Atomo: ecco la sua vera struttura!

13 Luglio, 2019

Niente è davvero come sembra, ma iniziamo dal principio…

h

indice

\

Atomo: nascita ed evoluzione del concetto

\

Quanto è grande un atomo?

\

La vera struttura dell'atomo

Atomo: nascita ed evoluzione del concetto

L’atomo nel IV secolo a.C.

È il IV secolo a.C., Abdera non è mai stata così bella.

Un uomo dai folti ricci neri e la pelle ambrata incede per le vie di questa polìs della Grecia Antica. Incontra molti sguardi sulla sua via, ma non ne ricambia nessuno. Il suo di sguardo va oltre, oltre l’infinito, oltre il mondo degli uomini. Chi lo incontra non se ne offende. Tutti in città ormai conoscono i modi distratti e a volte scostanti di Democrito, sanno che è un uomo buono, un uomo di sapere, di filosofia.

Presenterà al genere umano per la prima volta nella storia, il concetto di particella indivisibile: άθομος, atomo. O almeno così mi piace raccontarla…

XIX secolo: l’atomo secondo John Dalton

Certo quando Democrito pensò all’atomo come elemento cardine della sua filosofia, non intendeva assolutamente l’uso che ne avremmo fatto noi più di DUEMILA anni dopo e nemmeno poteva immaginare che non fosse una particella indivisibile affatto, ma andiamo per gradi.

Il primo a usare questa parola per descrivere le composizione di tutta la materia che ci circonda e di cui noi stessi siamo fatti è stato un maestro di scuola, il signor John Dalton all’inizio del 1800 (è proprio dal suo nome che deriva la parola daltonismo, ma questa è tutta un’altra storia). Il motivo per cui scelse questo termine è perchè si aspettava appunto che questi atomi fossero particelle indivisibili. Ci pensò il tempo a smentirlo.

All’atomo si agganciano gli elettroni

Successivamente il signor JJ Thompson nel 1897, circa 90 anni dopo, scoprì l’esistenza degli elettroni e il collega Millikan determinò che avessero carica negativa.

Passarono altri 14 anni e nel 1911 Rutherford scoprì che gli elettroni si muovevano intorno a un nucleo fatto di protoni carichi positivamente e capì che dovevano essere in numero uguale perchè l’atomo fosse neutro.

L’atomo ha pure i neutroni

Nel 1932 infine John Chadwik diede un nome e un volto alla terza particella subatomica, il neutrone e stabilì che si trovava anch’esso nel nucleo (scoperta che gli fece guadagnare il premio Nobel in scioltezza).

U

AHA!

Quindi riassumendo il concetto di atomo come tutti noi oggi lo concepiamo o meglio, diamo per scontato, ha solo 86 anni, incredibile vero?

E non sarebbe ancora più incredibile se ti dicessi che non è come lo immagini? Tienilo a mente, niente è come sembra.

Image by MeHe from Pixabay

Quanto è grande un atomo?

Ti faccio un esempio: il protone ha una massa 10000 volte maggiore di un elettrone.

Cioè se immaginassimo un elettrone con massa di 1 kg, un protone peserebbe 10 tonnellate, l’equivalente di un camion. Ciò nonostante il protone è una particella infinitesima, con una massa piccolissima. Diciamo che tra il protone e un uomo medio di 70 kg sussiste la stessa differenza in termini di massa che c’è tra quest’uomo e il pianeta GIOVE!

I neutroni poi hanno la stessa massa dei protoni: nel nucleo infatti è racchiusa la quasi totalità della massa atomica alla quale gli elettroni partecipano in una percentuale quasi trascurabile.

Quindi, quanto è grande un atomo tra protoni, neutroni ed elettroni? Diciamo così: Se un atomo fosse grande come un pompelmo,  il pompelmo dovrebbe essere grande come la terra.

Sulla grandezza dell’elettrone però si sa poco. Nonabbiamo ancora individuato un raggio preciso quindi generalmente si dice che è puntiforme. L’elettrone è un personaggio alquanto sfuggente, vedrai…

Si può fotografare un atomo?

Mumble

“Ma si può vedere un atomo?”

