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I primi modelli atomici
UNITÀ
C1
7
5. Rutherford: la scoperta del nucleo atomico
Parallelamente al procedere degli esperimenti di Thomson veniva scoperta e
studiata la
radioattività
. Alcuni composti di uranio e poi quelli di radio (da
cui il termine
radioattività
) mostrarono la capacità di emettere differenti tipi di
radiazioni. Tali radiazioni furono classificate in base al loro potere di penetrare
nella materia e al loro comportamento quando venivano sottoposte all’azione
del campo elettrico generato da due elettrodi a forma di piastre. Si poterono
così distinguere tre tipi di raggi (
Figura 13
), che vennero chiamati:
raggi
α
(alfa), quelli deviati verso la piastra negativa: dotati di carica positiva,
furono identificati poi come atomi di elio privati dei loro elettroni;
raggi
β
(beta), quelli deviati verso la piastra positiva: di carica negativa e
capaci di penetrare nella materia più dei raggi
α
, sono elettroni molto veloci;
raggi
γ
(gamma), quelli non deviati: radiazioni elettromagnetiche con altis-
sima frequenza, che solo spessi strati di materia possono fermare.
I raggi
a
furono particolarmente studiati dal fisico neozelandese
Ernest Ru-
therford
(1871-1937). Egli intuì che una verifica sperimentale del modello ato-
mico di Thomson poteva essere effettuata analizzando le traiettorie tracciate
dai raggi
a
nell’attraversare la materia.
L’insieme delle sue osservazioni portò al “modello atomico planetario”, se-
condo il quale:
l’atomo è composto da un nucleo positivo, in cui è concentrata tutta la massa, attorno
al quale ruotano, a notevole distanza, gli elettroni.
Dagli esperimenti di Rutherford risulta, in particolare, che il nucleo occupa
solo una parte infinitesima dell’atomo (
Figura 14
); in altre parole, lo spazio
occupato dall’atomo, e quindi dalla materia, è praticamente vuoto.
Per dare un’idea dello spazio ridottissimo che il nucleo occupa in un
atomo, si pensi che, se tutti i nuclei de-
gli atomi della Terra potessero essere rag-
gruppati assieme, essi occuperebbero un
cubo di soli 75 m di lato; e se l’atomo fos-
se un campo da calcio, lungo circa 100 m,
il suo nucleo avrebbe il diametro di 1 mm
(
Figura 15
).
L’atomo non è pertanto una sfera compatta,
come riteneva Thomson, bensì un insieme di
particelle relativamente molto distanti tra loro,
tenute insieme da forze di attrazione elettrica.
Risultò anche che i nuclei degli atomi di ogni
elemento sono tutti costituiti da aggregati del
più piccolo nucleo conosciuto, quello dell’ato-
mo di idrogeno.
Al nucleo dell’atomo di idrogeno Rutherford diede,
nel 1920, il nome di
protone
.
Figura 13
I raggi emessi da una sorgente
radioattiva mostrano di avere carica
e potere penetrante diversi.
α β
γ
+
−
piombo
sorgente
radioattiva
100 m
1.
L’acqua di tutti gli oceani ha una massa di 1,4
?
10
21
kg e occupa un volume di 1,3608
?
10
9
km
3
. Se potessimo concen-
trarla in un enorme cubo, questo avrebbe uno spigolo di circa 1108 km; quale sarebbe la sua dimensione considerando
i soli nuclei?
Figura 15
In un atomo grande come un campo da calcio, il nucleo avrebbe diametro
1 mm; e 1 mm sarebbe lungo un campo formato dai soli nuclei dei suoi atomi!
–
+
1
100000
Figura 14
È impossibile, sulla pagina di un libro,
disegnare un atomo in scala: si notino
le dimensioni relative indicate in figura!
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