Cosa si intende per Cosa si intende per atomoatomo

Cosa si intende per Cosa si intende per atomoatomo

Forse alcuni di voi hanno già sentito parlare Forse alcuni di voi hanno già sentito parlare dell'atomo, altri meno. Visto che è l'argomento dell'atomo, altri meno. Visto che è l'argomento

che ho deciso di trattare vorrei spiegarvi che ho deciso di trattare vorrei spiegarvi brevemente l'oggetto con cui avremo a che brevemente l'oggetto con cui avremo a che

fare nelle prossime pagine.fare nelle prossime pagine.

L'uomo, gli animali, i vegetali e le cose L'uomo, gli animali, i vegetali e le cose sono fatti di una materia comune che sono fatti di una materia comune che è in grado di compiere è in grado di compiere trasformazionitrasformazioni di di

energia;energia; Nel caso dei primi due queste trasformazioni Nel caso dei primi due queste trasformazioni

danno la capacità di compiere azioni. Se danno la capacità di compiere azioni. Se mangiamo un panino al salame (che non è mangiamo un panino al salame (che non è capace di muoversi) acquistiamo l'energia che capace di muoversi) acquistiamo l'energia che contiene, tramite una trasformazione chimica, e contiene, tramite una trasformazione chimica, e ne ricaviamo l'energia che ci serve per muoverci ne ricaviamo l'energia che ci serve per muoverci e compiere azioni. e compiere azioni.

La materia di cui siamo composti è a sua La materia di cui siamo composti è a sua volta formata da particelle piccolissime dette volta formata da particelle piccolissime dette atomi. Gli atomi come vedremo, non sono atomi. Gli atomi come vedremo, non sono particelle ultime, ma sono suddivisi in particelle ultime, ma sono suddivisi in particelle più piccole dotate di una certa particelle più piccole dotate di una certa quantità di energia. quantità di energia.

Ma procediamo con ordine.Ma procediamo con ordine.

L’origine della L’origine della teoriateoria atomica e la sua evoluzione atomica e la sua evoluzioneLa parola atomo deriva dal greco atomos ovvero indivisibile. Fu La parola atomo deriva dal greco atomos ovvero indivisibile. Fu infatti un filosofo greco del V secolo a.C., Democrito di Abdera, infatti un filosofo greco del V secolo a.C., Democrito di Abdera, ad elaborare la teoria secondo cui tutte le cose, esseri viventi o ad elaborare la teoria secondo cui tutte le cose, esseri viventi o non viventi, sono formati da particelle ultime ed indivisibili che non viventi, sono formati da particelle ultime ed indivisibili che costituiscono la materia. Molti filosofi suoi contemporanei, detti costituiscono la materia. Molti filosofi suoi contemporanei, detti fisici pluralisti concordavano sul fatto che gli esseri viventi o non fisici pluralisti concordavano sul fatto che gli esseri viventi o non sono composti da elementi ultimi che unendosi danno vita sono composti da elementi ultimi che unendosi danno vita mentre quando si distaccano l'entità muore, non esiste più come mentre quando si distaccano l'entità muore, non esiste più come tutt'uno. Tuttavia la teoria di Democrito non venne accettata tutt'uno. Tuttavia la teoria di Democrito non venne accettata dalla società. Venne ripresa e rielaborata nel 1803 da uno dalla società. Venne ripresa e rielaborata nel 1803 da uno scienziato inglese di nome J.DALTON. Egli a differenza di scienziato inglese di nome J.DALTON. Egli a differenza di Democrito, grazie anche a migliori mezzi di sperimentazione, Democrito, grazie anche a migliori mezzi di sperimentazione, rafforza la teoria dell'esistenza degli atomi con argomentazioni rafforza la teoria dell'esistenza degli atomi con argomentazioni scientifiche ovvero sulla base di misure e dati sperimentali scientifiche ovvero sulla base di misure e dati sperimentali verificabili da chiunque. Il suo scopo è di spiegare il verificabili da chiunque. Il suo scopo è di spiegare il comportamento degli elementi chimici i quali si combinano comportamento degli elementi chimici i quali si combinano formando composti chimici (ad esempio il cloro ed il sodio formando composti chimici (ad esempio il cloro ed il sodio formano il sale da cucina) ecc. e tutto con un'impeccabile formano il sale da cucina) ecc. e tutto con un'impeccabile regolarità. I punti principali della sua teoria sono i seguenti: regolarità. I punti principali della sua teoria sono i seguenti: tutti i corpi materiali sono costituiti da atomi indivisibilitutti i corpi materiali sono costituiti da atomi indivisibili

