L'atomo

Tutte le sostanze sono costituite da piccole particelle: gli atomi. Gli atomi sono così piccoli che in una capocchia di spillo ve ne sono 60 miliardi.

Sono stati i greci i primi a pensare che la materia fosse composta di particelle. A loro volta, gli atomi sono costituiti da particelle ancora più piccole: i protoni, i neutroni e gli elettroni. I protoni hanno carica elettrica positiva, gli elettroni negativa e i neutroni non hanno carica.

La struttura dell’atomo
Il cuore di un atomo è formato da un nucleo che è molto piccolo

rispetto all'atomo, ma ne contiene quasi tutta la massa. Le particelle

che lo compongono sono i protoni e i neutroni.
Il numero dei protoni del nucleo è il numero atomico di un elemento;

quello di protoni e dei neutroni insieme indica, invece, il numero di massa.
Gli elettroni, che sono esterni al nucleo, sono numericamente uguali ai

protoni, ma hanno una massa molto piccola.

chimica

L'ATOMO
Sono stati i greci i primi a pensare che la materia fosse composta di particelle. A loro volta, gli atomi sono costituiti da particelle ancora più piccole: i protoni, i neutroni e gli elettroni. I protoni hanno carica elettrica positiva, gli elettroni negativa e i neutroni non hanno carica.

STRUTTURA DELL'ATOMO
Il cuore di un atomo è formato da un nucleo che è molto piccolo rispetto all'atomo, ma ne contiene quasi tutta la massa. Le particelle che lo compongono sono i protoni e i neutroni.Il numero dei protoni del nucleo è il numero atomico di un elemento; quello di protoni e dei neutroni insieme indica, invece, il numero di massa.Gli elettroni, che sono esterni al nucleo, sono numericamente uguali ai protoni, ma hanno una massa molto piccola.

LA TEORIA ATOMICA DI DALTON
All'inizio del 1800 lo scienziato inglese John Dalton formulò la prima teoria atomica della materia scientificamente valida. Dalton si rese conto che questa ipotesi forniva una perfetta chiave di interpretazione di tutte le fondamentali leggi della chimica a quei tempi già note (la legge di conservazione della massa, la legge delle proporzioni definite e la legge delle proporzioni multiple da lui stesso enunciata).Il termine atomo (dal greco: indivisibile) fu ripreso dal filosofo greco Democrito che per primo, nel IV sec. a.C., aveva ipotizzato che la materia fosse costituita da particelle indivisibili. Quella di Democrito era una teoria filosofica, non si basava cioè su dati oggettivi e non incontrò daltronde un grande favore. Nei secoli che seguirono, infatti, le interpretazioni più seguite furono altre e fu necessario aspettare 2000 anni perchè queste idee riprendessero piede. Dal 1800 a oggi la teoria atomica di Dalton ha avuto continue conferme e da non molti anni, attraverso l'uso di tecniche microscopiche sofisticate, è stato anche possibile ottenere immagini dirette di alcuni atomi.
I punti principali della teoria atomica di Dalton possono essere così schematizzati:
La materia ha una natura discontinua ed è costituita da particelle microscopiche non ulteriormnte divisibili (atomi).
Gli atomi di uno stesso elemento sono tutti uguali.
Gli atomi di elementi differenti sono diversi.
Nei composti e nelle reazioni chimiche non possono essere presenti che numeri interi di atomi (non ha cioè senso parlare di frazioni di atomi).
Anche la teoria di Dalton tuttavia dovette ben presto essere modificata. Le nuove scoperte fatte tra la fine del 1800 e l'inizio del 1900 dimostrarono infatti che l'atomo è divisibile e costituito da particelle più piccole dette subatomiche. Rimane valida la seguente definizione di atomo:
L'atomo è la più piccola parte di un elemento che ne mantiene le caratteristiche.

