Storia dell'atomo

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DEMOCRITO e LEUCIPPO460 AD

Democrito era un filosofo atomista, ossia non accettava una visione del mondo monista e quindi credeva in più archè. Per gli atomisti la materia non è infinitamente divisibile come diceva Zenone, perchè se fosse infinitamente divisibile sparirebbe nel nulla e quindi nel non essere. Democrito allora definì questi atomi come la materia per indicare che c'era qualcosa di eterno e che rendesse la materia divisibile fino a un certo punto. Gli atomi per Democrito sono pieni, ingenerati, imperituri ed eterni

DALTON ci disse: "quando due elementi si combinano in modi diversi per formare diversi composti, posta fissa la quantità di uno dei due elementi, la quantità dell'altro elemento necessaria a reagire per formare un diverso composto risulterà essere un multiplo o sottomultiplo di se stessa, in rapporti esprimibili con numeri piccoli ed interi.”

La sua teoria sembrava aver risolto i dubbi sulla materia, l'atomo era la parte più piccola, indistruttibile e indivisibile che costituiva la materia, ma alcune proprietà della materia hanno fatto venire dei dubbi agli scienziati:

1)la comparsa di cariche elettriche sui corpi strofinati

2)l’evidenziarsi di carica positive e negative nelle soluzioni
attraversate a corrente elettrica

3)l’emissione spontanea da sostanze di radiazioni nominate alfa( positive) beta(negative)  y(neutre)

Gli scienziati hanno avuto dubbi sul fatto che l’atomo fosse la parte più piccola della materia, avevano ragione! Ci sono i protoni, neutroni ed elettroni dette particelle subatomiche. Gli atomi di uno stesso elemento si differiscono per il numero di queste particelle.

Fin al VI secolo i greci sapevano che l'ambra strofinata su un panno asciutto di lana acquista la capacità di attrarre corpi leggeri. W. Gilbert 1544, dal termine greco elektron( ambra) coniò il termine elettrico per definire il fenomeno.  Due corpi elettrizzati si attraggono o si respingono e questo ha creato due stati elettrici : positivo e negativo. Si dice carico di elettricità positiva( vetrosa) se si comporta come il vetro strofinato, elettricità negativa ( resinosa) se si comporta come l'ambra. Se un corpo possiede due cariche di segno opposto si chiama elettricamente neutro.

 I corpi si dividono in:

- conduttori, se consentono il passaggio dell'elettricità

- isolanti o coibenti se non consentono il passaggio.

La forza F con cui i corpi si attraggono o si respingono è data dalla formula di Coulomb

                                        F= K* (q1.q2)/d^2

Un passo avanti lo fece THOMSON  ipotizzando la forma di un atomo. Capisce che l'elettrone è più piccolo dell'atomo e immagina lo immagina  come una sfera piena di carica positiva dove all'interno ci sono degli elettroni ( forma di muffin o panettone), studia il fenomeno nel 1896.

La massa dell'elettrone è di 9,11*10^-31 1800 volte più piccolo del protone. La sua carica è di 1,6021 10^-19 C. Il coulomb è stata scelta come unità di misura così grande per un elettrone così piccolo perché è riferita a un mondo macroscopico. la carica elettrica dell'elettrone è la più piccola, tutte le altre cariche elettriche sono suoi multipli. L'elettrone ha una massa così piccola che la sua carica elettrica rispetto alla massa è enormemente grande.

MILLIKAN 1868
Con il suo esperimento con l'olio scoprì che la carica elettrica era quantizzata e scoprì quella 
dell'elettrone.RUTHERFORD smente la teoria del Muffin e ipotizza un atomo con neutroni e protoni nel nucleo, essi vengono chiamati nucleoni.

Le proporzioni dell’atomo sono: 10^-10 metri l’atomo mentre il raggio del nucleo:  10^-15 metri, quindi l'atomo è quasi vuoto.

Il protone ha carica opposta all'elettrone e una massa di 1,673 10^-27 mentre la massa del neutrone è 1,675 *10^-27.


I protoni rimangono "fermi" all'interno del nucleo a causa della forza nucleare, più è piccolo l'atomo meglio è, se l'atomo diventa troppo grande si rompe perché la forza nucleare non è abbastanza forte da contrastare la forza del protone.
Il numero di protoni definisce il numero atomico Z

il numero di protoni e neutroni definisce il numero di massa A

Gli isotopi sono atomi che hanno lo stesso numero atomico ma diverso numero di massa quindi hanno proprietà chimiche simili ma diverse proprietà fisiche.
Il numero di massa che troviamo scritto nella tavola periodica è la media ponderata della massa degli isotopi e della loro percentuale in natura.

EINSTEIN nel 1905 applicò l'ipotesi di Max Planck (Luce a pacchetti(per vedere la storia di Planck vai sulla luce) per spiegare l'effetto fotoelettrico, ossia un effetto dovuto all'emissione di elettroni da una lamina di metallo investita da luce. Per far si che questo elettrone si " stacchi" bisogna investire il metallo con una radiazione di  frequenza maggiore della frequenza critica del pannello: ossia una radiazione maggiore rispetto quella che tiene uniti gli elettroni. Lui chiama i quanti di Planck fotoni.

NIELS BOHR (1885-1962) diede una geniale interpretazione della struttura della materia. Studiò gli elementi più semplici ad esempio l'idrogeno al fine di spiegarne lo spettro di emissione. Distinse gli elettroni in base al loro comportamento in due categorie:

-stazionari  in un atomo si chiamano stazionari gli elettroni che si comportano naturalmente, ossia che non emettono onde elettromagnetiche perchè viaggiano su orbite preferenziali o quantizzate. 

Se viene fornita dell'energia a un atomo questo ne assorbe una precisa quantità che gli serve per compiere il salto ma subito dopo torna in dietro rilasciando l'energia acquisita sotto forma di quanti di luce di frequenza determinata. 

Quindi il modello atomico di Bohr era formato da orbite circolari concentriche ed è possibile solo se si verifica la seguente condizione :

mvr=n*h/2π
-m= alla massa dell'elettrone
-v= alla sua velocità

-r= raggio dell'orbita

-h=costante di Planck

-n= numero quantico principale

BROGLIE   ipotizza un moto ondulatorio anche per gli elettroni dato dalla diffrazione. La sua lunghezza d’onda è  λ=h/mv

-h= costante di Plank

-m= massa dell’elettrone

-v= velocità dell’elettrone

HEISENBERG trovò dei limiti nella teoria di Broglie, infatti per parlare di orbite bisogna conoscere contemporaneamente la velocità e la posizione istantanea ma questo è impossibile.

Principio di indeterminazione: esistono coppie di misure che non posso essere effettuate contemporaneamente perché la precisione di una è inversamente proporionale all’altra. E quindi impossibile da misurare contemporaneamente. 

SCHRODINGER  1887 Formulò un'equazione matematica che spiegava il movimento ondulatorio degli elettroni. 
Nella sua formula si parla di psi ( una lettera greca) a cui Max Born ha dato al suo quadrato il significato di probabilità di incontrare un'elettrone.
Orbitale è la regione di spazio dove si ha una percentuale di oltre il 90% di incontrare un'elettrone

PAULI 1900 Dopo aver chiarito con Schrodinger l'orbitale possiamo capire che esso è definito da tre numeri:
-quantico principale che definisce il livello
-quantico secondario che definisce la forma
-quantico magnetico che definisce gli orientamenti
Pauli definì che in un orbitale non possono esistere elettroni con identici numeri quantici, e quindi devono avere spin diverso