Già nel 600 a.C. gli antichi Greci erano a conoscenza che, strofinando con della lana un pezzo di ambra, questo riusciva ad attirare a sé piccoli oggetti leggeri, attribuivano questo fenomeno ad un ‘fluido’ contenuto nell’ambra, chiamata “Elektron ” .
Intorno al 500 a.C. Leucippo e Democrito, si chiedono quante volte la materia si sarebbe potuta dividere a metà, arrivando alla definizione di ‘atomo’, che in greco significa ‘indivisibile’, la particella alla base della materia.
Dopo più di 2000 anni, nel 1800 ,John Dalton, riprese gli studi sulla materia, basandosi sulle sue ricerche e sulle conclusioni di altri suoi due colleghi: Lavoisier e Proust, elaborò una teoria scientifica che dimostrava come la materia dovesse essere costituita da particelle elementari. Dalton chiamò questa particella: atomo, diventato oramai un’ entità materiale reale.
Quasi un secolo più tardi, nell’anno 1897 il fisico inglese J.J. Thomson condusse un esperimento sulle proprietà elettriche della materia. Inaspettatamente lo scienziato scoprì che la materia era formata da particelle cariche negativamente. Thomson chiamò queste particelle: elettroni. Dedusse anche che se esistevano le cariche negative, dovevano esistere anche quelle positive. Nasceva il primo modello atomico: l’atomo a panettone.
Nel 1911 Ernest Rutherford indagò sulla struttura atomica: bombardando una sottilissima lastra d’oro con delle particelle alfa si accorse che l’atomo era sostanzialmente vuoto, come un piccolo sistema solare, da cui il nome di ‘modello atomico planetario’ con il nucleo al centro e gli elettroni intorno.
Il fisico Niels Bohr, nel 1912, applicò una innovativa teoria elaborata da Max Plank. Plank spiegò che l’energia emessa non fosse graduale, ma fosse emessa ‘a pacchetti’ discreti chiamati quanti. Era nata la fisica quantistica.
Bohr, quindi, applicò all’atomo questa teoria e concluse : 1. L’elettrone staziona su orbite ad una certa distanza dal nucleo; 2. L’elettrone può ‘saltare’ da una orbita ad un’altra soltanto se riceve il giusto ‘quanto’ di energia. Se non riceve o perde questo ‘quanto’ di energia, esso permane nella sua orbita.
Nel 1924, il fisico Louis De Broglie, studiando le conclusioni di Einstein sull’effetto fotoelettrico, avanzò l’ipotesi che anche gli elettroni avrebbero potuto comportarsi allo stesso modo: cioè essere a volte come onde elettromagnetiche e a volte come delle particelle.
Successivamente il fisico Werner Heisenberg, nel 1925, elaborò una sua teoria considerando l’elettrone come una particella. Costruì un modello matematico utilizzando il calcolo con le matrici. Le conclusioni di queste operazioni matematiche furono le stesse di un allora sconosciuto fisico austriaco: Erwin Schrodinger
Nel 1926 le idee di De Broglie furono raccolte da Schrodinger. Egli pensò: se l’elettrone può comportarsi come un’onda, perché non utilizzare le equazioni delle onde elettromagnetiche per descrivere il suo comportamento attorno al nucleo ? L’equazione di Schrodinger era una funzione matematica che, dunque, descriveva il comportamento dell’elettrone attorno al nucleo. Nello stesso anno un altro fisico tedesco, Max Born, perfezionò l’equazione di Schrodinger ‘unendola’ con le conclusioni di Heisemberg: le soluzioni dell’equazione d’onda definivano una zona attorno al nucleo dove la probabilità di trovare l’elettrone era massima: l’orbitale. L’orbitale è, dunque, un luogo dello spazio attorno al nucleo dove si può trovare l’elettrone. Dalle soluzioni risulta, inoltre, che gli orbitali hanno diverse forse e sono posizionati a distanze diverse attorno al nucleo. Le teorie di Rutherford, Bohr, Sommerfel, Schrodinger e Heisenberg finalmente combaciavano in un unico modello atomico.
Nel 1927 Heisenberg elaborò la sua più importante conclusione: il principio di indeterminazione di Heisemberg. Tale principio afferma che è impossibile determinare la posizione e la velocità di un elettrone nello stesso momento. Questa conclusione si adattava perfettamente al concetto di orbitale.
In fine nel 1932 il fisico James Chadwick scopre che la massa mancante del nucleo dipenda dall’esistenza di una terza particella sub-atomica: il neutrone. Con questa scoperta si fa luce anche sulla differenza tra le masse degli stessi elementi: si scoprono gli ‘isotopi’.
L’idea di atomo ha subito una grande trasformazione dal 600 al 500 a.C. passando da un’idea puramente astratta ad una più specifica e fondata, con Democrito e Leucippo. Dopo un periodo di stallo, Dalton è riuscito a fare un passo avanti nell risoluzione di questo importantissimo problema. Dalton diede il via ad un domino che nel giro di 130 anni portò a consolidare la teoria atomica. Una volta fatta luce sulle scoperte di Dalton, il fisico Thomson ha sperimentato e arricchito il bagaglio di nozioni sull’atomo. Tale processo caratterizza la corsa, che negli anni successivi ha portato alla definitiva consolidazione della teoria atomica. Corsa caratterizzata da un susseguirsi di esperimenti e di teorie anche sbagliate.
Matteo Manfredi