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I primi modelli atomici
UNITÀ
C1
9
6. Elettroni e nucleo: come possono stare
separati?
Secondo Rutherford, gli elettroni dovevano trovarsi ben distanti dal nucleo
e quindi essere capaci di vincere la forza che li attirava verso di esso. Que-
sto è possibile soltanto se gli elettroni girano attorno al nucleo con moto
circolare. In questo caso, infatti, la forza centrifuga (repulsiva) e quella
elettrostatica (attrattiva) si annullano mantenendo l’elettrone su un’orbita
costante (
Figura 16
).
Questo modello atomico “planetario” era tuttavia in contrasto con le leggi
note dell’elettromagnetismo, secondo le quali “particelle cariche in moto non
rettilineo emettono radiazioni sotto forma di onde elettromagnetiche”. In con-
seguenza di tali leggi, ci si doveva pertanto aspettare che l’elettrone perdesse
progressivamente energia. In sostanza, avrebbe dovuto cadere a spirale sul
nucleo in 10
-
8
s (
Figura 17
).
Il modello di Rutherford interpretava correttamente i risultati sperimentali di-
mostrando la separazione degli elettroni dal nucleo ma non riusciva a spiegare
come essi potessero rimanere in orbita intorno a esso.
7. I neutroni: cuscinetti tra le cariche
La determinazione della massa del protone, corrispondente a quella del nu-
cleo dell’idrogeno, aveva permesso di calcolare la massa di qualsiasi nucleo
atomico. I valori trovati, però, erano in disaccordo con quelli delle rispettive
cariche. Già Rutherford aveva dimostrato che i nuclei di elio sono quattro
volte più pesanti di quelli di idrogeno, mentre hanno una carica solo dop-
pia rispetto a questi ultimi. Analogamente, la massa di un atomo di calcio è
quaranta volte quella dell’idrogeno, con una carica nucleare solo venti volte
più grande.
Per molto tempo si credette che nell’atomo fossero presenti anche “elettroni
nucleari”. Massa e carica dell’elio, per esempio, venivano spiegate ipotizzando
che il nucleo contenesse quattro protoni (il che avrebbe giustificato la massa) e
due elettroni (che, neutralizzando parzialmente i protoni, avreb-
bero spiegato la carica). Ovviamente, altri due elettroni dovevano
orbitare attorno al nucleo come aveva ipotizzato Rutherford.
Tale convinzione venne superata nel 1932 con la scoperta, com-
piuta dal fisico inglese
James Chadwick
, di una nuova particella:
il neutrone.
Il
neutrone
è dotato di carica nulla e massa molto simile a quella del
protone.
La presenza dei neutroni nel nucleo risolve il problema della di-
screpanza tra i valori della massa e della carica dei diversi nuclei.
I neutroni inoltre, privi di carica elettrica e interposti tra i protoni
aventi carica positiva, li tengono separati, rendendone minima la
reciproca repulsione.
Più recentemente, si è scoperto che neutroni e protoni sono vincolati da una
particolare forza, chiamata
forza nucleare forte
(
Figura 18
).
Figura 16
Nel modello “planetario di Rutherford”,
gli elettroni si muovono su orbite
circolari.
Figura 17
Secondo le leggi dell’elettromagnetismo
note, se il modello di Rutherford fosse
valido nessun atomo potrebbe essere
stabile.
Figura 18
La forza nucleare forte supera la
repulsione tra protoni e lega questi
ultimi ai neutroni.
nucleo
nucleus
neutrone
neutron
Words for Chemistry
emissione
di energia
forza
elettrostatica
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orbita circolare
nucleo
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