qualcosa sul modello atomico...

Il modello “planetario”

Nel 1911 Rutherford fece un esperimento cruciale:  bombardò un sottilissimo foglio di oro, posto fra una sorgente di particelle alfa e uno schermo. Le particelle, attraversando la lamina, lasciarono una traccia del loro passaggio sullo schermo. L'esperimento portò alla constatazione che i raggi alfa non venivano quasi mai deviati; solo l'1% dei raggi incidenti era deviato considerevolmente dal foglio di oro (alcuni venivano completamente respinti).
Attraverso questo esperimento, Rutherford propose un modello di atomo in cui quasi tutta la massa dell'atomo è concentrata in una porzione molto piccola, il nucleo (caricato positivamente) e gli elettroni gli ruotano attorno così come i pianeti ruotano attorno al Sole (
modello planetario).[7] 

L'atomo era dunque largamente composto da spazio vuoto, e questo spiegava il perché del passaggio della maggior parte delle particelle alfa attraverso la lamina. Il nucleo è così concentrato che gli elettroni gli ruotano attorno a distanze relativamente enormi, aventi un diametro da 10.000 a 100.000 volte maggiore di quello del nucleo. Rutherford intuì che i protoni da soli non bastavano a giustificare tutta la massa del nucleo e formulò l'ipotesi dell'esistenza di altre particelle, che contribuissero a formare l'intera massa del nucleo. Nel modello atomico di Rutherford non compaiono i neutroni, perché queste particelle furono successivamente scoperte da Chadwick nel 1932.

Ripetiamo: l'atomo è quindi composto principalmente da tre tipologie di particelle subatomiche (cioè di dimensioni minori dell'atomo): i protoni, i neutroni e gli elettroni.

In particolare:

·                    i protoni (carichi positivamente) e i neutroni (privi di carica) formano il "nucleo" (carico positivamente); protoni e neutroni sono detti quindi "nucleoni";

·                    gli elettroni (carichi negativamente) sono presenti nello stesso numero dei protoni e ruotano attorno al nucleo senza seguire un'orbita precisa (l'elettrone si dice quindi "delocalizzato"), rimanendo confinati all'interno degli orbitali (o "livelli energetici").

In proporzione, se il nucleo atomico fosse grande quanto una mela, gli elettroni gli ruoterebbero attorno ad una distanza pari a circa un chilometro; un nucleone ha massa quasi 1800 volte superiore a quella di un elettrone.

La tabella seguente riassume alcune caratteristiche delle tre particelle subatomiche anzidette:[10]


il protone

Il protone insieme al neutrone è uno dei  costituenti del nucleo dell’atomo Il protone ha massa è infatti circa 2000 volte maggiore di quella dell'elettrone e vale mp = 1.67 × 10-24 gr.  Quindi per ottenere un grammo di materia servirebbero circa 0,6 × 10+24 protoni

Se immaginiamo il protone con la forma di una sfera avrebbe il raggio di circa 10-15 m Viene introdotta una nuova unità di misura di lunghezze detta FERMI che corrisponde circa al diametro di un protone

rp = 10-15 m = 1fm

La carica elettrica del protone è positiva ma uguale, in modulo, uguale a quella dell'elettrone ma ha segno opposto, ovvero è positiva e vale 1.67 × 10-19 Coulomb

QP = - Qe-  = Qe+ 

l'elettrone

Delle tre particelle che costituiscono gli atomi, l'elettrone è di gran lunga il più leggero ed il più piccolo.

La sua massa vale: me = 9.1 × 10-28 gr

Il raggio dell'elettrone è piccolissimo comunque difficilmente definibile (è allo stesso tempo onda e corpuscolo). Il simbolo per indicare l’elettrone è " e- " e la sua carica elettrica  è negativa ed identica in modulo a quello del protone e vale -1.67 × 10-19 Coulomb detta anche carica elementare e fa da riferimento alla determinazione delle altre cariche atomiche.

La scoperta degli elettroni risale al  1897 ed è dovuta a J. J. Thompson. 


il neutrone

Il neutrone insieme al protone costituisce il nucleo dell’atomo e viene si indica  con il simbolo " n ". La massa del neutrone vale 1,67 × 10−27kg.

Il raggio del neutrone è rn = 1 fm, come quello del protone.

Esso non ha carica elettrica, ovvero è una particella elettricamente neutra


L'immagine è gravemente sbagliata dal punto di vista delle dimensioni di nucleo e atomo: ricordiamo che il nucleo è circa 10.000 volte più piccolo dell'atomo!
L'immagine è gravemente sbagliata dal punto di vista delle dimensioni di nucleo e atomo: ricordiamo che il nucleo è circa 10.000 volte più piccolo dell'atomo!

Particella

Simbolo

Carica

Massa

Note

Elettrone

e-

-1,6 × 10−19 C

9,109 382 6 × 10−31 kg 

Scoperto da Thomson in base alle esperienze sui raggi catodici di William Crookes. Con l'esperimento della goccia d'olio Millikan ne determinò la carica.

Protone

p+

1,6 × 10−19C

1,672 623 1 × 10−27 kg 

Scoperto da Ernest Rutherford con l'esperimento dei raggi alfa, la sua esistenza fu ipotizzata già da Eugene Goldstein, lavorando con i raggi catodici.

Neutrone

n

0 C

1,674 927 29 × 10−27 kg 

Scoperto da James Chadwick, la sua esistenza fu desunta a partire da contraddizioni studiate prima da Walther Bothe, poi da Irène Joliot-


Si definiscono due quantità per identificare ogni atomo:

·                    Numero di massa (A): la somma del numero di neutroni e protoni nel nucleo

·                    Numero atomico (Z): il numero dei protoni nel nucleo, che, allo stato neutro, corrisponde al numero di elettroni esterni ad esso.[11]

Per ricavare il numero dei neutroni si sottrae al numero di massa il numero atomico.

Esiste una grandezza che ne quantifica la massa, definita peso atomico (più correttamente "massa atomica"), espresso nel SI in unità di massa atomica (ouma), dove una unità di massa atomica equivale alla dodicesima parte della massa di un atomo di carbonio-12 (12C). 

Per avere un'idea della dimensione di un atomo, può essere utile confrontare tale dimensione con la dimensione di oggetti più grandi, ad esempio:

·                    il diametro di un capello umano corrisponde a circa un milione di atomi di carbonio disposti in fila;

·                    una goccia d'acqua contiene        2    × 1021  atomi di ossigeno e        4  ×   1021  atomi di idrogeno;

·                    se una mela diventasse della dimensione della Terra, gli atomi nella mela sarebbero approssimativamente delle dimensioni della mela originale.


Qui un buon ripasso delle cose dette.