L’atomo e la sua storia

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Atomo

L’atomo è la più piccola particella in cui, con mezzi chimici e/o fisici, si può dividere la materia.

Gli atomi di ogni corpo semplice o elemento sono tutti eguali tra loro; combinazioni di atomi concorrono a formare le molecole delle sostanze composte.

G. Dalton (legge delle proporzioni multiple, 1804) e A. Avogadro (ipotesi molecolare, 1811, rivalutata da S. Cannizzaro, 1858) hanno fatto risorgere in forma moderna la teoria atomistica.

Il concetto di atomo, quale entità unitaria fondamentale (indivisibile e immutabile) di ciascun elemento, ha subito però con le ricerche successive, specialmente con quelle relative ai fenomeni di radioattività (E. Becquerel; P. e M. Curie, 1898), una totale rivoluzione.

Oggi sappiamo che esso è un sistema complesso, suscettibile di profonde trasformazioni.

Secondo il modello proposto da E. Rutherford (1911), modificato da N. Bohr (1913-1922) e altri, è costituito da un nucleo centrale, carico di elettricità positiva, intorno a cui ruotano, a velocità enormi, dei grandi carichi di elettricità negativa o elettroni.

Questi sono distribuiti su determinate orbite ellittiche di cui il nucleo occupa uno dei fuochi; l’energia, che a ciascuno di essi compete, può assumere solo certi valori caratteristici.

Il più basso dei quali caratterizza il livello fondamentale da cui l’elettrone, mediante un salto quantico, può passare ai cosiddetti livelli eccitati, cui compete una energia maggiore di quella del livello fondamentale.

L’energia che si libera nel salto quantico inverso viene emessa sotto forma di radiazione (in particolare luce).

La distribuzione degli elettroni tra le varie orbite è stabilita da regole che, empiriche o non giustificate nel modello originario, sono ora inquadrate nella meccanica ondulatoria (o meccanica quantistica).

La teoria ha permesso di razionalizzare e risolvere il problema dell’interpretazione degli spettri atomici, dell’irraggiamento di energia.

L’atomo ha dimensioni di un decimilionesimo di mm.; il nucleo è circa 100.000 volte più piccolo, ma raccoglie in sé la quasi totalità della materia costituente l’atomo.

Esso è, a sua volta, composto di un insieme di protoni  (E. Rutherford, 1911) nuclei di idrogeno, e di neutroni.

L’atomo, allo stato normale, è elettricamente neutro.

Il numero di protoni presenti nel nucleo è uguale a quello degli elettroni ed è il numero atomico (E. Moseley, 1914), proprio di ogni corpo semplice, pari al numero d’ordine occupato dal corpo nel sistema periodico di Mendeleev.

Il numero di neutroni, aggiunto a quello dei protoni, è il numero di massa, ossia il rapporto tra la massa del nucleo degli atomi della sostanza e quella del nucleo dell’atomo di idrogeno.

Elementi che hanno lo stesso numero atomico, ma un diverso numero di massa, sono detti isotopi e sono chimicamente (ma non fisicamente) identici.

Quelli, invece, che hanno lo stesso numero di massa, ma diverso numero atomico, sono detti isobari e sono fra loro chimicamente diversi.

Sostanze con un numero atomico e un numero di massa molto elevati, quali l’uranio, il torio, il radio, l’attinio, hanno la proprietà che il loro nucleo si disintegra naturalmente (radioattività naturale), emettendo particelle alfa (nuclei di elio), particelle beta (elettroni) e radiazioni gamma.

La radioattività artificiale fu riscontrata verso il 1930 (I. Curie e F. Joliot; Bothe e Becker) nel fatto che elementi leggeri (boro, magnesio, alluminio), dopo essere stati bombardati con particelle alfa, continuavano ad emettere particelle particolarmente penetranti.

Queste furono riconosciute (G. Chadwick, 1932) avere massa approssimativamente eguale a quella del protone, ed essere prive di carica elettrica (neutroni).

Bombardando le sostanze con i neutroni (E. Fermi, 1934) si sono avuti fenomeni di disintegrazione dell’atomo, con trasformazione della sostanza e produzione di ingenti quantità di energia.

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