MODELLI ATOMICI: da Dalton a Schrödinger - CLASSI PRIME ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE "ITALO CALVINO" GENOVA SESTRI PONENTE - Giovanni Cutolo
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MODELLI ATOMICI:
da Dalton a Schrödinger
CLASSI PRIME
ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE «ITALO CALVINO»
GENOVA SESTRI PONENTE
Prof. GIOVANNI CUTOLO CHIMICA
«Se potessimo suddividere un pezzo di ferro in due parti, poi in due parti ancora e così via
fino a ottenere porzioni impalpabili di materia, ci accorgeremmo a un dato punto di non
poter procedere oltre. Arriveremmo fatalmente a un limite, rappresentato dall'unità-ferro
che non si potrà mai suddividere ancora, perché ogni tipo di sostanza è necessariamente
costituita dalla somma delle sue unità elementari.»
Democrito, V sec. a.c.
EVOLUZIONE DEI MODELLI ATOMICI
TEORIA ATOMICA DI DALTON
DALTON, NEL 1803, INIZIA A ELABORARE LA PRIMA TEORIA ATOMICA CHE SI
BASA SUI SEGUENTI PUNTI:
1. La materia è fatta di piccolissimi atomi, che sono indivisibili e
indistruttibili
2. Tutti gli atomi di uno stesso elemento sono identici e hanno la stessa
massa
3. Gli atomi di un elemento non possono essere convertiti in atomi di altri
elementi
4. Gli atomi di un elemento si combinano solo con numeri interi di atomi
di altri elementi
5. Gli atomi non possono essere né creati né distrutti, ma si trasferiscono
interi da un composto all’altro
La teoria atomica di Dalton concorda perfettamente con la legge di
conservazione della massa, con la legge delle proporzioni definite e infine
con la legge delle proporzioni multiple.
STUDI SULLE CARICHE ELETTRICHE
L’ indagine sulla natura della carica elettrica inizia con
Benjamin Franklin (1706-1790) a metà del settecento.
E’ poi l’invenzione della pila di Alessandro Volta (1745-1827)
che rende evidente il collegamento tra forze chimiche e cariche
elettriche.
Alla fine dell’Ottocento gli studi condotti osservando gli effetti
di una scarica elettrica in un tubo di vetro (tubo di Crookes),
contenente gas a bassa pressione, permettono di arrivare a
un’idea più precisa della relazione tra atomo e carica elettrica.
RAGGI CATODICI IN TUBI DI VETRO Se si riduce la pressione del gas, grazie al collegamento alla pompa del vuoto, si diffonde una luce colorata, nel caso del neon rossastra. Se però la pressione scende a valori di un milionesimo di atmosfera, non si ha più emissione di luce e le radiazioni provenienti dal catodo (raggi catodici) producono una luminosità in fondo al tubo.
TUBO DI CROOKES: ESPERIMENTO DI THOMSON J. Thomson (1856-1940) utilizza un tubo di Crookes (1832-1919) per studiare l’effetto di un campo magnetico e di un ostacolo sui raggi catodici e riesce a dimostrare che la radiazione emessa dal catodo consiste di particelle cariche negativamente, a cui assegna il nome di elettroni.
TUBO DI CROOKES: ESPERIMENTO DI THOMSON
Gli elettroni sono particelle «portatrici di elettricità» che non
cambiano al variare del metallo che costituisce il catodo o del
gas nel tubo, e sono quindi uguali per gli atomi di tutti gli
elementi.
La scoperta di Thomson obbliga a pensare che l’atomo non sia
indivisibile, come affermato da Dalton, e che debbano esistere
particelle più piccole (particelle subatomiche) che lo
costituiscono.
Oltre agli elettroni negativi, ci devono essere anche particelle
cariche positivamente, poiché l’atomo nel suo complesso è
neutro.
TUBO DI GOLDSTEIN E RAGGI ANODICI
Altri esperimenti condotti dal fisico tedesco Goldstein (1850-1930), in tubi di
vetro simili a quello di Crookes ma dotati di un catodo forato, permettono di
identificare altre particelle che si muovono verso il polo negativo formando
un fascio di raggi anodici.
Si tratta quindi di particelle con carica positiva che provengono dal gas
rarefatto contenuto nel tubo e non dalla placca metallica. In questo caso le
masse delle particelle sono diverse a seconda del gas contenuto nel tubo e
quando il gas è idrogeno si registra la massa più piccola. Le masse delle altre
particelle positive sono multipli interi della massa dell’idrogeno.SCOPERTA DEL PROTONE (PARTICELLA CON CARICA POSITIVA) E DEL NEUTRONE
LE PARTICELLE FONDAMENTALI DELL’ATOMO
LE PARTICELLE FONDAMENTALI DELL’ATOMO
MODELLO A «PANETTONE» DI THOMSON
In questo modello,
l'atomo è costituito da
una distribuzione
di carica positiva
diffusa all'interno della
quale sono inserite le
cariche negative.
Nel complesso l'atomo
è elettricamente
neutro. Secondo
questo modello l'atomo
dunque sarebbe
sostanzialmente pieno.ESPERIMENTO DI RUTHERFORD
La scoperta del nucleo atomico di Rutherford
Secondo il modello di Thomson le particelle
alfa (cariche positive) avrebbero dovuto
attraversare la lamina d'oro venendo deflesse
al più di pochi gradi. Misurando la deflessione
delle particelle si potevano ricavare
informazioni sulla distribuzione di carica
elettrica all'interno dell'atomo. Tuttavia
venne osservato che alcune particelle
(1/8000) venivano riflesse ad angoli anche
maggiori di 90°.
L’ipotesi di Rutherford fu che l’atomo doveva
essere costituito da una zona centrale di
materia estremamente densa nonché carica,
in grado di interrompere il decorso delle
grandi particelle alfa, e addirittura in grado
di farle rimbalzare.L’ATOMO DI RUTHERFORD Grazie a questo esperimento Rutherford è giunto alla conclusione che al centro dell’atomo vi fosse un nucleo denso e carico positivamente, che intorno ad esso ruotassero elettroni carichi negativamente in numero tale da neutralizzare la carica positiva e che tra il nucleo e gli elettroni ci fosse spazio vuoto. Questo modello non fu accettato completamente dalla comunità scientifica in quanto entrava in contrasto con la fisica classica secondo cui una particella carica accelerata emette energia sotto forma di radiazione elettromagnetica, perdendo energia. Gli elettroni che ruotano attorno al nucleo centrale perderebbero energia fino ad annichilire, ossia a collassare sul nucleo.
IL MODELLO «PLANETARIO» DI BOHR
IPOTESI FONDAMENTALI:
1) nell’atomo gli elettroni
ruotano intorno al nucleo in
determinate orbite circolari,
chiamate orbite stazionarie.
2) finchè un elettrone rimane
nella sua orbita, non emette
e non assorbe energia.DALL’ORBITA ALL’ORBITALE ATOMICO:
IL MODELLO DI SCHRÖDINGER
Mentre il modello atomico di
Bohr considerava che gli
elettroni si muovessero intorno
al nucleo secondo orbite
circolari, il modello atomico di
Schrödinger definisce le
regioni dello spazio intorno al
nucleo in cui è massima
(almeno il 90%) la densità di
probabilità di trovare
l'elettrone. Tali regioni furono
chiamate orbitali. L'orbitale
non è un contenitore all'interno
del quale si muove l'elettrone,
ma solo la zona in cui è
probabile trovarlo.FINE
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