gli atomi di uno stesso elemento chimico (ad esempio l'oro) gli atomi di uno stesso elemento chimico (ad esempio l'oro) sono tutti uguali e hanno quindi le stesse proprietà chimichesono tutti uguali e hanno quindi le stesse proprietà chimiche

gli atomi di elementi diversi sono differenti e hanno quindi gli atomi di elementi diversi sono differenti e hanno quindi differenti proprietà chimiche differenti proprietà chimiche

nelle reazioni chimiche gli atomi rimangono inalterati e nelle reazioni chimiche gli atomi rimangono inalterati e possono formare diversi composti a seconda del modo in cui si possono formare diversi composti a seconda del modo in cui si leganolegano

gli atomi si combinano tra loro secondo precisi rapporti gli atomi si combinano tra loro secondo precisi rapporti numerici e formano così le particelle compostenumerici e formano così le particelle composte

gli atomi possono combinarsi tra loro in più rapporti comunque gli atomi possono combinarsi tra loro in più rapporti comunque sempre ben definiti.sempre ben definiti.

Tuttavia nella teoria di Dalton mancano alcuni particolari: ad Tuttavia nella teoria di Dalton mancano alcuni particolari: ad esempio non spiega esempio non spiega come maicome mai gli atomi si combinano tra di gli atomi si combinano tra di loro, loro, come maicome mai si attraggono a vicenda formando legami così si attraggono a vicenda formando legami così forti da creare dei composti? E secondo quali criteri?forti da creare dei composti? E secondo quali criteri?

In poche parole la risposta sta nel fatto che, come vedremo, gli In poche parole la risposta sta nel fatto che, come vedremo, gli atomi non sono proprio delle particelle ultime, anzi sono atomi non sono proprio delle particelle ultime, anzi sono ulteriormente divisibili, ma questo Dalton, con i mezzi a sua ulteriormente divisibili, ma questo Dalton, con i mezzi a sua disposizione, non poteva saperlo. disposizione, non poteva saperlo.

Tramite esperimenti successivi si scoprì l'esistenza di particelle Tramite esperimenti successivi si scoprì l'esistenza di particelle subatomiche.subatomiche.

La prima particella che venne scoperta prese il nome di protone,di La prima particella che venne scoperta prese il nome di protone,di carica positiva, e fu ad opera di Goldstein;carica positiva, e fu ad opera di Goldstein;

poi fu il turno dell'elettrone, di carica negativa, ad opera del fisico poi fu il turno dell'elettrone, di carica negativa, ad opera del fisico inglese Thomson nel 1897. inglese Thomson nel 1897.

Successivamente, nel 1932 fu scoperta da Chadwick la terza particella, Successivamente, nel 1932 fu scoperta da Chadwick la terza particella, il neutrone, che fu comunque postulata in precedenza da Rutherford il neutrone, che fu comunque postulata in precedenza da Rutherford nel 1920.nel 1920.

Una volta scoperte queste particelle si pone un altro problema:Una volta scoperte queste particelle si pone un altro problema:rappresentare la struttura dell'atomorappresentare la struttura dell'atomo..

Il primo tentativo fu quello di Thomson: il suo modello viene chiamato "a Il primo tentativo fu quello di Thomson: il suo modello viene chiamato "a panettone". Infatti si presenta come una struttura di forma sferica di panettone". Infatti si presenta come una struttura di forma sferica di carica positiva all'interno della quale sono incastonate le particelle di carica positiva all'interno della quale sono incastonate le particelle di carica negativa, come l’uvetta nel panettone.carica negativa, come l’uvetta nel panettone.

