Esperimento di Rutherford 1909 Modelli Atomici Descriviamo brevemente i modelli atomici più importanti che storicamente  sono stati proposti. Modello di Thomson 1897 Esperimento di Rutherford 1909 Modello di Bohr 1913

L'ipotesi che la materia sia formata da atomi risale a Democrito (400 a.c.). Atomo, in greco, significa "non divisibile". L'idea atomistica fu però avversata da Aristotele che, successivamente, divenne il filosofo "ufficiale" della chiesa. Per questo motivo dobbiamo aspettare addirittura fino al 1800 perché gli scienziati riprendessero in considerazione l'ipotesi atomica.

Nel 1898 Thomson propose il primo modello fisico dell'atomo Nel 1898 Thomson propose il primo modello fisico dell'atomo. Egli immaginò che un atomo  fosse costituito da una sferetta di materia caricata positivamente (protoni e neutroni non erano  stati ancora scoperti) in cui gli elettroni negativi (da poco scoperti) erano immersi.    1897: Thomson scopre l’ elettrone Modello a “panettone”

IL MODELLO ATOMICO DI THOMSON (1898) J.J. Thomson (1856 – 1940) E’ la prima struttura atomica che tiene conto della carica elettrica L’atomo è una minuscola sfera omogenea, dotata di carica positiva diffusa, entro cui sono incorporati gli elettroni in numero sufficiente da rendere nulla la carica totale Tale modello è stato anche definito a panettone: la massa della pasta rappresenterebbe la carica positiva diffusa, mentre gli elettroni corrisponderebbero all’uvetta.

Nel 1909 Rutherford fece un esperimento cruciale per mettere alla prova il modello di Thomson. Bombardò un sottilissimo foglio di oro con raggi alfa (atomi di elio completamente ionizzati, ciò  privati degli elettroni). L'esperimento portò alla constatazione che i raggi alfa non erano quasi mai  deviati. Essi attraversavano il foglio di oro senza quasi mai esserne disturbati. Solo alcuni raggi  alfa (1 %) erano deviati dal foglio di oro e lo erano in modo notevole (alcuni, addirittura, venivano  completamente. respinti).   1909: Esperimento di Rutherford Il modello di Thomson è SBAGLIATO!! Previsione Risultato

Cosa ci si aspettava? Se la massa, in accordo con Thomson, era distribuita uniformemente tutte le particelle dovevano attraversare la lamina indisturbate

Cosa ottenne? “Fu il fatto più incredibile che mi fosse capitato…Era così incredibile come se sparando un proiettile di 15 pollici su un foglio di carta esso tornasse indietro e vi colpisse…”

+ IL MODELLO ATOMICO DI RUTHERFORD (1911) La carica positiva e quasi tutta la massa sono racchiuse nel nucleo centrale Gli elettroni ruotano intorno al nucleo come i pianeti intorno al Sole Il nucleo è piccolissimo (10-15m) in confronto al resto dell’atomo (10-10m) L’atomo è praticamente vuoto +

Sulla base di questo fondamentale esperimento, Rutherford propose un modello di atomo in  cui quasi tutta la massa dell'atomo è concentrata in una porzione molto piccola, il cosiddetto nucleo (caricato positivamente) e gli elettroni gli ruotano attorno così come i pianeti ruotano attorno al sole.

+ - Modello planetario orbita sole pianeta forza centrifuga = forza di gravitazione tra sole e pianeta + nucleo orbita elettrone -

Il nucleo è così concentrato che gli elettroni gli ruotano attorno a distanze relative enormi.  Il modello di Rutherford ha però un grande "difetto" che lo mette in crisi. Secondo la  teoria elettromagnetica una carica in movimento accelerato (non in moto rettilineo uniforme) emette onde elettromagnetiche e quindi perde energia. Per questo motivo, gli elettroni dell'atomo di Rutherford, perché ruotano su orbite circolari, dovrebbero emettere onde  elettromagnetiche e quindi, perdendo energia, cadere nel nucleo cosa che invece non  accade, perché gli atomi sono oggetti molto stabili (la materia appare normalmente  stabile). MODELLO “PLANETARIO” DELL’ATOMO

Nel 1913 Bohr propose una modifica concettuale al modello di Rutherford. Pur accettandone l'idea di "modello planetario", postulò che gli elettroni avessero a disposizione orbite di “parcheggio” fisse nelle quali non emettono né assorbono energia. Un elettrone emette od assorbe energia  elettromagnetica sotto forma di onde elettromagnetiche solo se "salta" da un'orbita all'altra.

L’ATOMO DI BOHR Bohr 1913 Questa idea, non compatibile con le leggi della fisica classica (di Newton), si basa sulle idee della  nascente meccanica quantistica.

L’atomo di Bohr Bohr considera l’atomo formato da un nucleo centrale, nel quale risiede quasi tutta la massa, e dagli elettroni che ruotano intorno al nucleo descrivendo orbite ben precise (stazionarie). Gli elettroni possono acquistare o cedere energia per passare da un orbita all’altra, la quantità di energia acquistata o ceduta è pari alla differenza di energia esistente tra le due orbite. Nella figura accanto sono rappresentate le sette orbite stazionarie ipotizzate da Bohr. Secondo Bohr l’elettrone emette o assorbe energia soltanto se questa gli consente di passare da un orbita stazionaria all’altra.

Il modello di Bohr spiegava molto bene l'atomo di idrogeno ma non quelli più complessi. ( secondo voi perché???????)

Successivamente, si pervenne ad un modello atomico più coerente ai grandi progressi che la  meccanica  quantistica nel frattempo aveva fatto. Nel 1930 fu scoperto il neutrone per cui si pervenne presto ad un modello dell'atomo pressoché completo in cui al centro vi è il nucleo composto di protoni (positivi) e neutroni (protoni e neutroni  si chiamano collettivamente nucleoni) ed attorno vi ruotano gli elettroni.  Anche l'idea di come gli elettroni ruotano attorno al nucleo venne profondamente modificata alla  luce delle scoperte della meccanica quantistica.

Fu abbandonato il concetto di orbita e fu introdotto il concetto di orbitale. Secondo la meccanica quantistica un elettrone non è descrivibile in termini di traiettoria. Non si può quindi affermare con certezza dove un elettrone si trova in un certo istante né dove si  troverà in un istante successivo. Si può solo conoscere la probabilità di trovare l'elettrone in  un certo punto dello spazio. Un orbitale non è una traiettoria in cui un elettrone (secondo le idee della fisica classica) può stare, è invece una "nuvoletta" di probabilità in cui si può trovare l'elettrone.

Esempi di orbitali per l'atomo di idrogeno dove maggiore luminosità significa maggiore probabilità  di trovare l'elettrone (in sezione) :

Orbitali d

Orbitali p