GENERALITÀ SUL
NUCLEO ATOMICO
INDICE
Introduzione all’atomo
Modelli atomici
Struttura dell’atomo
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Isotopi
Isobari
Isotoni
Isomeri
Per concludere
Bibliografia
Fine
INTRODUZIONE
ALL’ATOMO
Viviamo in un mondo
modulare, cioè costituito da
miriadi di strutture
fondamentali estremamente
piccole. Infatti tutto ciò che
ci circonda è il risultato di
una combinazione di un
centinaio di atomi differenti.
Più precisamente in natura si
trovano 92 specie di atomi
differenti. Il più leggero è
l’idrogeno, il più pesante è
l’uranio. Un’altra decina di
atomi è stata prodotta
artificialmente in laboratorio.
INDICE
I MODELLI ATOMICI
MODELLO SECONDO
THOMSON
Al problema del modello atomico per
primo cercò di dare una risposta
J.J.Thomson, lo scopritore degli
elettroni. Egli propose il primo
modello atomico secondo il quale
l’atomo è una sfera di raggio 10-10 m
circa contenente al suo interno gli
elettroni ed, essendo l’atomo neutro,
una massa positiva tale da bilanciare
la carica negativa degli stessi
elettroni.
Il modello di Thomson, sebbene
INDICE
spiegasse alcuni effetti osservabili e
nonostante la maggior parte degli
scienziati dell’epoca fosse convinta
che era stata imboccata la giusta via, PER CONCLUDERE…
era destinato a essere superato in
breve tempo.
I MODELLI ATOMICI
MODELLO SECONDO
RUTHERFORD
Solo pochi anni più tardi infatti E.
Rutherford compì un esperimento che
dette un contributo essenziale alla
comprensione della struttura atomica.
Due suoi ricercatori, H.Geiger e
E.Marsden, bombardarono una
sottilissima laminetta d'oro con particelle
a provenienti da una sorgente
radioattiva; all'epoca Rutherford sapeva
solo che queste particelle erano molto
pesanti e cariche positivamente.
Secondo il modello di Thomson, le
particelle a avrebbero dovuto
attraversare la laminetta senza subire
deflessioni dalla loro traiettoria rettilinea
poichè il modello di atomo da lui proposto
prevedeva una distribuzione omegenea di
carica e le particelle a non avrebbero
dovuto trovare percorsi differenti
all'interno della laminetta.
I risultati furono alquanto differenti: la
maggior parte delle particelle a
passava senza subire deflessioni, un
certo numero veniva deviato di angoli
anche considerevoli, alcune particelle
erano addirittura rimbalzate indietro.
Alcuni anni dopo così Rutherford
commentò i suoi risultati: “Fu l’evento
più incredibile che mi fosse mai
capitato: [era] se si fosse sparato un
proiettile da quindici pollici su un
pezzo di carta velina e [questo] fosse
ritornato indietro a colpirvi".
Rutherford spiegò questo risultato con
la proposta di un nuovo modello
atomico secondo cui l’atomo era una
piccolissima sfera neutra composta da
un nucleo carico positivamente, di
raggio circa 10-14 m intorno al quale
orbitano gli elettroni.
Il modello di Thomson fu sostituito
allora da quello di Rutherford, più
veritiero ed elaborato, ma anche
questo lasciava problemi insoluti.
Il modello atomico di
Rutherford
INDICE
PER CONCLUDERE…
I MODELLI ATOMICI
IL MODELLO SECONDO BOHR
Niels Bohr propose un nuovo modello
atomico, entrato a far parte dei fondamenti
della meccanica quantistica. Secondo Bohr,
gli elettroni ruotavano su orbite circolari e
ben distinte tra loro.
Inoltre essi infine emettono onde
elettromagnetiche soltanto quando
passano da un’orbita esterna a una
più interna.
Secondo quest'idea le orbite
dell'elettrone venivano, quindi,
quantizzate.
Nonostante il successo, il modello
di Bohr non fu accettato da tutti i
fisici, soprattutto a causa delle
innovazioni introdotte dall'unione
della fisica meccanica con quella
quantistica.
