L’atomo è l’unità elementare che conserva inalterate le proprietà chimiche e fisiche della materia. E’ composto da particelle subatomiche dette protoni, neutroni e protoni. I protoni e i neutroni formano il nucleo dell’atomo mentre gli elettroni vi orbitano intorno. Questa è la definizione di atomo che tutti condividono, ma si è mai pensato da dove viene questa affermazione? O da dove viene l’atomo?
La storia dell’atomo è molto importante perché possiamo affermare che nel corso degli anni ci sono stati grandi progressi a livello scientifico. Sono stati notevolmente sviluppati anche gli strumenti per condurre gli esperimenti sugli atomi; dal semplice pensiero di Democrito si è passati ad esperimenti complessi con l’utilizzo di strumenti molto precisi. I primi in assoluto ad affermare l’ esistenza dell’atomo furono principalmente i filosofi Democrito ed Epicureo. Secondo Democrito tutta la realtà è costituita da atomi che si muovono incessantemente nel vuoto. Gli atomi sono particelle elementari, indivisibili, differenti tra loro solo per caratteristiche quantitative o oggettive come la forma, la grandezza, l’ordine e la posizione, dotate di movimento eterno che è ad esse connaturato. L’ipotesi di Democrito non è del tutto completa e corretta, ma questo è dovuto alla mancanza di mezzi ed esperimenti appropriati. Nel 1803 J. Dalton, analizzò la legge di Lavoisier e la legge di Proust, incrociando i dati ottenuti da questi scienziati con quanto espresso nella legge da lui stesso enunciata nota oggi come legge di Dalton. Egli intuì che solo immaginando la materia costituita da atomi piccolissimi, indivisibili, indistruttibili e non creabili, si potevano spiegare le tre leggi sopra indicate e formulò quello che oggi è noto come il modello atomico di Dalton.
L’atomo che noi oggi conosciamo, è il risultato degli esperimenti fatti da alcuni scienziati e dalle scoperte che molti studiosi hanno fatto nel passato. Per esempio, Thomson nel 1897, aveva condotto esperimenti sulla conducibilità dei gas a bassa pressione, in seguito all’applicazione di una differenza di potenziale elevata. Applicando al tubo contenente il gas una ddp di 15000 volt, osservò sul vetro una luminescenza verde, dovuta a raggi che partivano dal catodo e proseguivano in linea retta, che Thomson chiamò raggi catodici. Essi caricavano negativamente la lamina di un elettrometro ed applicando un campo elettrico venivano deviati verso il polo positivo, il che fece supporre che avessero carica negativa. Dopo ulteriori studi, Thomson concluse che i raggi erano costituiti da ELETTRONI, cioè da particelle cariche negativamente aventi massa molto piccola (dell’ordine di 10-28 g, circa 1840 volte meno di un atomo di idrogeno). L’esperimento dava lo stesso risultato indipendentemente dai materiali usati, per cui gli elettroni erano probabilmente presenti in tutte le sostanze. L’elettrone rappresenta l’unità di carica negativa. Thomson aveva osservato anche una luminosità rossa, deflessa dai campi elettrici e magnetici in direzione opposta rispetto agli elettroni; questi raggi avevano, quindi, presumibilmente carica positiva, richiedevano per essere deviati campi più forti e la loro massa dipendeva dal gas usato (ad esempio, usando l’idrogeno la loro massa era praticamente uguale a quella degli atomi di idrogeno). Thomson concluse che per collisione tra i raggi catodici, cioè gli elettroni, e gli atomi di gas si ottenevano ioni positivi in seguito alla perdita di elettroni.
La particella positiva relativa all’idrogeno (H +) rappresenta l’unità di carica positiva, ha una massa dell’ordine di 10-24 g e fu chiamata PROTONE. Thomson, in base ai risultati ottenuti, ipotizzò che l’atomo fosse costituito da elettroni carichi negativamente immersi in una sfera carica positivamente e stabilizzati dal loro rapido moto. Thomson stabilì che l’atomo fosse neutro (le cariche positive e negative si bilanciavano) e che la massa fosse dovuta essenzialmente agli elettroni (fatto poi smentito). Rutherford ipotizzò l’esistenza di un nucleo centrale carico positivamente, in cui si concentrava praticamente tutta la massa dell’atomo, mentre gli elettroni occupavano un volume molto maggiore. In seguito ai suoi calcoli, il nucleo risultò essere circa 10 mila volte più piccolo rispetto all’atomo nel suo insieme. Il modello di Rutherford si serve di un modello planetario e considera ogni atomo come un piccolo sistema solare, con gli elettroni che ruotano attorno al nucleo. L’attrazione elettrostatica tra gli elettroni ed il nucleo permetterebbe di spiegare la stabilità dell’atomo. Fu un giovane fisico danese ad illuminare nel 1913 la strada verso la verità: Niels Bohr. Egli applicò ad alcuni concetti appresi presso il laboratorio di Rutherford le idee di quantizzazione introdotte da Planck ed ampliate da Einstain. Ipotizzò che gli elettroni si muovessero sì attorno al nucleo, ma secondo un moto simile a quello che della luna attorno alla terra (‘modello planetario’), sostituendo l’interazione gravitazionale con quella elettromagnetica. Dallo sviluppo di questo modello Bohr dedusse che gli elettroni atomici sono distribuiti a strati, nel senso che coprono orbite intorno al nucleo a diverse distanze (come i pianeti intorno al sole).
Suppose inoltre che esistessero delle orbite stabili sulle quali l’elettrone potesse rimanere senza perdere energia. Secondo quest’idea le orbite dell’elettrone venivano, quindi, quantizzate. Nonostante il successo, il modello di Bohr non fu accettato da tutti i fisici, soprattutto a causa delle ‘innovazioni’ introdotte dall’unione della fisica meccanica con quella quantistica. Il modello di Bohor, per quanto ormai vicinissimo alla realtà, lasciava ancora dei quesiti senza risposta. In seguito Arnold Sommerfeld riuscì ad ampliare questo modello, generalizzando ed aumentando le condizioni di quantizzazione imposte da Bohr. Grazie a queste e ad altre nuove idee i risultati delle misure sperimentali erano sempre più facilmente spiegabili. Lo sviluppo della compressione dell’atomo crebbe esponenzialmente, fin tanto che nel 1932 J.Chadwick pose l’ultimo tassello nella costruzione definitiva del modello atomico, scoprendo il neutrone.
Kaur Amanpreet