L'elettrone
Delle tre particelle che costituiscono l’atomo, l’elettrone è il più leggero, la sua massa è
infatti: me = 9.1 × 10-28 gr. L’elettrone viene abbreviato con il simbolo “e”. L’elettrone è privo di struttura interna, cioè è una particella fondamentale in quanto non composta da altre più piccole, la carica di questo è negativa.
La scoperta degli elettroni nel 1897 avviene da parte di J.J.Thompson. Egli mentre studiava la natura dei raggi catodici per mezzo di tubi a scarica nei gas, scoprì tramite delle scariche elettriche prodotte da lui stesso all’interno di un tubo che conteneva un gas rarefatto un flusso di particelle con carica negativa, che venivano dal catodo, e costituenti quindi i raggi catodici. Il fisico arrivò alla conclusione che con qualunque gas e materiale usato per l’apparecchiatura il risultato sarebbe stato il medesimo, e dedusse che queste particelle chiamate in seguito elettroni facevano parte dell’atomo stesso. In seguito scoprì che un elettrone è all’incirca 1840 volte più piccolo di un atomo di idrogeno (H).




Il protone
Il protone è, insieme al neutrone, uno dei 2 costituenti del nucleo atomico. Il protone è molto più pesante dell'elettrone; la sua massa è infatti circa 2000 volte quella dell'elettrone. mp = 1.67 × 10-24 gr. Il protone viene comunemente abbreviato con il simbolo “p”, e la sua carica elettrica è uguale a quella dell'elettrone ma ha segno opposto, ovvero è positiva: QP = + e. La scoperta del protone non è legata ai risultati di un esperimento preciso. Intorno al 1920, si accertò che non esisteva alcun componente nucleare di carica positiva più leggero dell'atomo di idrogeno e si arrivò alla conclusione che il costituente fondamentale dei nuclei atomici fosse il nucleo di idrogeno, che fu chiamato protone. La sua scoperta viene generalmente attribuita a Ernest Rutherford.



Il neutrone
Il neutrone è, insieme al protone, uno dei 2 costituenti del nucleo atomico. La massa del neutrone è di circa 10% maggiore a quella del protone. Il raggio del neutrone è rn = 1 fm, come quello del protone. Il neutrone viene comunemente abbreviato con il simbolo “n”, e non possiede carica elettrica, ovvero è una particella elettricamente neutra. Nel 1932, Chadwick, sulla base dei risultati di alcuni esperimenti da lui eseguiti su questa nuova radiazione, constatò che questa non poteva essere radiazione elettromagnetica, ma particelle neutre (cioè con carica elettrica nulla) di massa circa uguale a quella del protone; il neutrone.





Ernest Rutherford
Fisico, ideò il modello planetario dell'atomo; fu tra i primi a comprendere la natura della disintegrazione spontanea degli atomi radioattivi degli elementi ed a conseguire la disintegrazione artificiale del nucleo, ponendo così le basi della "teoria della radioattività". Per questo, nel 1908, gli fu assegnato il premio Nobel per la chimica.
Nel 1895 vince una borsa di studio per il famoso Laboratorio Cavendish di Cambridge, diretto da J.J.Thomson, ove svolse importanti ricerche che gli meritarono, nel 1897, la cattedra di fisica all'Università di Montreal, dove iniziò lo studio della radioattività.Nel 1907 ottenne una cattedra all'Università di Manchester; nel 1918 viene nominato "socio straniero" dell'Accademia Nazionale dei Lincei. Nel 1919 successe a Thomson nella cattedra all'Università di Cambridge e nella direzione dei Laboratori Cavendish, uno dei traguardi maggiormente ambiti nel mondo scientifico.Fu eletto membro onorario di quasi tutte la Accademie scientifiche del mondo, ed alla sua morte fu sepolto a Westminster.
Non comprese la teoria della relatività ma sostenne Bohr nelle ricerche di fisica quantistica e con i suoi esperimenti sulle particelle a giunse al concetto di nucleo dell'atomo, chiave di volta di tutta la fisica moderna.

