Teoria atomica

La teoria atomica di Democrito

Democrito pensava che se si taglia qualcosa a metà ancora e ancora, alla fine ci si deve fermare. Diceva che quest'ultimo pezzo di materia non poteva essere tagliato più piccolo. Democrito chiamava questi piccoli pezzi di materia atomi, che significa "indivisibile". Pensava che gli atomi sarebbero durati per sempre, non sarebbero mai cambiati e non avrebbero potuto essere distrutti. Democrito pensava che non c'era nulla tra gli atomi e che tutto ciò che ci circondava poteva essere spiegato se avessimo potuto capire come funzionavano gli atomi.

Alcuni altri filosofi erano d'accordo e altri non erano d'accordo. Non avevano modo di sperimentare per dimostrare se la sua teoria fosse vera o no.

La teoria atomica di Boscovich

Nel 1758, Roger Joseph Boscovich descrisse un precursore della teoria atomica.

La teoria atomica di Dalton

Nel 1803, lo scienziato inglese John Dalton, nato nel Cumberland, rielaborò la teoria di Democrito, come segue:

1. Tutta la materia è formata da atomi.
2. Che gli atomi sono particelle indivisibili e invisibili.
3. Che gli atomi dello stesso elemento sono dello stesso tipo e massa.
4. Gli atomi che compongono i composti chimici sono presenti in proporzioni stabilite.
5. I cambiamenti chimici corrispondono a una riorganizzazione degli atomi che partecipano alla reazione chimica.

Dalton definì l'atomo come l'unità di base di un elemento che può prendere parte a una combinazione chimica.

Il modello atomico di Thomson

Nel 1850, Sir William Crookes costruì un "tubo a scarica", cioè un tubo di vetro con l'aria rimossa ed elettrodi metallici alle sue estremità, collegato ad una fonte di alta tensione. Quando si crea il vuoto nel tubo, si può vedere una scarica di luce che va dal catodo (elettrodo a carica negativa) all'anodo (elettrodo a carica positiva). Crookes chiamò l'emissione "raggi catodici".

Dopo gli esperimenti sui raggi catodici, Sir Joseph John Thomson stabilì che il raggio emesso era formato da cariche negative, perché erano attratte dal polo positivo. Thomson sapeva che gli atomi erano elettricamente neutri, ma stabilì che, perché ciò avvenisse, un atomo doveva avere la stessa quantità di cariche negative e positive. Le cariche negative furono chiamate elettroni (e-).

In base alle ipotesi stabilite sulla carica neutra degli atomi, Thomson propose il primo modello atomico, che fu descritto come una sfera con carica positiva in cui gli elettroni erano intarsiati (con carica negativa). È conosciuto come il modello del budino di prugne.

Nel 1906, Robert Millikan determinò che gli elettroni avevano una carica di Coulomb (C) di -1,6 * 10-19, cosa che permise di calcolare la sua massa come minuscola, pari a 9,109 * 10-31 kg.

Nello stesso tempo, gli esperimenti di Eugene Goldstein nel 1886 con tubi a scarica catodica gli permisero di stabilire che le cariche positive avevano una massa di 1,6726 * 10-27 kg e una carica elettrica di +1,6 * 10 ^-19 C. Lord Ernest Rutherford chiamò in seguito queste particelle cariche positivamente protoni

Rappresentazione schematica del modello Thomson.

Il modello atomico di Rutherford

Nel 1910, il fisico neozelandese Ernest Rutherford avanzò l'idea che le cariche positive dell'atomo si trovassero principalmente nel suo centro, nel nucleo, e gli elettroni (e-) intorno ad esso.

Rutherford lo dimostrò quando usò una fonte di radiazione alfa (dall'elio) per colpire le sottilissime lamine d'oro, circondate da un paralume di solfuro di zinco che produceva luce visibile quando veniva colpito dalle emissioni alfa. Questo esperimento fu chiamato esperimento Geiger-Marsden o esperimento della lamina d'oro

A questo punto i principali elementi dell'atomo erano chiari, più la scoperta che gli atomi di un elemento possono presentarsi in isotopi. Gli isotopi variano nel numero di neutroni presenti nel nucleo. Anche se questo modello era ben compreso, la fisica moderna si è sviluppata ulteriormente, e le idee attuali non possono essere rese facili da capire. Qualche idea della fisica atomica attuale può essere trovata nei link della tabella qui sotto.

Esperimento atomico di Lord Ernest Rutherford

Fisica moderna

Gli atomi non sono particelle elementari, perché sono fatti di particelle subatomiche come protoni e neutroni. Anche i protoni e i neutroni non sono particelle elementari perché sono costituiti da particelle ancora più piccole chiamate quark unite da altre particelle chiamate gluoni (perché "incollano" i quark insieme nell'atomo). I quark sono elementari perché i quark non possono essere scomposti ulteriormente.