Gli elettroni di carica negativa incastonati in una struttura di carica positiva

L'atomo di Rutherford invece presenta una L'atomo di Rutherford invece presenta una struttura di forma sferica e di carica positiva struttura di forma sferica e di carica positiva al centro ed una nube di carica negativa al centro ed una nube di carica negativa tutt'intorno contenente atomi che girano tutt'intorno contenente atomi che girano intorno al nucleo secondo orbite circolari.intorno al nucleo secondo orbite circolari.

Il nucleo composto di protoni con intorno una nube di carica negativa

Questo modello verrà pian piano perfezionato.Questo modello verrà pian piano perfezionato.

Il modello atomico di Niels Bohr Il modello atomico di Niels Bohr e la teoria dei quanti di energiae la teoria dei quanti di energiaIl modello atomico di Niels Bohr Il modello atomico di Niels Bohr e la teoria dei quanti di energiae la teoria dei quanti di energia

Sempre dopo osservazioni su fenomeni sperimentati si arriva ad un Sempre dopo osservazioni su fenomeni sperimentati si arriva ad un nuovo modello atomico. Niels Bohr elabora nel 1913 una teoria nuovo modello atomico. Niels Bohr elabora nel 1913 una teoria secondo la quale nel nucleo sono concentrati i protoni che, come secondo la quale nel nucleo sono concentrati i protoni che, come abbiamo già detto, sono dotati di una carica positiva. Intorno al abbiamo già detto, sono dotati di una carica positiva. Intorno al nucleo "orbitano" ovvero girano gli elettroni, dotati di carica nucleo "orbitano" ovvero girano gli elettroni, dotati di carica negativa. Avendo cariche diverse (positiva indicata col segno + per i negativa. Avendo cariche diverse (positiva indicata col segno + per i protoni, negativa indicata col segno - per gli elettroni), le due protoni, negativa indicata col segno - per gli elettroni), le due particelle si attraggono a vicenda, impedendo le une alle altre di particelle si attraggono a vicenda, impedendo le une alle altre di disperdersi liberamente. Gli elettroni seguono solo determinate disperdersi liberamente. Gli elettroni seguono solo determinate traiettorie, fisse e circolari, come quelle dei pianeti intorno al sole, traiettorie, fisse e circolari, come quelle dei pianeti intorno al sole, dette "orbite stazionarie". dette "orbite stazionarie".

Ogni atomo ha al suo interno la stessa quantità di elettroni e di Ogni atomo ha al suo interno la stessa quantità di elettroni e di protoni (ad esempio 4 elettroni e 4 protoni). Ma gli atomi non protoni (ad esempio 4 elettroni e 4 protoni). Ma gli atomi non sono tutti uguali. Infatti ci sono atomi di ossigeno, di ferro, di sono tutti uguali. Infatti ci sono atomi di ossigeno, di ferro, di cloro, di argento e tantissimi altri. Questi sono elementi. Gli cloro, di argento e tantissimi altri. Questi sono elementi. Gli atomi di elementi diversi hanno un diverso numero di particelle atomi di elementi diversi hanno un diverso numero di particelle gli uni dagli altri (esempio l'ossigeno ha 8 protoni e 8 elettroni, gli uni dagli altri (esempio l'ossigeno ha 8 protoni e 8 elettroni, mentre il ferro ha 26 protoni e 26 elettroni). Gli elettroni di un mentre il ferro ha 26 protoni e 26 elettroni). Gli elettroni di un elemento con una maggiore quantità di particelle hanno una elemento con una maggiore quantità di particelle hanno una maggiore quantità di orbite, con diversi livelli di energia. maggiore quantità di orbite, con diversi livelli di energia.