Dalton

Dalton disse "Tutti i fluidi elastici espandono la stessa quantità di calore". He also clarified what he had pointed out in Meteorological Observations —that the air is not a vast chemical solvent as Antoine-Laurent Lavoisier and his followers had thought, but a mechanical system, where the pressure exerted by each gas in a mixture is independent of the pressure exerted by the other gases, and where the total pressure is the sum of the pressures of each gas. Ha inoltre chiarito ciò che aveva sottolineato nelle osservazioni meteorologiche, che l'aria non è un grande solvente chimico come Antoine-Laurent Lavoisier e i suoi seguaci avevano pensato, ma un sistema meccanico, dove la pressione esercitata da ciascuno dei gas in una miscela è indipendente dalla pressione esercitata dagli altri gas, e in cui la pressione totale è la somma delle pressioni di ciascun gas. In explaining the law of partial pressures to skeptical chemists of the day—including Humphry Davy—Dalton claimed that the forces of repulsion thought to cause pressure acted only between atoms of the same kind and that the atoms in a mixture were indeed different in weight and "complexity."


Ha provveduto a calcolare pesi atomici da composizioni percentuali di composti, utilizzando un sistema arbitrario per determinare la probabile struttura atomica di ogni composto. If there are two elements that can combine, their combinations will occur in a set sequence. Se ci sono due elementi che possono unire le loro combinazioni si verifica una sequenza. The first compound will have one atom of A and one of B; the next, one atom of A and two atoms of B; the next, two atoms of A and one of B; and so on. Il primo sarà composto di un atomo di A e uno di B, il prossimo, un atomo di A e da due atomi di B, il prossimo, due atomi di A e uno di B, e così via. Hence, water is HO. Per questo motivo, l'acqua è HO.



J.J. Thomson

Nel 1897 il fisico Joseph John (JJ) Thomson (1856-1940) scoprì l'elettrone in una serie di esperimenti volti a studiare la natura della scarica elettrica in un tubo catodico, un settore oggetto di indagine da numerosi scienziati. Nel 1904 ha suggerito un modello di atomo come una sfera di materia positivo in cui gli elettroni sono posizionati da forze elettrostatiche. His efforts to estimate the number of electrons in an atom from measurements of the scattering of light, X, beta, and gamma rays initiated the research trajectory along which his student Ernest Rutherford moved. I suoi sforzi per stimare il numero di elettroni in un atomo di misurazione della dispersione di luce, X, beta, raggi gamma e ha avviato il percorso di ricerca lungo il quale il suo allievo Ernest Rutherford fu mosso. Thomson's last important experimental program focused on determining the nature of positively charged particles.

Ernest Rutherford

Fisico, ideò il modello planetario dell'atomo; fu tra i primi a comprendere la natura della disintegrazione spontanea degli atomi radioattivi degli elementi ed a conseguire la disintegrazione artificiale del nucleo, ponendo così le basi della "teoria della radioattività". Per questo, nel 1908, gli fu assegnato il premio Nobel per la chimica.

Atomo

L'atomo è la più piccola parte di un elemento che ne conserva le proprietà chimiche.
L'atomo è costituito da protoni, neutroni ed elettroni. Protoni e Neutroni (che sono costituiti da quark) formano il nucleo e determinano il numero di massa dell'atomo, mentre gli elettroni ruotano attorno al nucleo in dei gusci e sono tanti quanti sono i protoni. Il numero dei Protoni corrisponde al numero atomico.
Ogni elemento è formato da atomi che, pur avendo uguale numero atomico, hanno diversa massa atomica. Ciò é dovuto alla possibilità di un differente numero di neutroni nella struttura nucleare. Tali atomi sono detti isotopi, alcuni dei quali sono instabili e, quindi, radioattivi.
Protone
Particella con carica elettrica positiva. I protoni sonocontenuti nel nucleo di un atomo. Il loro numero è uguale a quello degli elettroni, il che rende l'atomo bilanciato elettricamente. Il numero dei protoni nell'atomo di un elemento è il numero atomico di quell'elemento.