Per ora la risposta è NO: condizione necessaria e sufficiente per vedere qualcosa, è che questo rimbalzi della luce nei nostri occhi. Ma l’atomo è piccolissimo e non esiste radiazione luminosa sufficientemente piccola da interagire con esso…

MA, David Nadliger, un dottorando dell’università di Oxford, è riuscito a dargli una sbirciatina e questo è quello che ha fotografato con una semplice fotocamera.

Immagine tratta dalla rivista Focus “La foto di un singolo atomo visibile a occhio nudo”. Foto di David Nadliger, Università di Oxford.

U

AHA!

Signore e signori vi presento l’atomo di Stronzio! è un atomo piuttosto grosso, per questo il caro David è riuscito a catturarlo in un’immagine; un atomo di idrogeno è molto più piccolo e di conseguenza ancora invisibile ai nostri occhi.

La vera struttura dell’atomo

Mumble

I protoni, però, come fanno a stare insieme ?

Sono tutte particelle cariche positivamente non dovrebbero respingersi?

I protoni sono incollati

La risposta è no perchè sono tenuti insieme, letteralmente imbrigliati dall’Interazione Forte. Questa è una delle quattro forze riconosciute come fondamentali ed è la più forte in natura. Quanto forte? è la responsabile della distruzione di Chernobyl, è l’energia devastante che una bomba atomica rilascia quando esplode.

Essa agisce soltanto su particolari tipi di particelle dette quark. Protoni e neutroni, infatti,i non sono particelle fondamentali, ma sono formate da particelle ancora più piccole, appunto i quark. L’interazione forte che tiene insieme i quark permette che il nucleo non si disgreghi ma rimanga incollato. Quando gli scienziati scoprirono che i quark erano legati dalla forza forte e che questa forza era veicolata da parte di mediatori, decisero di chiamare questi ultimi scherzosamente gluoni , da glue che in inglese vuol dire colla (è pur sempre humor scientifico, abbi pazienza).

Gli elettroni non girano intorno all’atomo

Intorno al nucleo, poi, gravitano gli elettroni, in numero uguale ai protoni, ma con carica negativa. 

Questa è la rappresentazione comune di un atomo, chiamata modello planetario perchè ricorda proprio quello del sistema solare con i pianeti che ruotano intorno al sole. Giusto?

Image by Gerd Altmann from Pixabay 

U

AHA!

Sbagliato, gli atomi non sono fatti così!!! E soprattutto l’elettrone non orbita.

Gli elettroni ESISTONO intorno all’atomo

Shrodinger, Heisenberg e De Broglie, tre nomi, tre  uomini che hanno cambiato per sempre l’idea di come pensavamo fosse fatto il mondo, i padri della meccanica quantistica.

Gli sforzi congiunti di questi tre signori hanno fatto sì che prendessimo quel bel disegnino dell’atomo che vedi qui sopra e lo buttassimo nel cestino. E lo sai perchè?

U

AHA!

Perchè l’elettrone non disegna orbite intorno al nucleo, NO! Certo si muove intorno ad esso, ma non abbiamo assolutamente idea di come lo faccia. Cioè non siamo in grado di osservare la traiettoria* che compie durante il suo percorso. (*Principio di indeterminazione di Heisenberg)

Sembra come se apparisse e poi scomparisse per poi riapparire da tutt’altra parte. Immagina, per esempio, di trovarti in una stanza buia e lanciare  un pallone: vedresti come si muove? No però sapresti da dove è partito perchè l’hai lanciato tu e sapresti dove cade perchè ne sentiresti il rumore. In altre parole è  come se l’elettrone fosse letteralmente in grado di TELETRASPORTARSI. Te l’avevo detto che era un tipo sfuggente.

U

AHA!

Non si teletrasporta però ovunque, ma solo in una porzione di spazio circoscritta e definita. Questa porzione si chiama orbitale ed è la zona dove è più PROBABILE incontrare un elettrone. (*Funzione d’onda di Shrodinger)

Alla luce di quello che ti ho appena detto l’atomo appare molto più probabilmente così

Atomo di cloro. Immagine tratta da pinostriccoli.altervista.org

L’atomo è sostanzialmente vuoto

Da cosa sono fatti quindi gli orbitali, cioè le porzioni di spazio in cui si muovono gli elettroni?? VUOTO, ASSOLUTAMENTE E INEQUIVOCABILMENTE DI VUOTO. Sai quanto sia davvero lo spazio vuoto presente nella materia? 99,999999999%. Se questo vuoto non ci fosse la materia occuperebbe molto meno spazio!! Quanto di meno?

