L’atomo (dal greco àtomos, indivisibile) è una struttura nella quale è normalmente organizzata la materia nel mondo fisico o in natura. Più atomi formano le molecole, mentre gli atomi sono a loro volta formati da costituenti subatomici quali i protoni (con carica positiva), i neutroni (privi di carica) e gli elettroni (con carica negativa). A loro volta, protoni e neutroni, sono formati da particelle più piccole chiamatequarks (quark up, quark down, quark strange e quark charm).
Come siamo arrivati a cogliere I misteri della materia?
Il concetto di atomo è stato introdotto nel mondo greco nel V secolo a.C. dai filosofi pluralisi. Per Democrito, considerato il padre dell’atomismo, gli atomi sono indivisibili, immutabili, infiniti e indistruttibili e le loro infinite combinazioni danno luogo ai fenomeni che noi conosciamo e vediamo. L’idea di atomo elaborata da Democrito si allontanava dalla prospettiva elaborata da un altro pluralista: Anassagora. Questi riteneva che gli atomi potessero essere formati a loro volta da parti più piccole: i semi, infinitamente divisibili, distinti su basi qualitative, presenti in ogni cosa.
Con il passare del tempo, l’atomismo subì numerosi attacchi ma non fu mai del tutto accantonato perché illustrava in maniera soddisfacente alcune semplici proprietà della materia, negli stati solido, liquido e aeriforme.
Durante il Medioevo e il Rinascimento, la storia della chimica e degli atomi si confonde con quella dell’alchimia, disciplina caratterizzata da misticismo e mistero. Anche se non si parla mai esplicitamente di atomi, già nel Duecento si discute dei «corpuscoli» che costituiscono la materia. Nel Seicento Robert Boyle,Il padre della chimica moderna, cui dobbiamo il merito di “aver dato inizio alla transizione dall’alchimia alla chimica moderna”,elaborò l’ipotesi che i gas fossero costituiti da particelle microscopiche che si urtavano tra loro. La paura a chiamare queste particelle atomi è giustificata dal comportamento della Chiesa cattolica, che nel 1632 aveva messo al bando da tutte le scuole dei Gesuiti l’insegnamento della teoria atomistica, considerata ai confini con l’eresia. I chimici che alla fine del Settecento hanno contribuito alla nascita della chimica classica non si interrogano sulla natura della materia: Antoine Laurent Lavoisier e Joseph Louis Proust.
A Lavoisier si deve la legge di conservazione della massa: in una reazione chimica la somma delle masse dei reagenti (le sostanze di partenza) è uguale alla somma delle masse dei prodotti (le sostanze che si hanno alla fine). Per questo spesso si dice che in chimica niente si crea e niente si distrugge: nel corso delle reazioni le sostanze sono soggette a trasformazioni. Il chimico francese Joseph Proust enunciò invece la legge delle proporzioni definite, secondo cui in ogni composto gli elementi sono presenti secondo rapporti definiti e costanti, a differenza di quello che accade per i miscugli.
Gli atomi di Democrito tornarono alla ribalta all’inizio dell’800, al nascere della chimica moderna. Secondo l’intuizione del chimico e fisico inglese John Dalton, il concetto di atomo, era l’unico in grado di spiegare le leggi fondamentali della chimica.
Nel primo decennio dell’Ottocento, Dalton enunciò la teoria atomica: la materia è costituita da atomi indivisibili e indistruttibili; gli atomi di uno stesso elemento chimico sono uguali tra loro, quelli di elementi diversi hanno proprietà diverse. Dalton chiamò ogni combinazione di atomi molecola, che è il più piccolo costituente di un composto chimico. L’atomo è quindi necessario per spiegare le leggi della conservazione della massa, delle proporzioni definite e delle proporzioni multiple. Nel 1897, Joseph John Thomson scopre l’elettrone, una particella di carica negativa, e si fa strada l’idea che gli elettroni possano essere presenti all’interno di tutti gli atomi. In quegli anni, infatti, Henri Becquerel e i coniugi Curie dimostrano che alcuni elementi sono radioattivi, cioè possono emettere particelle cariche. Se gli atomi possono emettere particelle cariche, è necessario ipotizzare che esse siano parte costituente di tutti gli atomi. All’inizio del ventesimo secolo, però, non si sa come le cariche positive e negative siano disposte all’interno degli atomi. Thomson propone un modello atomico in cui l’atomo è una sfera di carica positiva al cui interno si trovano gli elettroni. Gli esperimenti condotti da Ernest Rutherford nel 1911 smentiscono il modello di Thomson, e portano alla ribalta il modello planetario in cui l’atomo è composto da un nucleo centrale di carica positiva intorno a cui ruotano gli elettroni negativi. Tutti i modelli atomici proposti implicano il superamento dell’indivisibilità dell’atomo che era stata postulata da Democrito. Oggi sappiamo che l’atomo è costituito da particelle negative chiamate elettroni che ruotano intorno al nucleo, particelle positive (chiamate protoni) e particelle neutre (chiamate neutroni). Non solo l’atomo è divisibile, ma, come si scoprirà poi, anche le particelle subatomiche che costituiscono il nucleo sono a loro volta composte. Con l’avvento della meccanica quantistica negli anni Venti del Novecento, infine, non si parla più di elettroni rotanti e di orbite, ma di equazioni matematiche e funzioni d’onda. La scienza è affascinante per tanti motivi, uno di questi è sicuramente il fatto che riesce a prevedere l’esistenza di qualcosa che non si può osservare e, in alcuni casi, neppure sospettare possa esistere. Si intreccia con intuizioni filosofiche o metafisiche dimostrando, con il tempo, la loro fondatezza.
Francesca Menerella