Ogni orbita possiede un determinato livello di energia, ovvero un Ogni orbita possiede un determinato livello di energia, ovvero un elettrone per poter girare intorno al nucleo seguendo SEMPRE elettrone per poter girare intorno al nucleo seguendo SEMPRE la stessa orbita deve possedere perciò SEMPRE la stessa la stessa orbita deve possedere perciò SEMPRE la stessa quantità di energia. quantità di energia. Un elettrone, per Un elettrone, per passare da un orbita all'altra ha bisogno che gli venga fornita passare da un orbita all'altra ha bisogno che gli venga fornita una certa quantità di energia, non una qualsiasi, ma una precisa una certa quantità di energia, non una qualsiasi, ma una precisa quantità. Una quantità di energia detta genericamente quantità. Una quantità di energia detta genericamente QUANTOQUANTO. .

Il quanto è un'unità multiplo di una costante fondamentale detto Il quanto è un'unità multiplo di una costante fondamentale detto QUANTO DI AZIONE. QUANTO DI AZIONE.

Perciò diciamo che le orbite sono "quantizzate".Perciò diciamo che le orbite sono "quantizzate".

Tuttavia la teoria di Bohr tralascia un particolare importante: se le Tuttavia la teoria di Bohr tralascia un particolare importante: se le particelle che posseggono cariche diverse (positiva e negativa) particelle che posseggono cariche diverse (positiva e negativa) si attraggono a vicenda perché gli elettroni non cadono sul si attraggono a vicenda perché gli elettroni non cadono sul nucleo ma si limitano a girarvi intorno? E poi, così come cariche nucleo ma si limitano a girarvi intorno? E poi, così come cariche diverse si attraggono così cariche uguali si respingono: come diverse si attraggono così cariche uguali si respingono: come fanno allora i protoni a stare insieme nel nucleo?fanno allora i protoni a stare insieme nel nucleo?

Inoltre perché per passare da un'orbita all'altra hanno bisogno di Inoltre perché per passare da un'orbita all'altra hanno bisogno di aggiungere alla propria energia per forza quella quantità aggiungere alla propria energia per forza quella quantità chiamata QUANTO e non una leggermente minore o chiamata QUANTO e non una leggermente minore o leggermente maggiore?leggermente maggiore?

Per rispondere alla prima domanda possiamo limitarci a rileggere Per rispondere alla prima domanda possiamo limitarci a rileggere più su, nelle righe in cui sono elencate le date in cui vennero più su, nelle righe in cui sono elencate le date in cui vennero scoperte le particelle che compongono l'atomo: la terza scoperte le particelle che compongono l'atomo: la terza particella fu scoperta nel 1932, quindi successivamente al particella fu scoperta nel 1932, quindi successivamente al modello atomico di Bohr. Questa famosa terza particella è il modello atomico di Bohr. Questa famosa terza particella è il neutroneneutrone, che non ha né carica positiva né negativa, ma è , che non ha né carica positiva né negativa, ma è NEUTRANEUTRA. Il neutrone è contenuto nel nucleo e svolge una . Il neutrone è contenuto nel nucleo e svolge una doppia funzione. Se non fosse per i neutroni i protoni si doppia funzione. Se non fosse per i neutroni i protoni si respingerebbero l'uno dall'altro in quanto hanno la stessa carica respingerebbero l'uno dall'altro in quanto hanno la stessa carica mentre gli elettroni verrebbero attratti dalle particelle di carica mentre gli elettroni verrebbero attratti dalle particelle di carica positiva, collidendo su di esse. In poche parole i neutroni positiva, collidendo su di esse. In poche parole i neutroni bilanciano le cariche dell'atomo.bilanciano le cariche dell'atomo.

