Teoria atomica

Storia dell’atomo

1897 - Thomson

L’inglese Thomson propose il suo modello atomico, ipotizzando che l’atomo fosse costituito da una sfera omogenea, di raggio 1 Å, carica di elettricità positiva in cui gli elettroni erano distribuiti in maniera uniforme e senza una disposizione spaziale particolare, il cosiddetto modello a panettone.

1911 - Rutherford

L’atomo non è più una massa uniforme. Prima di arrivare alla formazione di un nuovo modello atomico, Rutherford effettuò un esperimento servendosi di una lastra d’oro e di un fascio di d²⁺ particelle positive, le particelle α (atomi di He²⁺). Il fascio di particelle venne indirizzato verso la lamina sottilissima di oro e si osservò che la maggior parte delle particelle la attraversarono indisturbate.

Solo una piccola percentuale venne riflessa o deviata poiché colpiscono i nuclei degli atomi di oro. Le altre particelle attraversano indenni la lastra in quanto gli atomi sono principalmente costituiti da vuoto e le dimensioni di questi sono talmente piccole che le particelle non riescono a interagire con essi.

Rutherford elaborò un modello atomico definito planetario in quanto prevedeva un atomo costituito da un nucleo positivo e un elettrone che orbitava intorno ad esso.

Tuttavia, il seguente modello atomico presentava due difetti:

• Instabilità: è impossibile che una particella carica positivamente ed una negativamente possano rimanere in condizioni stabili. Se l’elettrone stesse fermo, questo, attratto dal nucleo, cadrebbe insieme a tutto l’atomo. Se l’elettrone si muovesse intorno al nucleo, gradualmente perderebbe energia riducendo il raggio della sua orbita, descrivendo dunque una traiettoria a spirale, il cui termine coinciderebbe con il nucleo contro il quale l’elettrone andrebbe a scontrarsi.

Analizzando lo spettro di emissione dell’idrogeno, esso non si presenta come uno spettro continuo omogeneo in cui figurano tutte le lunghezze d’onda, bensì lo spettro è caratterizzato da alcune bande che corrispondono a determinate lunghezze d’onda. Il modello atomico planetario prevedeva invece uno spettro continuo.

La luce e le onde elettromagnetiche

La luce è trasportata da onde elettromagnetiche, formate dalla combinazione di onde magnetiche e onde elettriche che si propagano in direzioni perpendicolari tra loro.

• ν = frequenza (cicli/secondo)
• λ = lunghezza d’onda
• t = periodo
• c = velocità di propagazione = λ/t = λ∙ν = 3∙10¹⁰ cm/s

c è la velocità della luce e di tutte le onde elettromagnetiche.

Fase positiva

Fase negativa

7000 Å 3900 Å

4 6 8 12 16 10¹⁰ 10¹⁰ 10¹⁰ 10¹⁰ 10¹⁰ ν (Hz)

20 22 10¹⁰ 10¹⁰ radio onde rossi UV alternata Corrente X cosmici Γ Visibile Raggi Raggi Raggi Raggi MicroOnde Infra

4 -4 -8 -12 -14 10¹ 10¹⁰ 10¹⁰ 10¹⁰ 10¹⁰

Prendendo un sasso incandescente, l’energia, oltre ad essere sotto forma di calore, si presenta anche come luce. Facendo trapassare il fascio di luce per una fessura in un piano e, successivamente, per un prisma, la luce viene diffranta e si proietta su una lastra, posta ad una distanza d dal prisma, lo spettro di emissione nelle sembianze di un rettangolo omogeneo contenente tutte le lunghezze d’onda appartenenti alla fascia del visibile.

Più precisamente, la diffrazione della luce segue la legge di Bragg:

λ = 2d ∙ sinθ

θ dove è l’angolo di diffrazione.

Nel caso dell’idrogeno molecolare, introdotto in una ampolla collegata ad una corrente che fornisce energia sufficiente per poter spaccare tutte le molecole in singoli atomi, essi emettono luce che segue lo stesso processo precedente.

Questa volta, però, lo spettro presenta solo determinate bande colorate in corrispondenza di specifiche lunghezze d’onda; si tratta dello spettro a righe dell’atomo di idrogeno.

H 4102 Å 4340 Å 4861 Å 6560 Å

1913 - Bohr

Niels Bohr elabora un nuovo modello atomico basandosi su altre ricerche e scoperte effettuate da Planck nel 1900 e da Einstein nel 1905.

Planck riuscì a definire le energie consentite nei sistemi fisici, precedentemente si pensava che i quantitativi energetici fossero di qualsiasi valore, ora, invece, le energie variano tra loro in quantità definite. Dunque gli scambi energetici non avvengono in forma continua, come sosteneva la fisica classica.

Un sistema esterno fornisce energia