Neutrone
Particella atomica che non ha carica elettrica. I neutroni sono contenuti nel nucleo di un atomo assieme ai protoni. Sia i Protoni che i Neutroni hanno massa uguale a 1. Il numero totale dei Neutroni e dei Protoni negli atomi di un elemento ne determina la massa atomica. In genere il numero dei Neutroni è pari a quello dei Protoni.

Neutrone, Elettrone, Protone.

Neutrone.
La scoperta del neutrone risale al 1932 e si deve al fisico inglese Chadwick (nobel 1935). Insieme al protone è uno dei costituenti del nucleo atomico. La sua massa è circa 10% maggiore di quella del protone; non pèossiede carica elettrica, ovvero è una particella elettricamente neutra. I neutroni, pur essendo globalmente neutri, sono composti da particelle cariche e devono avere al loro interno una distribuzione spaziale di carica misurabile. Il neutrone appartiene alla famiglia degli androni ed è soggeto pertanto sia alle interazioni forti che a quelle deboli. Sia il protone che il neutrone vengono definiti nucleoni, in quanto costituiscono i nuclei atomici. I neutroni sono composti da 3 quarks e precisamente da due down e un up (n=ddu).
La prima ipotesi dell'esistenza del neutrone fu fatta da Rutherford nel 1920. Fu lui a ipotizzare che un protone poteva essere legato a un elettrone formando così un'unica particella: il neutrone. I n questo modo Rutherford cercò di superare le difficoltà presentate dall'ipotesi del confinamento degli elettroni nei nuclei. L'idea del neutrone offrì la soluzione del problema anche se questo non poteva essere considerato come l'aggregazione di un elettrone e di un protone.
Nel 1930 Bothe e Becker osservarono l'emissione di una radiazione neutra mentre bombardavano con particelle α su campioni di berilio. La possibile presenza del neutrone anche all'esterno del nucleo negava che questo fosse un aggregato di elettrone e protone come invece affermò Rutherford. Dopo questa scoperta si sviluppò un'intensa ricerca per capire questo tipo di radiazione.Nel 1932 Chadwick, dopo aver eseguito diversi esperimenti su questa radiazione, affermò che questa non poteva essere una radiazione elettromagnetica, e ipotizzò che il neutrone fosse una nuova particella neutra.


Elettrone.
L'elettrone è la particella più piccola e leggera fra quelle che costituiscono gli atomi. E' una particella fondamentale in quanto è privo di struttura interna e la sua carica è negativa. La sua scoperta è dovuta a J.J.Thomson,che l'ha scoperta nel 1897. Il fisico, mentre studiava la conduzione elettrica nei gas, scoprì che facendo passare delle scariche elettriche attraverso un gas molto rarefatto contenuto in un tubo di vetro , si producevano dei raggi luminescenti provenienti dal catodo (polo negativo), chiamati quindi raggi catodici. Thomson comprese che i raggi erano composti di particelle dotate di carica elettrica negativa e di massa piccolissima,uguali fra loro qualunque fosse il gas usato: le particelle così chiamate furono chiamate elettroni. Thomson capì quindi di trovarsi davanti a parti di atomo e ipotizzò perciò che l'atomo non fosse indivisibile come si era creduto fino ad allora.


Protone.
Il protone è insieme al neutrone uno dei due costituenti del nucleo atomico, ed è dotato di carica elettrica positiva. La sua scoperta generalmente viene attribuita a Ernest Rutherford, sebbene il fisico tedesco Eugene Goldstein ne avesse ipotizzato in precedenza l'esistenza per poter spiegare i suoi esperimenti. La sua massa è quasi uguale a quella del protone e maggiore di circa 2000 volte rispetto a quella dell'elettrone. La scoperta di questa particella non è legata ai risultati di un preciso esperimento, com'è invece avvenuto per le altre particelle; infatti, intorno al 1920, si accertò che non esisteva alcun componente nucleare di carica positiva più leggero dell'atomo di idrogeno e si arrivò dunque alla conclusione che il costituente fondamentale dei nuclei atomici fosse il nucleo di idrogeno, che fu chiamato protone (dal greco proton = primo).