Per rispondere alla seconda domanda dobbiamo analizzare un Per rispondere alla seconda domanda dobbiamo analizzare un altro punto dell’evoluzione della teoria atomicaaltro punto dell’evoluzione della teoria atomica

Nel 1923 uno studioso di nome Louis De Broglie stava svolgendo Nel 1923 uno studioso di nome Louis De Broglie stava svolgendo degli studi sulla luce; osservò che la luce ha proprietà degli studi sulla luce; osservò che la luce ha proprietà ondulatorie ovvero si espande nell'aria come un'onda nel mare: ondulatorie ovvero si espande nell'aria come un'onda nel mare: se tiriamo un sassolino in acqua noteremo come si formano se tiriamo un sassolino in acqua noteremo come si formano delle ondine che si espandono circolarmente. Più o meno lo delle ondine che si espandono circolarmente. Più o meno lo stesso comportamento lo ha la luce. La luce però è una forma di stesso comportamento lo ha la luce. La luce però è una forma di energia; De Broglie ipotizzò che questa fosse una proprietà energia; De Broglie ipotizzò che questa fosse una proprietà universale, e quindi anche della materia. universale, e quindi anche della materia.

La teoria ondulatoria, gli orbitali e la configurazione elettronicaLa teoria ondulatoria, gli orbitali e la configurazione elettronica

Le onde associate con l'elettrone e con QUALSIASI ALTRO Le onde associate con l'elettrone e con QUALSIASI ALTRO CORPO IN MOVIMENTO vengono definite onde di materia. Gli CORPO IN MOVIMENTO vengono definite onde di materia. Gli elettroni quindi si muovono intorno al nucleo dell'atomo secondo elettroni quindi si muovono intorno al nucleo dell'atomo secondo orbite circolari ma compiono un'altra operazione: seguono la orbite circolari ma compiono un'altra operazione: seguono la propria orbita "ondulando". Vi faccio un esempio concreto. Un propria orbita "ondulando". Vi faccio un esempio concreto. Un atletaatleta sta correndo su una pista circolare dove ogni 60 metri c'è sta correndo su una pista circolare dove ogni 60 metri c'è un ostacolo da saltare. L'ostacolista deve compiere dieci giri di un ostacolo da saltare. L'ostacolista deve compiere dieci giri di seguito. Quindi deve compiere un salto ogni dieci secondi per seguito. Quindi deve compiere un salto ogni dieci secondi per dieci giri consecutivi. Perciò egli deve mantenere costante la dieci giri consecutivi. Perciò egli deve mantenere costante la velocità con cui corre e deve saltare a intervalli di tempo velocità con cui corre e deve saltare a intervalli di tempo REGOLARI; altrimenti rischia di saltare troppo presto o troppo REGOLARI; altrimenti rischia di saltare troppo presto o troppo tardi non riuscendo a compiere i giri con regolarità e buttando tardi non riuscendo a compiere i giri con regolarità e buttando giù gli ostacoli. giù gli ostacoli.

Un elettrone, per passare ad un'orbita superiore ha bisogno di Un elettrone, per passare ad un'orbita superiore ha bisogno di ricevere un QUANTO di energia, né più né meno, in quanto ricevere un QUANTO di energia, né più né meno, in quanto è l'energia che gli permette di girare intorno ad un'orbita è l'energia che gli permette di girare intorno ad un'orbita compiendo una quantità di ondulazioni complete. Mi spiego compiendo una quantità di ondulazioni complete. Mi spiego meglio. Se gli fornissimo l'energia sufficiente a compiere 20 meglio. Se gli fornissimo l'energia sufficiente a compiere 20 ondulazioni e mezzo il ciclo sarebbe irregolare. Di qui la ondulazioni e mezzo il ciclo sarebbe irregolare. Di qui la necessità del QUANTO. necessità del QUANTO.

Il caso dell'atomo è più o meno lo stesso, comunque per maggiore Il caso dell'atomo è più o meno lo stesso, comunque per maggiore chiarezza lo rappresento il concetto graficamente:chiarezza lo rappresento il concetto graficamente:

