L’ATOMO
Cosa si intende per atomo
Forse alcuni di voi hanno già sentito parlare
dell'atomo, altri meno. Visto che è l'argomento
che abbiamo deciso di trattare vorremo
spiegarvi brevemente l'oggetto con cui avremo
a che fare nelle prossime pagine.
Realizzato da: Miceli Roberto & Liuzzo Walter III E
L'uomo, gli animali, i vegetali e le cose sono
fatti di una materia comune che è in grado
di compiere trasformazioni di energia;
Nel caso dei primi due queste trasformazioni
danno la capacità di compiere azioni. Se
mangiamo un panino al salame (che non è
capace di muoversi) acquistiamo l'energia che
contiene, tramite una trasformazione chimica,
e ne ricaviamo l'energia che ci serve per
muoverci e compiere azioni.
 La materia di cui siamo composti è a sua
volta formata da particelle piccolissime dette
atomi. Gli atomi come vedremo, non sono
particelle ultime, ma sono suddivisi in
particelle più piccole dotate di una certa
quantità di energia.
L’origine della teoria atomica e la sua evoluzione
La parola atomo deriva dal greco atomos ovvero indivisibile. Fu
infatti un filosofo greco del V secolo a.C., Democrito di Abdera,
ad elaborare la teoria secondo cui tutte le cose, esseri viventi o
non viventi, sono formati da particelle ultime ed indivisibili che
costituiscono la materia. Molti filosofi suoi contemporanei, detti
fisici pluralisti concordavano sul fatto che gli esseri viventi o non
sono composti da elementi ultimi che unendosi danno vita
mentre quando si distaccano l'entità muore, non esiste più come
tutt'uno. Tuttavia la teoria di Democrito non venne accettata
dalla società. Venne ripresa e rielaborata nel 1803 da uno
scienziato inglese di nome J.DALTON. Egli a differenza di
Democrito, grazie anche a migliori mezzi di sperimentazione,
rafforza la teoria dell'esistenza degli atomi con argomentazioni
scientifiche ovvero sulla base di misure e dati sperimentali
verificabili da chiunque. Il suo scopo è di spiegare il
comportamento degli elementi chimici i quali si combinano
formando composti chimici (ad esempio il cloro ed il sodio
formano il sale da cucina) ecc. e tutto con un'impeccabile
regolarità. I punti principali della sua teoria sono i seguenti:
tutti i corpi materiali sono costituiti da atomi indivisibili





gli atomi di uno stesso elemento chimico (ad esempio l'oro)
sono tutti uguali e hanno quindi le stesse proprietà chimiche
gli atomi di elementi diversi sono differenti e hanno quindi
differenti proprietà chimiche
nelle reazioni chimiche gli atomi rimangono inalterati e
possono formare diversi composti a seconda del modo in cui si
legano
gli atomi si combinano tra loro secondo precisi rapporti
numerici e formano così le particelle composte
gli atomi possono combinarsi tra loro in più rapporti comunque
sempre ben definiti.

Tuttavia nella teoria di Dalton mancano alcuni particolari: ad
esempio non spiega come mai gli atomi si combinano tra di
loro, come mai si attraggono a vicenda formando legami così
forti da creare dei composti? E secondo quali criteri?

