Riassunto e differenze fra i vari tipi di modelli atomici

Modelli atomici

I modelli atomici sono la rappresentazione fisica dell'atomo, sulla base di studi ed evidenze scientifiche raccolte ed elaborate dagli studiosi.

Ecco come nel tempo i vari studiosi hanno elaborato i modelli atomici.

Modello atomico di Dalton

L’idea di atomo come costituente fondamentale della materia fu proposta e sostenuta in termini scientifici da Dalton, che riprese il termine utilizzato dal filosofo greco Democrito 2000 anni prima. La teoria atomica di Dalton si articolava su quattro punti:

1. La materia è costituita da atomi, particelle di materia indistruttibili e indivisibili.
2. Un elemento chimico è costituito da atomi tutti uguali tra loro. Cioè, un oggetto di rame, ad esempio, è costituito da soli atomi di rame.
3. Elementi diversi sono costituiti da atomi diversi per volume, massa e proprietà. Ad esempio, l'idrogeno è un elemento molto piccolo ed è poco elettronegativo (l’elettronegatività è la tendenza di un atomo ad acquistare elettroni e quindi a caricarsi negativamente); invece l’ossigeno è molto più grande rispetto all’idrogeno ed è molto elettronegativo (infatti l’ossigeno è l’elemento più elettronegativo dopo il fluoro che però è molto raro).
4. Atomi uguali o diversi possono unirsi tra loro per formare composti chimici.

Modello atomico di Thomson

Nel 1897 Thomson identificò gli elettroni, particelle subatomiche con carica elettrica negativa e con massa 2000 volte più piccola della massa dell’atomo di idrogeno. La teoria atomica di Dalton, perciò, fu messa in discussione. Thomson propose inoltre il primo modello di atomo in cui si facesse riferimento a particelle subatomiche, ovvero più piccole dell’atomo.

Thomson ipotizzò che l'atomo fosse una sfera carica positivamente all'interno della quale erano disposti elettroni che neutralizzassero la carica positiva.

Il modello di Thomson rappresentò un importante passo avanti, ma non convinceva del tutto: se c’erano delle particelle subatomiche negative dovevano esserci anche delle subparticelle positive.

Modello atomico di Rutherford

Gli studi di Rutherford sull'atomo si concentravano sulle radiazioni α (cioè atomi di elio caricati positivamente). Rutherford “bombardò” una sottilissima lamina d’oro (dello spessore di circa 200 atomi quindi 200u) con un fascio di radiazioni α, mettendo un evidenziatore dietro la lamina.

Alla prima osservazione sembrò che quasi tutte le particelle α attraversassero la lamina, ma osservazioni più accurate dimostrarono che un numero molto piccolo veniva deviato e che un numero ancora più piccolo veniva persino riflesso. Il fatto che quasi tutte le particelle attraversassero gli atomi di oro significava che non incontravano ostacoli. Le uniche due possibilità erano che incontrassero o spazi vuoti o elettroni. Di contro, le particelle che venivano deviate sfioravano i nuclei degli atomi e le particelle che venivano riflesse si scontravano con i nuclei degli atomi.

Rutherford immaginò che l’atomo fosse come un piccolo sistema solare, un atomo planetario con un nucleo come sole ed elettroni come pianeti, dove ogni elettrone si muoveva lungo una precisa orbita.

Ma De Broglie avanzò l’ipotesi che se l’elettrone si muoveva lungo una precisa orbita si poteva calcolare sia la velocità che lo spazio percorso.

L’elettrone poteva quindi essere considerato come un’onda elettromagnetica. L’idea di elettrone onda fu accettata, ma a questo punto non si riusciva più a localizzarlo. Con il famoso Principio di Indeterminazione di Heisenberg, con cui dichiarava l’impossibilità di conoscere in pratica le caratteristiche del movimento dell’elettrone, si risolse il problema.

Modello atomico di Bohr

I fisici del tempo di Eistein contrastavano molto Rutherford perché l’elettrone girando velocemente perde energia e quindi alla fine la sua carica elettrica doveva annullarsi. Inoltre sostenevano che la struttura dell’atomo non era planetaria. Ma Bohr (contemporaneo di Einstein), grazie l’uso degli spettri), ipotizzò un’altra struttura atomica in contrasto con quella di Rutherford.

Se si prende la luce bianca del sole e la si fa passare attraverso un prisma di vetro, si scompone e si può notare su una lastra fotografica: a questo punto si vede la scomposizione della luce bianca nei suoi colori. Ma Bohr studiò in particolare lo spettro dell’H2. Fu portato all’incandescenza e la luce fatta passare attraverso un prisma. Si notarono cinque bande di colori diversi con lo sfondo nero.

Bohr accettò l’ipotesi di Rutherford che l’atomo fosse formato da un nucleo (con all’interno i nucleoni) e da elettroni che si trovavano su livelli energetici. Questi poi furono chiamati orbite ma dato che l’elettrone (che è sia onda che particella) si muove intorno al nucleo con un moto impossibile da definire si deve parlare di possibilità, cioè di orbitale.

Secondo Bohr i livelli energetici sono quantizzati, cioè ogni livello energetico ha una quantità di energia diversa, per esempio la quantità di energia n=1 è maggiore di n=2. A mano a mano che ci si allontana dal nucleo, quindi, la quantita di energia diminuisce. Questa quantità di energia è detta Quanto. Precisamente il quanto di energia è definito come l’energia necessaria all’elettrone per far passare l’elettrone stesso da un livello energetico ad un altro. Se invece vogliamo far passare un elettrone da n=3 a n=1 bisogna togliere energia.

Bohr calcolò anche il raggio dell’orbità: r=53n(al quadrato) pm

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