Dalton

All'inizio del 1800 lo scienziato inglese John Dalton formulò la prima teoria atomica della materia scientificamente valida. Dalton si rese conto che questa ipotesi forniva una perfetta chiave di interpretazione di tutte le fondamentali leggi della chimica a quei tempi già note. Il termine atomo (dal greco: indivisibile) fu ripreso dal filosofo greco Democrito che per primo, nel IV sec. a.C., aveva ipotizzato che la materia fosse costituita da particelle indivisibili. Quella di Democrito era una teoria filosofica, non si basava cioè su dati oggettivi e non incontrò daltronde un grande favore. Nei secoli che seguirono, infatti, le interpretazioni più seguite furono altre e fu necessario aspettare 2000 anni perchè queste idee riprendessero piede. Dal 1800 a oggi la teoria atomica di Dalton ha avuto continue conferme e da non molti anni, attraverso l'uso di tecniche microscopiche sofisticate, è stato anche possibile ottenere immagini dirette di alcuni atomi.I punti principali della teoria atomica di Dalton sono:La materia ha una natura discontinua ed è costituita da particelle microscopiche non ulteriormnte divisibili (atomi).Gli atomi di uno stesso elemento sono tutti uguali.Gli atomi di elementi differenti sono diversi.Nei composti e nelle reazioni chimiche non possono essere presenti che numeri interi di atomiAnche la teoria di Dalton tuttavia dovette ben presto essere modificata. Le nuove scoperte fatte tra la fine del 1800 e l'inizio del 1900 dimostrarono infatti che l'atomo è divisibile e costituito da particelle più piccole dette subatomiche. Rimane valida la seguente definizione di atomo:"L'atomo è la più piccola parte di un elemento che ne mantiene le caratteristiche."

John Dalton

John Dalton (1766-1844) scienziato inglese, fondatore dell'atomistica moderna, studia e chiarisce le relazioni ponderali fra gli elementi. Enuncia la "legge delle pressioni parziali".

Egli usò simboli nuovi per identificare gli atomi, ma anche per alcuni composti. Per ogni elemento, la base del simbolo è un cerchio ma prevede anche lettere e simboli grafici.

IL PROTONE

Il protone è la particella elementare che costituisce il nucleo dell'atomo di idrogeno e, con il neutrone, forma l'unità base di tutti i nuclei atomici. Infatti il termine "protone" deriva dal greco e significa "primo", ossia è la particella che occupa il primo posto nella struttura del nucleo atomico.La materia, nelle sue meravigliose diverse realtà, è data dalle diverse combinazioni di soli 92 atomi (i 92 elementi chimici), che si differenziano fra loro per il "numero atomico" e la "massa atomica".Il numero atomico corrisponde al numero di protoni di cui sono provvisti i loro nuclei, che va da 1 per l'idrogeno a 92 per l'uranio.La massa atomica, che è quasi interamente concentrata nel nucleo e varia in modo discontinuo, dipende dal numero di particelle (protoni e neutroni) che sono contenute nel nucleo: l'elemento più leggero è l'idrogeno, quello più pesante l'uranio.La carica elettrica del protone è uguale in valore assoluto a quella dell'elettrone, ossia di 1,60210·10-19C (Coulomb), ma di segno positivo e la sua massa, pari a 1,6724·10-24g, ( o 1u.m.a.) è uguale a 1836,1 volte quella dell'elettrone.La massa dei componenti atomici può essere espressa, come vedete, anche in "unità di massa atomica" (u.m.a.), pari a 1/12 della massa dell'isotopo 12 del carbonio, che ha massa 12.Attraversando la materia il protone perde energia, cedendola agli elettroni del corpo, e subendo un rallentamento della sua corsa.Le ultime teorie fanno però supporre che il protone non sia una particella indivisibile, ma bensì che nel suo interno esista addirittura un universo in miniatura, ancora sconosciuto ed avvolto nel mistero.

