Dalla Grecia ai giorni nostri

1. Storia dell' atomo Dalla Grecia ai giorni nostri

2. L'idea di atomo Le idee di Democrito vennero riprese nel 300 a.C. da Epicuro che attribuì ai moti casuali degli atomi il formarsi delle differenti realtà che l'uomo è in grado di percepire. Il Medioevo osteggiò fortemente la concezione materialista della realtà e l’atomismo, la cui vera ripresa avvenne nel XVII secolo, rimase una dottrina filosofica fino all’inizio del XIX secolo, quando negli studiosi si consolidò l’idea di una natura discontinua, formata da atomi e molecole. Il concetto di atomo (dal greco "atomòs", "indivisibile") quale costituente della materia trae origine dall’antica filosofia greca: la sua esistenza venne ipotizzata nel 450 a.C. daLeucippo, fondatore della teoria "atomistica" e ribadita nel 420 a.C. dal suo allievo Democrito che giunse ad affermare: ”In verità esistono solo atomi e il vuoto". Leucippo

3. L'atomo panettone Nel 1897, in seguito alla scoperta della natura corpuscolare dei raggi catodici da parte di Perrin, il fisico Joseph John Thomson ipotizzò l’esistenza di una particella carica negativamente, l’elettrone, e realizzò il primo modello atomico, secondo il quale l’atomo, che nel suo insieme era neutro, era costituito da una sfera il cui raggio era di circa 10-10 m. La sfera era carica positivamente ed i corpuscoli negativi erano disseminati in essa come l’uvetta nel panettone . Questo modello è infatti passato alla storia come “modello a panettone” J.J. Thomson - + - + - - + - - - + + -

4. Modello Planetario In seguito allo studio della deflessione di particelle a da parte di una sottile lamina d’oro, Rutherford elaborò tra il 1908 e il 1911 il modello planetario dell’atomo. Gli elettroni ruotano intorno ad un nucleo delle dimensioni di 10-15 m in cui è concentrata tutta la carica positiva, come i pianeti del sistema solare ruotano intorno al sole. Nel nucleo è concentrata la quasi totalità della massa dell’atomo. Gli oggetti sono quindi per lo più “vuoti”. Nasce così il concetto di nucleo.

5. L'atomo di Bohr Tuttavia l’atomo proposto da Rutherford non poteva essere stabile secondo le leggi dell’elettrodinamica classica. Infatti gli elettroni cadrebbero sul nucleo (dopo un tempo dell’ordine di 10-8 s!), poiché muovendosi di moto accelerato irraggiano energia. Bohr riprese così il modello planetario, mantenendo il concetto di nucleo e introducendo due postulati: • solo un numero discreto di orbite circolari sono permesse agli elettroni che ruotano intorno al nucleo (quantizzazione delle orbite), • quando un elettrone si trova in una di queste orbite non irradia energia; gli elettroni possono variare la propria energia solo in seguito alla transizione tra due orbite permesse (quantizzazione dell’energia). N. Bohr

6. Materia: onda o corpuscolo? Il modello di Bohr venne perfezionato da Sommerfeld che introdusse delle orbite ellittiche per gli elettroni. Il principio di Heisenberg escluse la possibilità di conoscere posizione e velocità dell’elettrone contemporaneamente in un punto. Una spiegazione della discretizzazione delle orbite permesse agli elettroni venne fornita da de Broglie che estese il dualismo onda-corpuscolo della luce anche alla materia. Le orbite descritte dagli elettroni intorno al nucleo sono quelle che verificano la condizione di “onda stazionaria”. L. de Broglie

7. Modello quantistico Schroedinger nel 1926 riunì in una sola equazione l’intuizione di De Broglie del dualismo onda-corpuscolo e il principio di indeterminazione di Heisenberg. E. Schroedinger Ogni elettrone è quindi descritto da un’onda, la cui ampiezza dà la probabilità di trovare l’elettrone in una data posizione intorno al nucleo. Nacquero così gli orbitali, cioè le regioni di spazio nelle quali è più elevata la probabilità di trovare l’elettrone. s p d

8. E il nucleo? Per quanto riguarda il nucleo Chadwick mostrò che questi era composto non solo da cariche positive (protoni) ma anche da particelle elettricamente neutre (neutroni), cioè prive di carica elettrica. Le teorie attualmente in vigore, suppongono che sia il neutrone che il protone siano costituite da quark, particelle elettricamente cariche con carica pari ad un terzo di quella dell’elettrone, mentre l’elettrone sia indivisibile. Esistono due tipi di quark, quark up (quark-u) e quark down (quark-d) u u d u protone d d neutrone