Atomo

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La parola atomo deriva dal greco e significa indivisibile.

Si definisce atomo la pi� piccola entità di un elemento che isolata mantiene le caratteristiche e le proprietà dell'elemento stesso.

= Evoluzione della teoria atomica =

Table of contents

1 Teorie filosofiche
2 Teorie fisiche

2.1 La teoria atomica di Dalton
2.2 La teoria atomica di Thomson
2.3 La teoria atomica di Rutherford
2.4 Assenza degli elettroni nel nucleo: dimostrazione matematica

Teorie filosofiche

Già dal IV secolo a.C. alcuni filosofi greci (Leucippo e Democrito) e romani (Lucrezio), i cosiddetti 'atomisti', ipotizzarono che la materia non fosse continua, ma costituita da particelle minuscole e indivisibili. Queste considerazioni derivavano però da semplici intuizioni filosofiche e non da una corretta analisi sperimentale dei fenomeni, che verrà introdotta pi� tardi da Galileo Galilei.

Teorie fisiche

La teoria atomica di Dalton

Nel corso dei suoi studi John Dalton (1776-1844) si avvalse delle teorie chimiche del tempo (Legge della conservazione della massa e Legge delle proporzioni definite) e formulò la sua teoria atomica (1803), che enunciava:

la materia � formata da particelle elementari chiamate atomi
gli atomi di uno stesso elemento sono tutti uguali tra loro
gli atomi non sono ulteriormente scomponibili

Questa viene considerata la prima teoria atomica della materia perché per primo Dalton ricavò le sue ipotesi da prove sperimentali.

La teoria atomica di Thomson

Nel 1898 Joseph John Thomson formulò il primo modello atomico. Thomson ipotizzò che l'atomo non fosse la minuscola sfera indivisibile di Dalton, ma piuttosto un insieme di particelle elementari. Il suo modello vuole che l'atomo sia carico positivamente, e che al suo interno siano distribuiti gli elettroni (da lui stesso scoperti nel 1897).

La teoria atomica di Rutherford

Nel 1911 Ernest Rutherford irradiò con un fascio di radiazioni di tipo alfa una lamina d'oro posta fra la sorgente radioattiva e uno schermo al solfuro di zinco. Le particelle, passate attraverso la lamina, sarebbero rimaste impresse sullo schermo.
Rutherford osservò che alcune particelle venivano deviate dalla lamina d'oro, alcune venivano riflesse e la maggior parte passava tranquillamente. Quelle deviate dal loro cammino, poi, erano diffuse ad un grande angolo. La sua conclusione fu, quindi, che al centro dell'atomo dovesse esserci un centro piccolo, ma con alta densità di carica: il nucleo.

Assenza degli elettroni nel nucleo: dimostrazione matematica

Dopo l'esperimento di Rutherford era abbastanza evidente che gli elettroni non potessero trovarsi all'interno del nucleo. Si può, però, pensare ad una dimostrazione matematica per assurdo: si supponga, per un momento, l'esistenza degli elettroni nel nucleo. Il suo raggio può essere stimato nell'ordine dei 5 fm.

L'impulso dell'elettrone, nell'atomo, allora sarà:

dove c � la velocità della luce e λ la lunghezza d'onda di de Broglie dell'elettrone.

A questo punto si fissa una lunghezza d'onda massima in 10 fm e si può così calcolare il valore minimo per l'impulso, che alla fine risulta essere di circa 124 Mev/c. Ora, poiché la massa dell'elettrone � pari a 0,5 MeV/c², da un semplice conto relativistico risulta evidente che l'energia totale dell'elettrone � pari a:

E² = p²c² + m²c⁴ = 125 MeV

Quindi, se ci fossero elettroni nel nucleo, la loro energia sarebbe 250 volte maggiore rispetto alla loro massa: elettroni così energetici, però, non sono mai stati emessi da alcun nucleo. L'unico indiziato, il decadimento beta, ha un intervallo di energia cha va da pochi Mev ad un massimo di 20 MeV.

Così si può concludere non solo che non ci sono elettroni nel nucleo, ma soprattutto che il decadimento beta � decisamente pi� complesso del decadimento alfa.