Continuando questi studi si arrivò nel 1927 ad affermare che non Continuando questi studi si arrivò nel 1927 ad affermare che non possiamo in realtà definire orbite precise che l'elettrone compie. possiamo in realtà definire orbite precise che l'elettrone compie. Secondo Heisenberg possiamo solamente considerare una Secondo Heisenberg possiamo solamente considerare una zona in cui la probabilità di trovare l'elettrone sia massima. Al zona in cui la probabilità di trovare l'elettrone sia massima. Al concetto di orbita si sostituisce quello di "orbitale" ovvero una concetto di orbita si sostituisce quello di "orbitale" ovvero una zona, una nube elettronica dove possiamo essere certi che zona, una nube elettronica dove possiamo essere certi che quell'elettrone si trovi. La nube elettronica però non è una sola quell'elettrone si trovi. La nube elettronica però non è una sola bensì una per ogni elettrone, o quasi. Infatti, come aveva bensì una per ogni elettrone, o quasi. Infatti, come aveva postulato in precedenza Bohr, le orbite hanno un preciso livello postulato in precedenza Bohr, le orbite hanno un preciso livello energetico; anche gli orbitali hanno un preciso livello energetico. energetico; anche gli orbitali hanno un preciso livello energetico. Gli orbitali si indicano con lettere dell'alfabeto; in natura gli Gli orbitali si indicano con lettere dell'alfabeto; in natura gli elettroni arrivano a riempire solo i primi 4 (su 7) che si indicano elettroni arrivano a riempire solo i primi 4 (su 7) che si indicano con le lettere s, p, d, f; questi hanno anche forme diverse e, con le lettere s, p, d, f; questi hanno anche forme diverse e, come ho già detto, non contengono un solo elettrone ma più di come ho già detto, non contengono un solo elettrone ma più di uno, a partire dai due contenuti nell'orbitale s.uno, a partire dai due contenuti nell'orbitale s.

Un orbitale però può essere diviso in sottolivelli, anzi più Un orbitale però può essere diviso in sottolivelli, anzi più correttamente in sezioni, aventi comunque lo stesso correttamente in sezioni, aventi comunque lo stesso livello energetico, ma posizionati su assi diversi. livello energetico, ma posizionati su assi diversi.

Ogni sezione può contenere solo due elettroni che però girano Ogni sezione può contenere solo due elettroni che però girano intorno al proprio asse (come fa la Terra intorno al proprio asse) uno intorno al proprio asse (come fa la Terra intorno al proprio asse) uno in senso orario uno in senso antiorario.in senso orario uno in senso antiorario.

A seconda del numero di particelle contenenti in un certo elemento ( ad A seconda del numero di particelle contenenti in un certo elemento ( ad esempio l'atomo di ferro) gli orbitali vengono riempiti fino ad un certo esempio l'atomo di ferro) gli orbitali vengono riempiti fino ad un certo punto, e ne rimangono anche di vuoti. È per questo che atomi di punto, e ne rimangono anche di vuoti. È per questo che atomi di elementi diversi si uniscono per fare composti: il nucleo (di carica elementi diversi si uniscono per fare composti: il nucleo (di carica positiva) di un atomo di ferro (per fare un esempio al volo) potrebbe positiva) di un atomo di ferro (per fare un esempio al volo) potrebbe attrarre l'elettrone (di carica negativa) di un altro elemento formando attrarre l'elettrone (di carica negativa) di un altro elemento formando così un composto. Gli elementi in natura sono 92 più altri 11 creati in così un composto. Gli elementi in natura sono 92 più altri 11 creati in laboratorio; per conoscerli tutti bisognerebbe avere davanti una "tavola laboratorio; per conoscerli tutti bisognerebbe avere davanti una "tavola periodica", ma penso che questo argomento non sia di vitale periodica", ma penso che questo argomento non sia di vitale importanza al momento, visto che l'argomento da noi trattato è l'atomo.importanza al momento, visto che l'argomento da noi trattato è l'atomo.

In realtà la teoria atomica è molto complessa ed In realtà la teoria atomica è molto complessa ed in continua evoluzionein continua evoluzione, , perciò dovrete per ora accontentarvi di questo mio riassunto e spero perciò dovrete per ora accontentarvi di questo mio riassunto e spero che sia stato abbastanza esauriente e chiaro!che sia stato abbastanza esauriente e chiaro!

Ina SimeònovaIna Simeònova