SOMMARIO :
STORIA DELL’ATOMO
STRUTTURA ED ORIGINE
STORIA DELL’ATOMO:
INTRODUZIONE
STORIA ANTICA
STORIA MODERNA
ULTIME SCOPERTE
STRUTTURA E ORIGINE:
DIMENSIONI DELL’ATOMO
NATO DALLE STELLE
DIMENSIONI DELL’ATOMO
• Carica dell’elettrone e del protone = 1.60219 *
10^-19 C
• Massa dell’elettrone = 9.10953 * 10^-31 Kg
• Massa del protone = 1.67235 * 10^-27 Kg
• Massa del neutrone = 1.67492 * 10^-27 Kg
• Raggio classico dell’elettrone = 2.81794 * 10^15 metri
• Raggio della prima orbita do Bohr = 5.29177 *
10^-11 metri
NATO DALLE STELLE
Trascorso un decimo di secolo dal Big Bang,
l’universo doveva essere pervaso da una
miscela di particelle elementari. Solo dopo
700mila anni, dal Big Bang, elettroni e nuclei si
sono uniti per formare gli atomi.
L’universo primordiale era costituito
essenzialmente da idrogeno ed elio. Gli atomi
più pesanti, quelli cioè col numero atomico Z più
grande, si sono formati dopo la nascita delle
stelle nel corso delle reazioni di fusione
termonucleari che avvengono nel loro interno.
INTRODUZIONE
FISICA CLASSICA
EQUAZIONI DI MAXWELL
EFFETTO FOTOELETTRICO
ETERE
MODELLO ATOMICO
ESPERIMENTO DI MORLEY
TEORIA QUANTISTICA
RADIOATTIVITA’
RELATIVITA’
STORIA ANTICA
600 a.C. Teoria di Talete
Teoria di Democrito
300 a.C. Teoria di Aristotele
Medioevo: domina la teoria di Aristotele
Rinascimento: si riscopre la teoria di Democrito
STORIA MODERNA
1789: Legge di Lavoisier ( nasce la chimica moderna)
1794: Legge di Proust
1803: Teoria di Dalton
1830: Scoperta dell’elettrone (Thomson)
1869: Tavola periodica ( Mendeleev )
1886: Scoperta del protone ( Goldentein )
1897: teoria atomica di Thomson
1900: Sviluppo della teoria Quantistica ( Plank )
1911: teoria atomica di Rutherford
1913: teoria atomica di Bohr
1916: Einstein descrive le orbite degli elettroni più lontani
1927: principio di indeterminazione di Heisenberg
1925: principio di esclusione di Pauli
1926: equazioni di Schroedinger
1932: scoperta del neutrone ( Chadwich )
1942: prima reazione nucleare ( Fermi )
1951: prime centrali nucleari negli U.S.A.
Indietro
ULTIME SCOPERTE
1968: si scoprono i Quark
1993: progetto di fissione nucleare ( Rubbia )
1997: si produce in laboratorio l’anti idrogeno
TALETE
Filosofo greco del’ 600 a.C.. Fu uno dei
primia teorizzarel’origine della materia. Egli
sosteneva che: la materia traesse origine
dall’acqua, la quale solidificando diventava
terra ed evaporando diventava aria.
DEMOCRITO
Filosofo greco (460 – 370 a.C.). Con democrito nasce
la teoria atomica della materia. Intuisce che la
materia è formata da piccolissime particelle che lui
chiama atomi.
ARISTOTELE
Filosofo greco, negava l’esistenza del
vuoto per cui attribuiva a tutti gli
elementi una natura materiale.
Aristotele negava inoltre l’esistenza degli atomi
ritenendo la materia costituita da: terra, acqua,
fuoco e aria
LAVOISIER
Con il chimico francese A. L. Lavoisier
nasce la chimica moderna. Di lui
ricordiamo il principio con il quale nel 1789
enunciò la legge di conservazione della
massa:
In tutte le reazioni chimiche la massa si
conserva, cioè la massa dei reagenti è
uguale alla massa dei prodotti.
J. L. PROUST
Nel 1794 il chimico francese Joseph Louis
Proust emana la legge che stabilisce la
costanza dei rapporti delle masse
secondo cui due o più elementi si
combinano fra loro. È detta anche legge
delle proporzioni definite e costanti.
