Scoperta elettrone e protone

In questo appunto si procede nell'approfondire la scoperta dell'elettrone e del protone, partendo dalla teoria atomica della materia di Dalton, fino ad arrivare a Thomson a cui si deve la scoperta di elettroni e protoni.

La scoperta dell'elettrone e del protone

Qui di seguito viene brevemente descritto come il protone ed elettrone sono stati scoperti.

Nei paragrafi successivi si entrerà più nello specifico.
Qualche anno fa il gas veniva racchiuso in un tubo alle cui estremità vi erano due placche detti elettrodi. La placca negativa era chiamato catodo e quella positiva anodo. In seguito si scoprì che il flusso dell'elettricità di un gas provocava un emissione di luce. Il gas veniva attirato dalla placca positiva. Così, gli scienziati scoprirono la massa dell'elettrone. Fu il fisico Thomson a scoprire, utilizzando i tubi di Crooks, che le radiazioni consistevano di particelle cariche negativamente e diede il nome "elettrone". Egli riuscì anche a determinare il rapporto tra la carica e la massa ed a dimostrare che il valore del rapporto non cambiava al variare del gas nel tubo. Quindi gli atomi di tutti gli elementi contengono le stesse particelle negative, gli elettroni. In quel periodo gli scienziati e i fisici fecero vari modelli atomici per rappresentare l'atomo. Thomson ipotizzò che all'interno dell'atomo ci fossero cariche positive uguali al numero di cariche negative.
Nel 1907 lo scienziato Rutherford propose un altro modello atomico. Egli scoprì il nucleo dell'atomo ed alcune particelle che esponevano radiazioni positive, i protoni. Egli bombardò gli atomi d'oro di una sottile lamina di zinco ed osservò che le particelle alfa attraversavano la lamina senza subire deviazioni. Un'altra cosa che osservò era che alcune particelle venivano deviate e pochissime ribalzavano indietro. Così si scoprì che l'atomo è identificato dal numero di protoni, cioè il numero atomico Z, e quando l'atomo era neutro il numero dei protoni era uguale al numero degli elettroni. Qui di seguito si procede nel comprendere la teoria atomica della materia.

Introduzione sul concetto di atomo

La parola ”atomo” (dal greco átomos = indivisibile ) fu introdotta dai filosofi greci tra cui Democrito (460 370 a.c. c.) per definire le entità elementari, indistruttibili e indivisibili , di cui ritenevano fosse costituita la materia.
Nel momento in cui i chimici impararono a misurare le quantità di elementi che reagivano con altri per formare una nuova sostanza, furono create le basi per la nuova teoria atomica che legava il concetto di elementi con l’idea di atomi.
La moderna teoria atomica deve le sue origini alle osservazioni di Dalton.

Leggi fondamentali

Verso la fine del XVIII secolo e l'inizio del XIX secolo, si studiarono con particolare importanza gli aspetti quantitativi delle trasformazioni chimiche , arrivando a descrivere il comportamento delle sostanze attraverso leggi che ancora oggi sono chiamate leggi fondamentali della chimica o leggi ponderali. Nello specifico, brevemente queste leggi come enunciato hanno i seguenti riportati di seguito.
La legge della conservazione della massa Lavoisier , seconda metà 1700) La legge di Lavoisier nota anche come legge di conservazione della massa afferma che nel corso di una reazione chimica la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti. In altre parole, nel corso di una reazione chimica la materia non si crea e non si distrugge.
La legge delle proporzioni definite (Proust, Legge delle proporzioni definite): in un composto chimico gli elementi che lo costituiscono sono sempre presenti in rapporti in massa costanti e definiti indipendentemente dalla sua origine o dal metodo di preparazione.
La legge delle proporzioni multiple (Dalton,Legge delle proporzioni multiple): quando due elementi formano tra loro due o più composti, le differenti masse di uno di essi che si combinano con la stessa massa dell’altro sono tra loro in rapporti dati da numeri interi e piccoli.

Teoria atomica della materia (Dalton, 1804)

Nel 1803 J. Dalton, analizzò la legge di Lavoisier e la legge di Proust, incrociando i dati ottenuti da questi scienziati con quanto espresso nella legge da lui stesso enunciata.
Egli intuì che solo immaginando la materia costituita da atomi piccolissimi, indivisibili, indistruttibili e non creabili, si potevano spiegare le tre leggi sopra indicate e formulò quello che oggi è noto come il modello atomico di Dalton.

Teoria atomica della materia

Dalton fu il primo a proporre una teoria atomica, basata sui seguenti quattro postulati riportati qui di seguito:

• La materia è costituita da pparticelle elementari, indivisibili , chiamate atomi . Gli atomi non possono essere né creati né distrutti
• Gli atomi di un elemento non possono essere convertiti in atomi di un altro elemento
• Gli atomi della stessa specie chimica sono tutti uguali tra di loro. Tutti gli atomi di uno stesso elemento hanno uguale massa
• In una trasformazione chimica gli atomi si combinano tra di loro

secondo un rapporto ben definito e costante , espresso da numeri interi Moderno riesame della teoria atomica.

• Gli atomi sono divisibili in particelle subatomiche ma mantengono inalterate la loro identità nelle reazioni chimiche
• Nelle reazioni nucleari gli atomi di un elemento si convertono spesso in atomi di un altro elemento ma ciò non avviene in una reazione chimica.
• Gli isotopi di un elemento differiscono nel numero di neutroni, quindi nel numero di massa, ma un campione dell’elemento è trattato come se i suoi atomi avessero una massa media.
• I composti sono formati dalla combinazione chimica di elementi in rapporti specifici , possono verificarsi lievi variazioni ma il postulato resta essenzialmente invariato.

Atomo e cariche elettriche

Era già noto ai Greci che l’ambra strofinata con un panno di lana era in grado di attrarre peli e steli di paglia.
Anche altre sostanze come il vetro presentavano lo stesso comportamento dell’ambra (in greco ἤλεκτρον) e tali fenomeni vennero chiamati elettrici.
Solo a partire dal XVII secolo vennero studiati e spiegati ammettendo la produzione, durante lo strofinio, di cariche elettriche.
L’atomo come era stato ipotizzato da Dalton, visto che non presentava cariche, non poteva perciò interpretare i fenomeni elettrici.