GLI ATOMISTI Leucippo e Democrito presero dal loro predecessore Parmenide (520 – 455 a. C.) l’idea di particelle elementari basilari, e da Eraclito quella del perenne movimento. Postularono l’esistenza di innumerevoli particelle sottili e solide, gli atomi, invisibili ed indivisibili. Gli atomi volteggiano eternamente nello spazio con un movimento continuo del tutto casuale in uno spazio infinito e vuoto. Democrito circa 460 - 370 a.C. I continui cambiamenti del mondo venivano spiegati come un incessante riaggregarsi degli immutabili atomi in diverse combinazioni. Rispetto a questa teoria si ebbe soltanto nel 1803 un significativo balzo avanti con il chimico Dalton. Secondo Democrito il motivo per cui si può tagliare in due una mela con il coltello e che tra gli atomi vi sono degli spazi.

LA TEORIA ATOMICA DI DALTON Lo studioso inglese John Dalton, basandosi sulle leggi della chimica, nel 1803, formulò la prima teoria atomica della materia. Tale teoria può essere così schematizzata: La materia non è continua, ma composta da particelle, atomi, che non possono essere divisibili né trasformabili Gli atomi di un particolare elemento sono tutti uguali tra di loro e hanno la stessa massa Gli atomi di elementi diversi hanno massa e proprietà differenti Le reazioni chimiche avvengono tra atomi interi e non fra frazioni di essi; perciò gli atomi non possono essere né creati né distrutti In una reazione chimica tra due o più elementi gli atomi, pur conservando la propria identità, si combinano in rapporti ben definiti dando luogo ai composti John Dalton 1766 – 1844 chimico – fisico - meteorologo Atomo : dal greco “àtomos” che significa indivisibile

IL MODELLO ATOMICO DI THOMSON Il fisico inglese J.J. Thomson, nel 1898, ipotizzò che l’atomo fosse costituto da una sfera omogenea (10-8 cm) carica di elettricità positiva in cui gli elettroni erano distribuiti in maniera uniforme e senza una disposizione particolare. Thomson propose, quindi, un modello di atomo, per così dire “pieno”. A questo modello dove gli elettroni sono poggiati sopra un po’ come “l’uvetta sul panettone” (pudding), si è dato anche il nome di “modello a panettone “. Joseph John Thomson 1856 – 1940 Fisico Nobel per la fisica nel 1906 Nel 1897 scoprì la particella di carica negativa: l’elettrone

IL MODELLO ATOMICO DI RUTHERFORD Il fisico neozelandese E. Rutherford, nel 1911, ipotizzò che l’atomo fosse costituto da una parte centrale chiamata nucleo, in cui era concentrata tutta la massa e la carica positiva (RN ≈ 10-12cm), e che gli elettroni si trovavano nella zona periferica, a grande distanza (Ra ≈ 10-8cm). Mentre lavorava con Niels Bohr (che aveva sviluppato un modello atomico in cui gli elettroni si muovevano in orbite circolari od ellittiche, come in un sistema planetario) nel 1920 Rutherford avanzò una proposta sull' esistenza di particelle neutre, (i neutroni), che potevano compensare l'effetto repulsivo delle cariche positive dei protoni, aumentando le forze nucleari attrattive e impedendo così ai nuclei degli atomi pesanti di disintegrarsi. Ernest Rutherford 1871 – 1937 Chimico - Fisico Nobel per la chimica nel 1908 Ne 1932 il fisico britannico James Chadwick scopre l'esistenza del neutrone, una particella neutra che è costituente del nucleo.

L’ESPERIMENTO DI RUTHERFORD L’ipotesi della teoria atomica di Rutherford nasceva da un’importante esperimento effettuato da due suoi allievi. Una lamina sottilissima ( s = 0,0004 mm) di metallo (oro) veniva bombardata da particelle alfa veloci (carica positiva). Uno schermo rivelatore indicava i punti di arrivo delle particelle alfa, permettendo così di stabilire la loro traiettoria dopo il passaggio attraverso la lamina. Ernest Rutherford 1 particella su 20 000 colpiva il nucleo, le altre proseguivano nel loro cammino Questo mostra come il raggio di un atomo (distanza nucleo-elettrone) sia 100 000 volte superiore del raggio del singolo nucleo (protoni e neutroni).