In poche parole la risposta sta nel fatto che, come vedremo,
gli atomi non sono proprio delle particelle ultime, anzi sono
ulteriormente divisibili, ma questo Dalton, con i mezzi a sua
disposizione, non poteva saperlo.
Tramite esperimenti successivi si scoprì l'esistenza di particelle
subatomiche.
La prima particella che venne scoperta prese il nome di protone,di carica
positiva, e fu ad opera di Goldstein;
poi fu il turno dell'elettrone, di carica negativa, ad opera del fisico
inglese Thomson nel 1897.
Successivamente, nel 1932 fu scoperta da Chadwick la terza particella, il
neutrone, che fu comunque postulata in precedenza da Rutherford
nel 1920.
Una volta scoperte queste particelle si pone un altro problema:
rappresentare la struttura dell'atomo.
Il primo tentativo fu quello di Thomson: il suo modello viene chiamato
"a panettone". Infatti si presenta come una struttura di forma sferica
di carica positiva all'interno della quale sono incastonate le particelle
di 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
struttura di forma sferica e di carica positiva
al centro ed una nube di carica negativa
tutt'intorno contenente atomi che girano
intorno al nucleo secondo orbite circolari.
Il nucleo composto di protoni con
intorno una nube di carica
negativa
Questo modello verrà pian piano perfezionato.
Il modello atomico di Niels Bohr e
la teoria dei quanti di energia
Sempre dopo osservazioni su fenomeni sperimentati si arriva ad un
nuovo modello atomico. Niels Bohr elabora nel 1913 una teoria
secondo la quale nel nucleo sono concentrati i protoni che, come
abbiamo già detto, sono dotati di una carica positiva. Intorno al
nucleo "orbitano" ovvero girano gli elettroni, dotati di carica
negativa. Avendo cariche diverse (positiva indicata col segno + per i
protoni, negativa indicata col segno - per gli elettroni), le due
particelle si attraggono a vicenda, impedendo le une alle altre di
disperdersi liberamente. Gli elettroni seguono solo determinate
traiettorie, fisse e circolari, come quelle dei pianeti intorno al sole,
dette "orbite stazionarie".
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 sono tutti uguali. Infatti ci sono atomi di ossigeno, di
ferro, di cloro, di argento e tantissimi altri. Questi sono
elementi. Gli atomi di elementi diversi hanno un diverso
numero di particelle 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 elemento con una maggiore
quantità di particelle hanno una maggiore quantità di
orbite, con diversi livelli di energia.
Ogni orbita possiede un determinato livello di energia,
ovvero un elettrone per poter girare intorno al nucleo
seguendo SEMPRE la stessa orbita deve possedere perciò
SEMPRE la stessa quantità di energia.
Un elettrone, per passare da un orbita all'altra ha bisogno
che gli venga fornita una certa quantità di energia, non
una qualsiasi, ma una precisa quantità. Una quantità di
energia detta genericamente QUANTO.
Il quanto è un'unità multiplo di una costante fondamentale
detto QUANTO DI AZIONE.
Perciò diciamo che le orbite sono "quantizzate".
Tuttavia la teoria di Bohr tralascia un particolare importante: se le
particelle che posseggono cariche diverse (positiva e negativa) si
attraggono a vicenda perché gli elettroni non cadono sul nucleo
ma si limitano a girarvi intorno? E poi, così come cariche diverse
si attraggono così cariche uguali si respingono: come fanno
allora i protoni a stare insieme nel nucleo?
Inoltre perché per passare da un'orbita all'altra hanno bisogno di
aggiungere alla propria energia per forza quella quantità
chiamata QUANTO e non una leggermente minore o
leggermente maggiore?
Per rispondere alla prima domanda possiamo limitarci a rileggere
più su, nelle righe in cui sono elencate le date in cui vennero
scoperte le particelle che compongono l'atomo: la terza
particella fu scoperta nel 1932, quindi successivamente al
modello atomico di Bohr. Questa famosa terza particella è il
neutrone, che non ha né carica positiva né negativa, ma è
NEUTRA. Il neutrone è contenuto nel nucleo e svolge una
doppia funzione. Se non fosse per i neutroni i protoni si
respingerebbero l'uno dall'altro in quanto hanno la stessa carica
mentre gli elettroni verrebbero attratti dalle particelle di carica
positiva, collidendo su di esse. In poche parole i neutroni
bilanciano le cariche dell'atomo.
Per rispondere alla seconda domanda dobbiamo analizzare un altro
punto dell’evoluzione della teoria atomica
La teoria ondulatoria, gli orbitali
e la configurazione elettronica
Nel 1923 uno studioso di nome Louis De Broglie stava svolgendo
degli studi sulla luce; osservò che la luce ha proprietà
ondulatorie ovvero si espande nell'aria come un'onda nel mare:
se tiriamo un sassolino in acqua noteremo come si formano delle
ondine che si espandono circolarmente. Più o meno lo stesso
comportamento lo ha la luce. La luce però è una forma di
energia; De Broglie ipotizzò che questa fosse una proprietà
universale, e quindi anche della materia.
Le onde associate con l'elettrone e con QUALSIASI ALTRO CORPO
IN MOVIMENTO vengono definite onde di materia. Gli elettroni
quindi si muovono intorno al nucleo dell'atomo secondo orbite
circolari ma compiono un'altra operazione: seguono la propria
orbita "ondulando". Vi faccio un esempio concreto. Un atleta sta
correndo su una pista circolare dove ogni 60 metri c'è un
ostacolo da saltare. L'ostacolista deve compiere dieci giri di
seguito. Quindi deve compiere un salto ogni dieci secondi per
dieci giri consecutivi. Perciò egli deve mantenere costante la
velocità con cui corre e deve saltare a intervalli di tempo
REGOLARI; altrimenti rischia di saltare troppo presto o troppo
tardi non riuscendo a compiere i giri con regolarità e buttando
giù gli ostacoli.
Il caso dell'atomo è più o meno lo stesso, comunque per maggiore
chiarezza lo rappresento il concetto graficamente:
Un elettrone, per passare ad un'orbita superiore ha bisogno
di ricevere un QUANTO di energia, né più né meno, in
quanto è l'energia che gli permette di girare intorno ad
un'orbita compiendo una quantità di ondulazioni
complete. Mi spiego meglio. Se gli fornissimo l'energia
sufficiente a compiere 20 ondulazioni e mezzo il ciclo
sarebbe irregolare. Di qui la necessità del QUANTO.
Continuando questi studi si arrivò nel 1927 ad affermare che non
possiamo in realtà definire orbite precise che l'elettrone compie.
Secondo Heisenberg possiamo solamente considerare una zona
in cui la probabilità di trovare l'elettrone sia massima. Al
concetto di orbita si sostituisce quello di "orbitale" ovvero una
zona, una nube elettronica dove possiamo essere certi che
quell'elettrone si trovi. La nube elettronica però non è una sola
bensì una per ogni elettrone, o quasi. Infatti, come aveva
postulato in precedenza Bohr, le orbite hanno un preciso livello
energetico; anche gli orbitali hanno un preciso livello energetico.
Gli orbitali si indicano con lettere dell'alfabeto; in natura gli
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,
come ho già detto, non contengono un solo elettrone ma più di
uno, a partire dai due contenuti nell'orbitale s.
Un orbitale però può essere diviso in sottolivelli, anzi più
correttamente in sezioni, aventi comunque lo stesso
livello energetico, ma posizionati su assi diversi.
Ogni sezione può contenere solo due elettroni che però girano
intorno al proprio asse (come fa la Terra intorno al proprio asse) uno
in senso orario uno in senso antiorario.
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 punto, e ne rimangono anche di vuoti. È per questo
che atomi di elementi diversi si uniscono per fare composti: il
nucleo (di carica positiva) di un atomo di ferro (per fare un
esempio) potrebbe 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 laboratorio; per conoscerli
tutti bisognerebbe avere davanti una "tavola periodica", ma
penso che questo argomento non sia di vitale importanza al
momento, visto che l'argomento da noi trattato è l'atomo.
In realtà la teoria atomica è molto complessa ed in continua
evoluzione.
L’ATOMO
FINE PRESENTAZIONE
Realizzato da: Miceli Roberto & Liuzzo Walter III E