DALTON
Dalton fu il primo chimico a formulare, nel 1803
una teoria atomica basata sulle intuizioni di
Democrito vissuto 2500 anni fa.
Secondo Dalton:
• Tutti i corpi sono costituiti da atomi indivisibili
• Gli atomi di uno stesso elemento sono tutti
uguali
• Nelle reazioni chimiche gli atomi rimangono
inalterati combinandosi in precisi rapporti.
J. J. THOMSON
Fisico inglese
che nel 1830
scopre
l’elettrone.
Joseph John Thomson osservò che in un tubo con neon con all’estremità
due elettrodi collegati ad un generatore si forma una scarica elettrica
proveniente dal catodo. Questi raggi catodici dovevano essere costituiti da
particelle di carica negativa ovvero gli elettroni.
GOLDENTEIN
Dopo la scoperta degli elettroni usando
apparecchiature simili furono individuate
particelle che venivano attratte dal catodo. Da
queste osservazioni Goldentein scoprì la
seconda particella fondamentale: il protone.
MENDELEEV
Chimico russo
che nel
1869
formula la
tavola
periodica
per
razionalizza
re le
conoscenze fin’ora acquisite.
ABBONDANZA DEGLI
ELEMENTI CHIMICI
Si è ben lontani da una distribuzione uniforme degli elementi chimici
nella crosta terrestre, negli oceani e nel cosmo.
Il 95.25% della crosta terrestre e dei mari è costituito da soli 9 elementi
chimici: l’ossigeno, il silicio, l’idrogeno, l’alluminio, il ferro e il calcio.
Nel cosmo l’elemento che predomina è l’idrogeno, seguito dall’elio, a
conferma di quanto detto a proposito dell’origine degli atomi.
In natura l’abbondanza degli elementi diminuisce all’aumentare del
numero atomico. Perché se il numero atomico Z è molto grande i
nuclei subiscono spontaneamente un processo di fissione nucleare
e risultano instabili. Anche se ufficialmente l’elemento più pesante
riportato nella tavola è il laurenzio (Z = 103), sono stati prodotti
nuclei con numeri atomici fino a 109.
PLANK
Il fisico tedesco Max Plank con la sua teoria
qantistica portò notevole contributo al
successivo modello di Bohr. Secondo Plank
l’energia aumenta secondo tappe fisse definite
quanti da immaginare come pacchetti di
energia.
RUTHERFORD
Nel 1911 Lord Rutherford in seguito all’esperimento qui sopra è
riuscito a formulare il modello nucleare planetario
I grandi angoli di deflessione delle paricelle alfa si potevano spiegare solo ideando
un nuovo modello atomico. Lo fece nel 1911 Ernest Rutherford, il quale assunse
che gli atomi fossero dotati di un nucleo centrale in cui risiede quasi tutta la sua
materia.
Nonostante avesse introdotto il concetto rivoluzionario e corretto di nucleo, il
modello di Rutherford risultò insoddisfacente sotto due punti di vista. Per prima
cosa, non spiegava le emissioni e gli assorbimenti di onde elettromagnetiche da
parte degli atomi osservate in spettroscopia. Ma, soprattutto, non giustificava la
stabilità degli atomi.
BOHR
TEORIA DEGLI ORBITALI
Nel 1913 il fisico danese Niels Bohr concepì un
modello capace di conciliare il concetto di
nucleo con stabilità degli atomi. Secondo il
modello di Bohr, non tutte le orbite circolari
sono permesse. Gli elettroni possono
muoversi solo su quelle che hanno una
distanza dal nucleo ben definita.
Questo meccanismo proposto da Bohr era in
grado di spiegare le caratteristiche principali
delle righe spettrali dell’atomo di idrogeno e
questo fatto contribuì al successo del modello
LA MECCANICA
ONDULATORIA
Albert Einstein era stato il primo, nel 1905, a intuire che
la luce, e quindi tutta la radiazione elettromagnetica,
può essere descritta come un insieme di particelle
che ne trasportano l’energia: i fotoni.
Nel 1924 il fisico francese Louis De Broglie, in analogia
con il caso della luce, propose di studiare le
proprietà ondulatorie degli elettroni e, più in
generale, di tutte le particelle. Secondo De Broglie,
l’elettrone poteva essere descritto come un’onda.
Per farlo si dovevano collegare i parametri
fondamentali dell’onda a grandezze fisiche
appartenenti all’elettrone.