IL MODELLO ATOMICO DI BOHR Il fisico Danese N. Bohr, nel 1913, introduce la teoria degli elettroni che viaggiano in orbite circolari od ellittiche ben definite, che corrispondono ai diversi stadi di energia intorno al nucleo dell'atomo. Bohr, inoltre, introdusse l'idea che un elettrone possa cadere da un'orbita di alta energia a una con energia più bassa, emettendo un fotone di energia definita. Niels Bohr 1885 – 1962 Fisico - matematico Nobel per la fisica nel 1922 Il modello di Bohr si basa su alcune ipotesi fondamentali: Gli elettroni ruotano intorno al nucleo su orbite circolari. Non tutte le orbite sono permesse. Gli elettroni possono muoversi solo su quelle che hanno una distanza dal nucleo ben definita. L’elettrone è soggetto alla forza di attrazione del nucleo. Questa forza che provoca la rotazione dell’elettrone non è che la forza centripeda. Gli elettroni nelle loro orbite possiedono una certa quantità di energia; essendo in moto hanno un’energia cinetica, inoltre hanno una energia potenziale dovuta all’attrazione elettrostatica tra elettrone e nucleo. Finché un elettrone rimane nella sua orbita, non emette e non assorbe energia.

IL MODELLO ATOMICO DI BOHR Niels Bohr 1885 – 1962 Fisico - matematico Nobel per la fisica nel 1922 Gli elettroni ruotano intorno al nucleo su orbite circolari. Ognuna di queste orbite ha un raggio ben definito. L’elettrone è soggetto alla forza di attrazione del nucleo. Questa forza che provoca la rotazione dell’elettrone non è che la forza centripeda. Gli elettroni nelle loro orbite possiedono una certa quantità di energia; essendo in moto hanno un’energia cinetica, inoltre hanno una energia potenziale dovuta all’attrazione elettrostatica tra elettrone e nucleo. Finché un elettrone rimane nella sua orbita, non emette e non assorbe energia.

IL MODELLO ATOMICO DI BOHR Niels Bohr 1885 – 1962 Fisico - matematico Nobel per la fisica nel 1922 Postulati di Bohr (forma ridotta) Gli elettroni si muovono lungo orbite privilegiate (stazionarie) caratterizzate ognuna da una ben definita quantità di energia Si verificano emissioni di energia sotto forma di onde elettromagnetiche,solo quando un elettrone “salta” da un’orbita ad energia maggiore ad un’altra ad energia minore Un elettrone non si sposta da un’orbita all’altra, ma e come se scomparisse e ricomparisse su un’altra orbita

IL MODELLO ATOMICO DI BOHR L’energia “quantizzata” Una conseguenza dei postulati di Bohr è che l’energia è “quantizzata”, cioè l’elettrone può esistere solo su di un determinato livello energetico e non tra un livello e l’altro Bohr pensò che quando l’atomo è riscaldato il suo elettrone assorbe una ben precisa quantità di energia che gli permette di posizionarsi su un livello superiore Dopo ciò l’elettrone ritorna su orbite ad energia minore restituendo sotto forma di quanti di luce di frequenza determinata la differenza di energia Niels Bohr 1885 – 1962 Fisico - matematico Nobel per la fisica nel 1922

RIEPILOGO DEI MODELLI ATOMICI

IL MODELLO ATOMICO DI SCHRÖDINGER Nel 1924 un giovane fisico francese, L.V. De Broglie, avanzò l'ipotesi che anche la materia, come la luce, potesse avere una doppia natura: ondulatoria e corpuscolare. Il fisico tedesco W. K. Heisenberg analizzando il modello atomico di Bohr, ne ravvisò i limiti, particolarmente per quanto riguarda le orbite che gli elettroni in essa compiono. Parlare di orbite, presuppone infatti, di conoscere contemporaneamente la posizione e la velocità degli elettroni nei singoli istanti del loro moto. Riferendosi ad un elettrone il principio può essere enunciato nel seguente modo: è impossibile conoscere nel medesimo istante e con la massima precisione la posizione e la quantità di moto di un elettrone. Louis Victor Pierre De Broglie 1892 – 1987 Fisico e matematico Nobel per la fisica nel 1929 Erwin Schödinger 1887 – 1961 Fisico e matematico Nobel per la fisica nel 1933 Werner Karl Heisemberg 1901 – 1976 Fisico Nobel per la fisica nel 1932 Il modello ondulatorio dell’elettrone consente di stabilire le zone dello spazio attorno al nucleo di un atomo ove è massima la densità della carica elettrica negativa dovuta agli elettroni dell'atomo stesso.

IL MODELLO ATOMICO DI SCHRÖDINGER Mentre il modello atomico di Bohr considerava che gli elettroni si muovessero intorno al nucleo secondo orbite circolari, il modello atomico di Schrödinger definisce le regioni dello spazio intorno al nucleo in cui è massima (almeno il 90%) la densità di probabilità di trovare l'elettrone. Tali regioni furono chiamate orbitali. L'orbitale non è un contenitore all'interno del quale si muove l'elettrone, ma solo la zona in cui è probabile trovarlo. A definire dimensione, forma e orientamento di un dato orbitale, concorrono i numeri quantici. La conoscenza del numero, delle forme e dell'orientamento di tali zone nei vari atomi è di fondamentale importanza per interpretare e prevedere struttura e proprietà delle specie chimiche. Erwin Schödinger 1887 – 1961 Fisico e matematico Nobel per la fisica nel 1933