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EVOLUZIONE DEL MODELLO ATOMICO

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luca carboni

on 10 November 2013

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Transcript of EVOLUZIONE DEL MODELLO ATOMICO

EVOLUZIONE DEL MODELLO ATOMICO
Struttura dell'Atomo: cenni storici
La comprensione della struttura dell'atomo è senza dubbio agevolata da un percorso mentale che ricalchi quello storico, che ha condotto alla formulazione dell'attuale modello. L'evoluzione del modello atomico ha profondamente influenzato il pensiero scientifico e filosofico dell'ultimo secolo.

L'ipotesi di Bohr si appoggiava sulla recente teoria del "quanto di azione" di Planck; che, cioé, l'irradiazione di energia da un sistema atomico non avviene in maniera continua secondo le leggi dell’ elttrodinamica classica, ma, al contrario, avviene in distinte emissioni separate, secondo l'equazione:
E = n hn
con n = numero intero, h = costante universale (di Plank) pari a ca. 6.63 x 10-34 joule s, n = frequenza della radiazione emessa.
Mediante questa relazione, Bohr calcolò il raggio dell'orbita dell'elettrone intorno al protone nell'atomo di idrogeno allo stato fondamentale. Questo valore risultava 0.53 Angstrom.
L'idea che l'energia dell'atomo fosse quantizzata era nata dallo studio degli spettri atomici, cioè della luce (radiazione elettromagnetica) che gli atomi emettono quando vengano "sollecitati". a farlo. Se applichiamo una differenza di potenziale a due elettrodi in un tubo di vetro contenente idrogeno gassoso a bassa pressione, è possibile esaminare mediante uno spettrografo lo spettro dell'idrogeno, che può essere registrato su una lastra fotografica. La registrazione appare costituita da una serie di righe.
Gli atomi possono esistere solo in certi stati caratterizzati da determinate energie e possono passare da uno stato all'altro emettendo o assorbendo una energia pari alla differenza di energia fra i due stati.
L'ipotesi di Planck trovò conferma quando Einstein riuscì a spiegare sulle stesse basi il fenomeno fotoelettrico.


Il modello atomico attuale è il risultato di successivi miglioramenti ottenuti dai fisici grazie alla disponibilità di datisperimentali sempre più accurati. Il modello di Thompson prevedeva che gli elettroni fossero distribuiti in una sfera di carica positiva.
Bohr andò oltre, introducendo il concetto di quantizzazione delle orbite elettroniche. Schrödinger infine rivoluzionò l'idea di orbita elettronica intendendola non più come la traiettoria fisicamente percorsa dall'elettrone, ma come regione di spazio che possiede la più alta probabilità di essere occupata dall'elettrone.

La teoria atomica
Quando Dalton agli inizi dell'800 ripropose l'antica idea della natura atomica della materia, l'atomo era concepito effettivamente secondo la sua accezione originale: quella di particella indivisibile. Per tutto il 19° secolo, l'atomo fu considerato come la particella ultima, priva quindi di una struttura interna, della quale i chimici non si erano neppure posti il problema.
L'evoluzione del concetto di atomo si deve principalmente agli studi sulla corrente elettrica. Alla fine dell'800, Thomson dimostrò che un campo elettrico era in grado di deviare i raggi catodici, portando sostegno all'ipotesi della loro natura corpuscolare. Thomson chiarì che i raggi catodici erano particelle cariche negativamente (elettroni) e riuscì perfino a misurarne il rapporto massa/carica. Gli studi di Thomson misero anche in evidenza l'esistenza di altre particelle, di carica opposta e di massa maggiore.
Pochi anni dopo, Millikan riuscì a misurare con grande precisione la carica elettrica minima trasportata da una particella (1.6 x 10-19 Coulombs) e, di conseguenza, la massa delle particelle che costituiscono i raggi catodici: gli elettroni. La massa dell'elettrone risultava molto più piccola (1/1830) di quella dell'atomo più piccolo conosciuto, l'atomo di idrogeno.
Le conseguenze delle scoperte di Thomson e di Millikan sono evidenti: l'atomo non era l'unico componente della materia. E' vero che si poteva ancora pensare che l'atomo fosse il componente elementare della materia e l'elettrone il componente elementare della carica elettrica, ma ben presto i rapporti di dipendenza fra le due particelle divennero evidenti , specialmente in seguito alla scoperta dell'effetto fotoelettrico.
Si cominciò così a formulare i primi modelli dell'atomo. Thomson, ad esempio, immaginò l'atomo come una sfera solida in cui le diverse particelle, positive e negative, occupavano un volume proporzionale alla loro massa.
Bombardando un sottilissimo foglio metallico (una lamina d'oro dello spessore di circa 10 mila atomi) con particelle a (atomi di elio ionizzati), Rutherford si accorse che la maggior parte di queste attraversavano la lamina indisturbate, e solo alcune venivano deviate (come conseguenza della repulsione elettrostatica). Tutto ciò suggeriva che la maggior parte della massa, con carica positiva, era condensata in un nucleo di dimensioni molto ridotte rispetto alle dimensioni dell'atomo. Rutherford calcolò che i rapporto tra il diametro dell'atomo (10-8 cm) e quello del nucleo (10-12 cm) era circa 10 mila.
Nasceva così il cosiddetto modello planetario dell'atomo: un nucleo carico positivamente al centro, con gli elettroni in orbita intorno ad esso.
Secondo le leggi dell'elettromagnetismo, una carica elettrica in movimento irradia energia sotto forma di radiazione elettromagnetica, e l'elettrone, dotato di carica elettrica, nella sua orbita intorno al nucleo avrebbe dovuto perdere continuamente energia e finire col cadere sul nucleo.
La contraddizione del modello atomico planetario di Rutherford venne risolta nel 1913 dal fisico danese Niels Bohr. L'intuizione di Bohr fu semplicissima. Egli postulò "linadeguatezza della elettrodinamica classica a descrivere il compartamento di un sistema di dimensioni atomiche". Ciò non era altro che l'accettazione di un dato sperimentale, non confutabile e non ancora spiegabile. Preso atto dell'inadeguatezza della elettrodinamica classica, nel descrivere l'atomo di idrogeno fece l'assunzione che "non vi è emissione di energia quando l'elettrone si trova in una particolare orbita stazionaria", definita da un determinato diametro.
RICERCA SVOLTA DA: LUCA CARBONI; VIRGINIA GIAMPAPA, ALESSANDRO MELELEO,MARCO VOLPI E SIMONE VIGO
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