Lo stesso Rutherford, il 20 Marzo
1923, rispose così ad una lettera di
Bohr in cui esponeva la sua teoria
ed i risultati ottenuti: "Le Sue idee
[…] sono molto ingegnose e
sembrano funzionare bene; ma la
mescolanza di vecchia fisica a
nuova fisica mi sembra [..] un
paradosso".
INDICE
PER CONCLUDERE…
I MODELLI ATOMICI
E POI… ?
Il modello di Bohr, per quanto
ormai vicinissimo alla realtà,
lasciava ancora dei quesiti senza
risposta. In seguito Arnold
Sommerfeld riuscì ad ampliare
questo modello, generalizzando ed
aumentando le condizioni di
quantizzazione imposte da Bohr.
Grazie a queste e ad altre nuove
idee i risultati delle misure
sperimentali erano sempre più
facilmente spiegabili. Lo sviluppo
della compressione dell'atomo
crebbe esponenzialmente, fin tanto
che nel 1932 J.Chadwick pose
l'ultimo tassello nella costruzione
definitiva del modello atomico,
scoprendo il neutrone.
INDICE
Per concludere …
L’atomo
La struttura dell'atomo
L'atomo è la più piccola parte della
materia che conserva le proprietà
chimiche di un elemento; è
composto da un nucleo centrale,
circondato da elettroni che orbitano
attorno ad esso.
Il nucleo
Il nucleo atomico è costituito da
due tipi di particelle: i protoni, che
hanno carica positiva, ed i neutroni,
che sono elettricamente neutri ed
hanno massa leggermente
superiore a quella dei protoni.
Quindi il nucleo è elettricamente
positivo. Protoni e neutroni
vengono generalmente indicati con
il nome di nucleoni.
INDICE
Il nucleo di un atomo
Il protone (p+) possiede una
massa circa 1836 volte maggiore
di quella dell'elettrone e carica
elettrica positiva unitaria, uguale
a quella di un elettrone ma di
segno opposto.
Il neutrone (n°) possiede massa
circa 1838 volte maggiore di
quella dell'elettrone e non
possiede carica elettrica.
Il un nucleo atomico il numero di protoni (che è sempre
uguale al numero di elettroni) è detto numero atomico.
Esso (convenzionalmente indicato con Z) varia da
elemento ad elemento e caratterizza la specie chimica. Il
numero N dei neutroni presenti nel nucleo di un atomo si
determina facendo la differenza tra il numero di massa
(indicato con A) dell’atomo (cioè il numero globale dei
protoni e dei neutroni N) ed il numero atomico:
N=A–Z
Il numero di massa si ottiene invece:
A=Z+N
Il nucleo dell’atomo alluminio (Z = 13, A = 27) è
costituito da 13 protoni ed elettroni e da 27–13=14
neutroni. Esso viene indicato allora con il simbolo . In
generale scriviamo:
dove X indica l’elemento chimico. Gli atomi rappresentati
in questo modo prendono il nome di nuclidi.
INDICE ISOTOPI
ISOBARI
ISOTOPI
Atomi di uno stesso elemento
possono avere differente
numero di neutroni. In questo
caso atomi di stesso elemento
che hanno lo stesso numero di
protoni (cioè lo stesso numero
atomico) ma differente
numero di neutroni (cioè
differente numero di massa) si
dice che sono isotopi di
quell'elemento. I neutroni non
influiscono sulle proprietà
chimiche di un atomo (perché
determinato dai protoni e dagli
elettroni), perciò due isotopi
manifestano lo stesso
comportamento nel corso delle
reazioni chimiche.
Certi isotopi sono
instabili, in quanto
possiedono un
eccessivo numero di
neutroni nel nucleo:
essi tendono ad
acquistare stabilità
emettendo dal nucleo
particelle radioattive
(come le particelle
alfa, beta e gamma) in
modo da raggiungere
un diverso rapporto tra
protoni e neutroni.
Questi isotopi sono
detti radioisotopi. Un
esempio è l'Uranio 235
utilizzato nei reattori
nucleari.
