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Appunti di chimica
02/11/2007
L'atomo
Il modello atomico di Dalton.
Grazie allo studio delle leggi ponderali Dalton poté elaborare la sua teoria atomica, il fatto che elementi
diversi reagiscano sempre nelle stesse proporzioni permise di giungere alla conclusione che la materia
non era divisibile all'infinito ma esistevano delle unità che non potevano essere ulteriormente divise,
ovvero la materia è discontinua.
-La materia è costituita da unità piccolissime chiamate atomi.
-Gli atomi sono indivisibili.
-Tutti gli atomi appartenenti ad uno stesso elemento hanno le stesse caratteristiche, atomi con
caratteristiche diverse appartengono ad elementi diversi.
-Le reazioni chimiche sono il risultato della unione o scissione di atomi che ad ogni modo conservano
le loro identità.
-Gli “atomi composti” o meglio i composti hanno massa pari alla somma degli atomi elementari che li
costituiscono.
Tutto ciò che fu affermato da Dalton con la sola eccezione dell'indivisibilità dell'atomo (ora
conosciamo le unità subatomiche elettroni/protoni/neutroni inoltre l'atomo può essere diviso attraverso
la “fissione nucleare”) è tuttora valido.
Il modello atomico di Thomson.
Quando venne scoperta l'elettrostatica ovvero la possibilità di caricare un corpo di carica positiva o
negativa ci si rese conto che all'interno dell'atomo esistevano delle sotto-particelle con carica opposta
che potevano venire trasferite da un atomo all'altro, questo andava naturalmente contro alla teoria
dell'indivisibilità dell'atomo. Thomson immaginò l'atomo come un corpuscolo pieno o meglio di
densità uniforme carico positivamente al cui interno vi erano della particelle subatomiche cariche
negativamente che potevano appunto trasferirsi da un atomo all'altro. Questo così spiegava la
possibilità dei corpi di caricarsi elettricamente.
Il modello atomico di Rutherford.
Come sempre con il progredire della conoscenza attraverso lo studio della materia con il metodo
scientifico (a cui riguardo vi rimando al vostro libro di testo) una nuova esperienza confutò il concetto
di atomo 'pieno' o a densità costante.
L'esperienza di Rutherford fu quella di bombardare con delle particelle α (alfa) una sottile lamina
d'oro, le particelle α erano prodotte dalla naturale disintegrazione di un elemento radioattivo, il quale
era contenuto in una struttura di piombo, con la funzione di convogliare le particelle in un fascio diretto
perpendicolarmente alla superficie della lamina d'oro. Le particelle α altro non sono che nuclei di elio
(2 protoni e 2 neutroni) accelerati, prodotti dalla fissione di vari elementi radioattivi.
Rutherford si aspettava da questa esperienza che tutte le particelle attraversassero la lamina senza
essere deviate cosi come ci si aspetterebbe da un foglio di carta attraversato da un proiettile.
Nella realtà si osservò che la maggior parte delle particelle non subì effettivamente deviazioni. Il fatto
eccezionale fu che alcune particelle non solo furono deviate, ma vennero proprio respinte.
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02/11/2007
Cosa era successo o meglio come si può spiegare ciò. Era evidente che la massa degli atomi non è
uniformemente distribuita in tutto il raggio atomico ma è quasi tutta concentrata in una zona di
dimensioni ridottissime rispetto al raggio atomico, il nucleo appunto, a cui si attribuì carica positiva,
questo dato che il nucleo d'oro respingeva le particelle α che sono cariche positivamente.
Ma allora da cosa era costituito il resto dell'atomo; da spazi vuoti, o meglio occupati dalle orbite degli
elettroni che determinavano il raggio atomico.
Rutherford immagino così l'atomo come un modello planetario in cui il sole corrisponde al nucleo ed i
vari pianeti agli elettroni che giravano intorno al nucleo come dei pianeti in un sistema solare, gli
elettroni restano secondo questo modello nelle loro orbite grazie al bilanciamento tra energia centrifuga
e attrazione elettrostatica.
Il modello atomico di Bohr.
Se gli atomi fossero veramente costituiti come in un modello planetario, secondo le leggi della fisica
classica essendo l'elettrone carico negativamente e in moto circolare dovrebbe perdere l'energia cinetica
per irradiazione e questo comporterebbe la caduta degli elettroni sul nucleo in una frazione di secondo,
infatti perdendo energia cinetica non sarebbe più bilanciato il rapporto forza centrifuga rispetto
all'attrazione elettrostatica tra nucleo ed elettroni, in realtà naturalmente questo non succede, ma ciò
implicava che anche il modello di Rutherford andava perfezionato.
Bohr introduce il concetto di energia quantizza e vede i vari orbitali come livelli energetici che
l'elettrone può assumere e restare stabile, per passare da un livello ad un livello superiore o eccitato è
necessario che assuma energia e qui viene introdotto il concetto di energia quantizzata, cosa vuol dire
ciò e da cosa deriva, un elettrone che assorbe energia non può passare ad un livello eccitato a meno che
l'energia non sia esattamente quella necessaria per il salto, un quanto di energia appunto da cui energia
quantizzata. A questo concetto si è giunti visto che per eccitare atomi con la luce (che altro non è che
una forma di energia – energia radiante) o meglio per eccitare gli elettroni degli atomi, ciò era possibile
solo con esatte frequenze che corrispondevano al quanto di energia necessaria per il salto, che
corrispondono a multipli interi del quanto energetico. Gli atomi eccitati in particolari condizioni non
producono tutte le frequenze del visibile ma emettono una radiazione ad una ben determinata frequenza
o lunghezza d'onda, spettri a righe d'emissione.
Il modello atomico quanto meccanico.
Si basa sulla natura dualistica della luce (che è comune anche alla materia a dimensioni subatomiche)
ovvero alla possibilità di considerare la luce sia come un onda elettromagnetica che come un fascio di
fotoni, ovvero come onda o come un corpuscoli, i fotoni appunto. Nell'esperienza pratica non ci
accorgiamo di questa natura della materia ma raggiungendo le dimensioni subatomiche ci rendiamo
conto che le leggi della fisica classica non sono più valide ed appunto gli elettroni possono essere
considerati sia come corpuscoli che come funzioni d'onda.
