1. L'esperienza di Rutherford Dal Seicento all'ottocento si sviluppò lo studio delle strutture microscopiche, grazie ai microscopi ottici.

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1 Il modello atomico

2 1. L'esperienza di Rutherford Dal Seicento all'ottocento si sviluppò lo studio delle strutture microscopiche, grazie ai microscopi ottici. I microscopi ottici, tuttavia, non vedono attraverso corpi opachi e distinguono dettagli di circa 1 µm. Questo è dovuto alla lunghezza d'onda della luce, in media λ 0,5 x 10-3 mm. Per esaminare dimensioni più piccole si utilizzano i raggi X, gli ultrasuoni o fasci di particelle subatomiche.

3 Il modello atomico di Thomson Alla fine dell'ottocento l'ipotesi atomica era ritenuta fondata; gli studi sull'elettricità avevano evidenziato l'esistenza di particelle leggere e negative, poi chiamate elettroni; poiché gli atomi sono neutri, J.J. Thomson ideò un modello a panettone : una sfera omogenea di carica positiva in cui sono disseminati gli elettroni.

4 Descrizione dell'esperimento di Rutherford Nel 1911 E. Rutherford portò a termine gli esperimenti per verificare il modello di Thomson: un fascio di particelle α (nuclei di elio con carica +2e) veniva sparato contro una sottile lamina d'oro.

5 Descrizione dell'esperimento di Rutherford Per ricostruire la forma dell'atomo senza poterlo vedere, Rutherford pensò di lanciargli contro delle palline, come se si volessero informazioni su un oggetto in una scatola:

6 Descrizione dell'esperimento di Rutherford Misurando gli angoli di diffusione delle particelle α si ottengono informazioni sui bersagli (gli atomi d'oro), anche senza vederli. Gli elettroni sono circa volte più leggeri delle particelle α: gli angoli di deviazione dipendono solo dalla carica positiva contenuta nell'atomo.

7 Descrizione dell'esperimento di Rutherford Nel modello di Thomson la carica positiva è diffusa: le particelle α dovrebbero essere deviate solo leggermente; invece negli esperimenti si ottennero risultati molto diversi dal previsto.

8 Il risultato dell'esperimento di Rutherford Alcune particelle α (circa 1 su 8000) venivano riflesse dalla lamina d'oro; per spiegare il risultato, Rutherford ipotizzò un atomo con un piccolissimo nucleo positivo al centro di una sfera, dove la carica degli elettroni è distribuita in modo circa uniforme. raggio dell'atomo: dell'ordine di m; raggio del nucleo: dell'ordine di m.

9 Il risultato dell'esperimento di Rutherford La riflessione all'indietro è data dall'interazione di alcune particelle α con il nucleo dell'atomo; tutte le altre hanno deviazioni molto piccole o nulle. Nel modello di Rutherford, viste le analogie tra forza di Coulomb e forza gravitazio- nale, gli elettroni orbitano attorno al nucleo come i pianeti attorno al sole: modello planetario dell'atomo.

10 2. Il modello di Bohr Nel 1912 N. Bohr capì che il modello di Rutherford non era corretto: se un elettrone percorre un'orbita chiusa, esso possiede un'accelerazione centripeta; è noto che una carica accelerata emette energia come onde elettromagnetiche; quindi un elettrone atomico perderebbe la sua energia (in un tempo di circa 10-7 s) e cadrebbe sul nucleo. L'atomo di Rutherford non poteva essere stabile.

11 Il modello di Bohr Per spiegare la stabilità degli atomi, Bohr ipotizzò che: il raggio delle orbite attorno al nucleo può assumere solo alcuni valori permessi; su queste particolari orbite l'elettrone non irraggia, quindi non perde energia. Nell'atomo di Bohr le orbite sono quantizzate: il raggio r, la velocità v e l'energia E tot possono assumere solo un insieme di valori ben definiti.

12 La tavola periodica degli elementi Nel modello di Bohr ogni atomo è contraddistinto dal numero atomico Z (numero degli elettroni dell'atomo neutro); classificando gli atomi per Z crescente e ordinandoli secondo le loro proprietà chimiche, si ritrova il sistema periodico di Mendeleev di metà Ottocento; questo significa che le proprietà chimiche di un atomo dipendono dal numero di elettroni che occupano l'orbita più esterna (gruppo della tavola periodica).

13 La tavola periodica degli elementi