Atomo: ecco la sua vera struttura!

Niente è davvero come sembra, ma iniziamo dal principio…

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…

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.

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.

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).

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

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…

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.

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).

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 

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?

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.

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

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?

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