche e quindi perde energia. Per questo motivo, gli elettroni
dell'atomo di Rutherford, perché ruotano su orbite circolari, dovrebbero emettere onde
elettromagnetiche e quindi, perdendo energia, cadere nel nucleo cosa che invece non
accade, perché gli atomi sono oggetti molto stabili (la materia appare normalmente
stabile).
Il modello di Rutherford ha però un grande "difetto" che lo mette in crisi. Secondo la
teoria elettromagnetica una carica in movimento accelerato (non in moto rettilineo uniforme)
emette onde elettromagnetiche e quindi perde energia. Per questo motivo, gli elettroni
dell'atomo di Rutherford, perché ruotano su orbite circolari, dovrebbero emettere onde
elettromagnetiche e quindi, perdendo energia, cadere nel nucleo cosa che invece non
accade, perché gli atomi sono oggetti molto stabili (la materia appare normalmente
stabile).
Nel 1913 Bohr propose una modifica concettuale al modello di Rutherford. Pur accettandone
l'idea di "modello planetario", postulò che gli elettroni avessero a disposizione orbite di "parcheggio"
fisse nelle quali non emettono né assorbono energia. Un elettrone emette od assorbe energia
elettromagnetica sotto forma di onde elettromagnetiche solo se "salta" da un'orbita all'altra.
Questa idea, non compatibile con le leggi della fisica classica (di Newton), si basa sulle idee della
nascente meccanica quantistica.
Il modello di Bohr spiegava molto bene l'atomo di idrogeno ma non quelli più complessi. Sommerfeld
propose allora una correzione al modello di Bohr secondo la quale si aveva una buona corrispondenza
fra la teoria e le osservazioni degli spettri degli atomi (uno spettro è l'insieme delle frequenze delle
radiazioni elettromagnetiche emesse o assorbite dagli elettroni di un atomo).
Successivamente, si pervenne ad un modello atomico più coerente ai grandi progressi che la
meccanica quantistica nel frattempo aveva fatto.
Nel 1930 fu scoperto il neutrone per cui si pervenne presto ad un modello dell'atomo pressoché
completo in cui al centro vi è il nucleo composto di protoni (positivi) e neutroni (protoni e neutroni
si chiamano collettivamente nucleoni) ed attorno vi ruotano gli elettroni.
Anche l'idea di come gli elettroni ruotano attorno al nucleo venne profondamente modificata alla
luce delle scoperte della meccanica quantistica.
Fu abbandonato il concetto di orbita e fu introdotto il concetto di orbitale.
Secondo la meccanica quantistica un elettrone non è descrivibile in termini di traiettoria. Non
si può quindi affermare con certezza dove un elettrone si trova in un certo istante né dove si
troverà in un istante successivo. Si può solo conoscere la probabilità di trovare l'elettrone in
un certo punto dello spazio.
Un orbitale non è una traiettoria in cui un elettrone (secondo le idee della fisica classica) può
stare, è invece una "nuvoletta" di probabilità in cui si può trovare l'elettrone.
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