U

AHA!

Diciamo che se togliessimo lo spazio vuoto negli atomi, tutti gli abitanti della terra occuperebbero lo spazio di una mela.

Il nostro viaggio dentro l’atomo si conclude qua. Ti ringrazio per avermi permesso di tenerti compagnia, spero di essere stata capace di farti scoprire qualcosa di nuovo, di sorprenderti e soprattutto di rubarti un sorriso.

Alla prossima volta con l’augurio di non smettere mai di farti domande. 

Sonia

La differenza tra corrente continua e alternata

Che differenza esiste tra corrente continua e corrente alternata? Perchè nel mondo la corrente alternata ha prevalso sulla corrente continua? Scopriamolo insieme

La luce è un’onda o una particella?

Tutto lascia intendere che la luce sia un’onda, quasi come il suono. Almeno finchè Einstein non capisce che è anche composta da piccoli corpuscoli di energia che chiama fotoni. Ma quindi è un’onda o è particella?

L’effetto fotoelettrico: il Nobel di Einstein

Foto di Gerd Altmann da Pixabay indiceChe cos'è l'effetto fotoelettrico?Ovviamente Alby EinsteinMa ciao mio curioso lettore, sono Jane White, ci...

Planck VS la catastrofe ultravioletta

Agli inizi del 900 i fisici tentavano con tutte le forze di arrivare ad una formula matematica che descrivesse il fenomeno della radiazione del corpo nero, ormai arci noto e riprodotto più volte in laboratorio. FInchè…

Relatività ristretta: il tempo non è assoluto

Un bel giorno del 1905 il mondo perse una volta per tutte 2 cose che fino a quel momento erano sempre state assolute: il tempo e lo spazio. A fare questo regalo all’umanità fu un ragazzetto impiegato all’ufficio brevetti di Berna: Albert Einstein

Perchè il tempo scorre in avanti?

Non ci pensiamo mai in effetti, ma porsi la domanda e non ammettere il rispondersi “è così e basta”, fa assumere alla cosa una complessità non banale: perchè percepiamo lo scorrere del tempo come un fiume inarrestabile che dal passato scorre verso il futuro? Perchè qualche volta non può scorrere all’indietro?

Big Bang: la storia di come siamo arrivati qui

Foto di WikiImages da Pixabay Che strane però quelle nuvole...Mumble“Papà mi racconti di nuovo la storia di Edwin Hubble?”Va bene, vedo che ti stai...

La vita sulla Terra e il cataclisma che l’ha avviata

Chissà quanti saranno i pianeti nella vastità del cosmo che ospitano o hanno ospitato la vita. Noi siamo sufficientemente fortunati da essere nati su uno di questi. Ma è partito tutto da una iniziale catastrofe.

Flatlandia: le dimensioni che contano

Un libro per bambini che però ci porta in un viaggio incredibile ai confini della nostra realtà e della fisica: quante dimensioni esistono?

VACCINO PFIZER ANTI-COVID19: Domande e Risposte

Una raffica di risposte alle domande più scottanti del momento sul nuovo vaccino della Pfizer contro il coronavirus

Scarica la Mappa Mentale dell'articolo

Clicca sul bottone qui sotto e visualizza la mappa mentale di riepilogo dell’intero articolo. Ti basta cliccare con il tasto destro sull’immagine e salvarla dove vuoi così da fissare i concetti in memoria più facilmente ed averla sempre a portata di mano… NON SI SA MAIwink

Sai perchè il cielo è azzurro?

Sai perchè il cielo è azzurro?

Iscriviti alla nostra newsletter ed in regalo ti sveleremo questa insieme ad altre 9 curiosità 

Grazie per esserti iscritto. Controlla la mail!

Pin It on Pinterest

Share This