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L’atomo: i modelli del passato
Unità 9
9
3.3
Il modello planetario di Rutherford
In base al risultato del suo esperimento, Rutherford costruì un modello ato-
mico avente al centro il
nucleo
, costituito da un certo numero di protoni, e
intorno gli
elettroni
, in ugual numero rispetto ai protoni e in movimento
rapidissimo su orbite circolari: l’atomo appariva come un minuscolo sistema
planetario, in cui il nucleo corrispondeva al Sole e gli elettroni ai pianeti
(
11
).
Nel
modello planetario
proposto da Rutherford i nuclei, che ospitano i
protoni, sono dotati di carica positiva e in essi è contenuta la quasi totalità
della massa dell’atomo, data l’enorme differenza di massa tra protoni ed
elettroni.
Il diametro di un atomo è da 10 000 a 100 000 volte maggiore di quello
del suo nucleo (a seconda degli atomi). Ciò significa che, per esempio, se un
atomo avesse il diametro di 10 (o 100) km il suo nucleo avrebbe il diametro
di 1 m soltanto! Poiché, inoltre, gli elettroni che occupano lo spazio intorno
al nucleo sono di gran lunga più piccoli dei nuclei stessi, possiamo conclu-
dere che un atomo è quasi del tutto vuoto: lo dimostra il fatto che solo una
piccolissima percentuale di particelle
a
passa talmente vicino ai nuclei degli
atomi d’oro da essere deviata e ancora più raramente si dirige direttamente
contro un nucleo, così da venirne respinta.
Occorreva però spiegare come mai gli elettroni presenti negli atomi,
essendo carichi negativamente, non cadessero per attrazione elettrica sui
nuclei, di carica positiva. Rutherford ipotizzò che ogni elettrone fosse sotto-
posto a due forze contrapposte in perfetto equilibrio: la forza elettrostatica
attrattiva, che lo teneva vincolato al nucleo, e la forza centrifuga, legata al
rapido moto di rotazione dell’elettrone stesso, che ne impediva la caduta sul
nucleo (
12
).
Ernest Rutherford
(Brightwater, 1871 - Cambridge, 1937) Nato in
Nuova Zelanda, si trasferì ben presto in Inghil-
terra. Qui divenne allievo di Joseph J. Thom-
son e successivamente professore di fisica a
Cambridge, dove rimase sino alla morte. Si
occupò della struttura dell’atomo e dei pro-
cessi nucleari. Scoprì l’esistenza del nucleo
atomico ed elaborò il noto modello atomico
planetario. Vinse il Nobel per la chimica nel
1908 per i suoi studi sulla radioattività.
+
nucleo
elettrone
forza
elettrostatica
forza
centrifuga
+
Figura 11
Modello atomico di Rutherford.
Figura 12
Secondo Rutherford un elettrone atomico è
sottoposto a due forze che si controbilanciano: l’attrazione
elettrica da parte del nucleo e la forza centrifuga.
3.4
Nel nucleo sono presenti anche i neutroni
Gli studi sul nucleo dell’atomo, effettuati negli anni successivi all’elabora-
zione del modello atomico di Rutherford, evidenziarono che la massa degli
atomi dei differenti elementi variava in modo diverso rispetto alla carica
positiva del loro nucleo, ossia al numero dei protoni che possedevano. Lo
stesso Rutherford aveva dimostrato che i nuclei di elio erano quattro volte
più pesanti di quelli di idrogeno, mentre la loro carica nucleare positiva era
solo doppia di quella dell’idrogeno (quindi possedevano solo due protoni).
Per elementi di maggiore massa atomica la differenza tra carica nuclea-
re e massa atomica si faceva sempre più evidente. Solo con la scoperta dei
neutroni si capì che nei nuclei atomici, ad eccezione del nucleo dell’atomo di
idrogeno, sono contenute anche queste particelle, con la funzione di fare da
“cuscinetto” tra i protoni, ossia di ridurne la reciproca repulsione elettrica.
4
Come si comportano le particelle dopo aver at-
traversato la lamina d’oro, nel corso dell’esperi-
mento di Rutherford, Geiger e Marsden?
5
Perché nel modello atomico planetario gli elet-
troni non cadono sul nucleo, secondo Ruther-
ford?
Facciamo il punto
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