INDICE Per concludere …
I diversi elementi chimici sono
presenti in natura con un numero di
isotopi variabile.
L'isotopo 1 dell'idrogeno, detto
anche prozio, di gran lunga il più
abbondante in natura, non possiede
neutroni nel nucleo (1-1=0).
L'isotopo 2 possiede 1 neutrone nel
nucleo (2-1=1) e il suo nome è
deuterio. L'isotopo 3 possiede 2
neutroni nel nucleo (3-1=2), è
radioattivo e il suo nome è trizio. I tre
isotopi dell'idrogeno possiedono
quindi lo stesso numero atomico, si
comportano chimicamente nello
stesso modo ma hanno numero di
neutroni variabile e quindi massa
differente.
INDICE
Per concludere …
Isobari
Sono isobari elementi
differenti (diverso
numero atomico Z) che
presentano lo stesso
numero di massa (A). Un
esempio di isobari sono:
Entrambi hanno A = 7,
ma il carbonio ha Z = 6
mentre l’azoto ha Z = 7
INDICE
Per concludere …
Isotoni
Ci sono nuclidi aventi stesso numero di
neutroni, ma differente numero di protoni
(differente numero atomico) e quindi un
differente numero di massa A. Isotoni
aventi un dato N (numero di neutroni), non
corrispondono allo stesso elemento
chimico. Un esempio di isotoni sono:
Entrambi hanno N = 7, ma il carbonio ha
Z= 6 mentre l’azoto ha Z = 7
INDICE
Per concludere …
Isomeri
Sono forme di uno stesso elemento,
identiche nella composizione nucleare
(Z e A uguali), che si differenziano
per lo stato di eccitazione del nucleo.
Alcuni elementi, infatti, rimangono in
stato eccitato per un tempo
misurabile (da 12 secondi fino ad
alcune ore) prima di decadere ad un
livello energetico inferiore attraverso
un'emissione di fotoni gamma per
transizione isomerica. Tale condizione
è detta "stato metastabile".
Normalmente, infatti, un nucleo che si
trova ad un livello energetico
superiore (in stato eccitato) libera
l'energia in eccesso, sotto forma di
radiazione gamma, riportandosi al
livello energetico più basso in un
tempo inferiore a 13 secondi.
Esempio di isomero è il Tecnezio 99
metastabile (99mTc), di
fondamentale importanza in medicina
nucleare.
INDICE
Per concludere …
PER CONCLUDERE…
… PER CONCLUDERE…
…PER CONCLUDERE
Differenze tra isotopi, isobari, isotoni e isomeri
Numero
atomico
Numero di
massa
Numero di
neutroni
Proprietà
chimiche
Isotopi
Uguale
Diverso
Diverso
Uguale
Isobari
Diverso
Uguale
Diverso
Diverso
Isotoni
Diverso
Diverso
Uguale
Diverso
Isomeri
Uguale
Uguale
Uguale
Uguale
INDICE
BIBLIOGRAFIA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Complementi di Chimica ed Elettrochimica 3, Pestino, Zanichelli
Corso di Chimica e Fisica, Audesirk, Einaudi Scuola
Corso di Fisica per temi, Garagiola – Iotti, La nuova Italia
Corso di Fisica sperimentale 2, Caforio - Ferilli, Le Monnier
Fenomeni fisici, Nobel, Ferraro editore
Laboratorio di chimica, Flaccavento – Romano, Fabbri editori
Enciclopedia Microsoft Encarta
Enciclopedia Rizzoli - Larousse
FONTI IN INTERNET
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
http://www.bioenergyresearch.com
http://fisica.cib.na.cnr.it
http://www.icmatelica.it
http://www.itg-rondani.it
http://www.quipo.it/atosi/numero2/modelli.htm
http://scienzapertutti.inf.infh.it
http://www2.enel.it
http://www.itcmarconi.it
http://www.ct.astro.it/aol/chimicanucleare.com
http://www.vialattea.net/esperti/fis/ddm
http://www.uranioimpoverito.it/glossario.htm
http://www.liceoflacco.it
Fine
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