http://www-news.uchicago.edu/fermi/Group29/fermi/protone.htm

Rutherford

Rutherford si servì di un semplice laboratorio sperimentale in cui erano presenti alcuni pannelli fluorescenti, i ricevitori disposti a cerchio, e nel centro una sottile lamina di oro. Su questa lamina venivano convogliate delle particelle alpha, ovvero due protoni e due neutroni, prodotte da un materiale radioattivo.
La maggior parte delle particelle emesse dal materiale radioattivo riuscivano a passare la sottile lamina di oro ma, con grande sorpresa dello scienziato, alcune particelle venivano deviate ed altre ancora respinte dalla lamina. L'energia cinetica delle particella alpha era sufficiente a passare attraverso l'oro, anche secondo la concezione Thomsoniana, ma l'esperimento dimostrava il contrario.
Rutherford comprese che la maggior parte delle particelle alpha passava attraverso la lamina d'oro perchè questa era formata da elementi aventi un nucleo e un orbitale elettronico tenuto a distanza da esso. Gli elettroni non sono stazionari, come previsto da Thomson ma sono in continuo movimento intorno al nucleo proprio come i pianeti del sistema solare lo sono intorno al sole.

Limiti del modello atomico di Rutherford. Sebbene gli esperimenti e le analisi del professor Rutherford fossero state di fondamentale importanza per colmare la lacune introdotte dal modello atomico di Thomson non era ancora stato spiegato come mai gli elettroni non cedevano energia all'esterno mentre orbitavano attorno al nucleo. La eventuale spinta cinetica, ovvero l'energia di movimento, poteva far orbitare l'elettrone per poco tempo e avrebbe dovuto essere rinnovata da qualcosa, a discapito di un consumo energetico, ma così non era. Eppure l'elettrone doveva orbitare intorno al nucleo ma, allo stesso tempo, non perdere energia evitando così di collassare dopo breve tempo. La risposta a queste domande fu data dal modello di Bohr, che dopo pochi anni rispetto al modello atomico di Rutherford, illustrò una particolarità dell'elettrone sfuggita a quest'ultimo.

I Quark

Non tutte le particelle che compongono l'atomo sono particelle elementari, ciò vuol dire che alcune particelle sono a loro volta composte da altre particelle più piccole.In particolare il protone e il neutrone sono composti da altre particelle dette quark. La teoria dei quark venne avanzata per la prima volta nel 1963 dai fisici statunitensi Murray Gell-Mann e George Zweig,che ipotizzarono di poter spiegare le proprietà di molte particelle considerandole composte da quark elementari. I quark si differenziano dai leptoni, l'altra famiglia di particelle elementari, per la carica elettrica e sono in tutto sei:
1. Quark Up, detto anche quark-u.
2. Quark Down, detto anche quark-d.
3. Quark Strange, detto anche quark-s.
4. Quark Charm, detto ache quark-c.
5. Quark Bottom, detto anche quark-b.
6. Quark Top, detto anche quark-t.
I quark vengono tenuti insieme tra loro dalla forza forte, la stessa che lega tra loro protoni e neutroni. I quark inoltre decadono, a causa della forza debole. Essi a volte si traformano da up a down e viceversa, cambiando in questo modo anche i protoni, i quali diventano neutroni e viceversa.Il loro decadimento produce altre particelle, tra le quali i bosoni e gli antineutrini (ciò è definito decadimento beta, comportamento radioattività scoperto da Fermi nel 1933).

Di seguito il link di un video che spiega il modello atomico di Rutherford:
http://www.youtube.com/watch?v=s4rTK3MkmE8&feature=PlayList&p=3FEA5DAEA9B18FC6&playnext=1&index=17