Nel 1927 Heisenberg formulò il principio di
indeterminazione che porta il suo nome. Questo
principio afferma che è impossibile conoscere
simultaneamente e con grande precisione la
posizione e la velocità di una particella elementare.
EINSTEIN
Il modello di Bohr però presentava ancora dei
limiti: infatti non riusciva a calcolare le orbite
degli elettroni molto lontani dal nucleo. Le
orbite di questi elettroni verranno descritte da
Albert Einstein nella teoria della relatività
ristretta.
W. PAULI
Nel 1925 Wolfgan Pauli osserva per la
prima volta che i due elettroni presenti
nell’orbitale non possono mai avere gli
stessi numeri quantici per cui il loro spin
deve essere opposto (lo spin, +½ o - ½
indica la possibilità di un elettrone di
ruotare in un senso o nell’altro attorno al
proprio asse). Questo principio è noto
come principio di esclusione di Pauli.
IL PRINCIPIO DI
ESCLUSIONE DI PAULI
Quando in un atomo si ha più di un elettone nasce anche il
problema della loro disposizione nei vari sottogusci da
parte degli elettroni atomici avviene sulla base di due
criteri molto importanti:
1. Raggiungimento di uno stato di energia minima da
parte dell’atomo;
2. Il numero di elettroni accettato da ogni sottoguscio è
imposto dall’altro, fondamentale criterio: il principio di
esclusione di Pauli. Secondo tale principio, in un
atomo non possono esistere due elettroni che abbino
gli stessi numeri quantici.
E. SCHROEDINGER
Erwin Scroedinger pubblica nel 1926 un
saggio riguardante un’equazione con la
quale era possibile calcolare la funzione
d’onda dell’elettrone e quindi calcolare la
probabilità di trovare un elettrone in un
dato punto dell’orbitale e anche il suo
livello energetico.
L’EQUAZIONE DI
SCHRODINGER E LE
FUNZIONI D’ ONDA
La forma delle funzioni d’onda che descrivono gli elettroni,
si determina risolvendo l’equazione di Schrodinger.
Nell’equazione di Schrodinger compare per la prima
volta (L) il numero quantico secondario.
L’equazione di Schorodinger può essere risolta
esattamente solo nel caso dell’atomo di idrogeno. Se
l’atomo ha più di un elettrone bisogna rinunciare a una
descrizione completa e trascurare alcuni aspetti
secondari. Ciononostante l’equazione di Schrodinger è
risultato essere uno strumento teorico potentissimo a
disposizione dei fisici atomici. Grazie a questa e più in
generale alla meccanica quantistica, l’atomo non ha più
segreti.
W. HEISENBERG
Nel 1927 Wemer Heisenberg formulò in
principio di indeterminazione secondo il
quale è impossibile conoscere
simultaneamente e con precisione sia la
posizione, sia la velocità di una
particella. Questo principio è alla base
della meccanica quantistica e il pensiero
filosofico moderno.
J. CHADWICK
Nell’atomo oltre a protone ed elettrone
esiste un’altra particella restata
inosservata fino al 1932, quando
James Cadwick scoprì la presenza
all’interno del nucleo del neutrone
privo di carica e di massa molto simile
a quella del protone.
LE PARTICELLE
FONDAMENTALI
Nel 1968, negli Stati Uniti, si scopre che protone e neutrone non sono
due particelle fondamentali, in quanto sono composte da particelle ancora
più piccole: i Quark. I Quark che costituiscono i nucleoni sono i Quark up
down, gli elettroni fanno parte della famiglia dei leptoni assieme ai vari
tipi di neutrini. A tenere uniti i tre quark all’interno del protone c’è la
forza nucleare forte, la cui forza residua tiene a sua volta uniti i vari
nucleoni. Queste sono le caratteristiche principali del modello standard,
il modello attualmente accettato per la descrizione delle paricelle
fondamentali
Idrogeno
Silicio
Carbonio
L’ANTIMATERIA
Nel 1932 viene scoperta l’esistenza di un
elettrone con carica positiva subito battezzato
positone. Il positone è l’anti particella
dell’elettrone, uguale in tutto fuorché nella
carica. L’esistenza dell’antimateria era già
stata prevista dal fisico inglese Paul Dirack.
Nel 1997 in laboratorio viene prodotto il primo
atomo di anti idrogeno, mettendo insieme
positoni e anti quark.