Modelli atomici e particelle subatomiche: atomo, protoni, neutroni ed elettroni nelle scoperte di Dalton, Thomson e Rutherford

Atomi e particelle subatomiche

Tutta la materia è costituita da particelle chiamate atomi. Un atomo, a sua volta, è composto da elementi più piccoli, chiamati particelle subatomiche:

• Protone: carica elettrica positiva; si trova nel nucleo.
• Neutrone: non ha carica elettrica (è neutro); si trova nel nucleo insieme ai protoni.
• Elettrone: ha una carica elettrica negativa; si trova nell'involucro elettronico (a volte indicato come "crosta").

Modelli atomici storici

Modello di Dalton (1808)

Nel 1808 John Dalton riprese la teoria atomica di Democrito e sostenne che gli atomi (particelle indivisibili) fossero i costituenti ultimi della materia e che si combinassero per formare i composti.

Modello di Thomson (1897)

Gli esperimenti sulla conduzione di elettricità nei gas condussero alla scoperta di una nuova particella con carica negativa: l'elettrone. I raggi catodici si rivelarono essere costituiti da elettroni emessi dagli atomi del gas di riempimento del tubo quando venivano sottoposti a scosse elettriche. Ciò dimostrò che gli atomi non erano indivisibili.

J. J. Thomson propose quindi il primo modello dell'atomo, noto come modello a panettone: gli elettroni (piccole particelle con carica negativa) erano incorporati in una nube di carica positiva. La carica positiva compensava esattamente la carica negativa degli elettroni, rendendo l'atomo elettricamente neutro.

Modello di Rutherford

Ernest Rutherford condusse una serie di esperimenti bombardando con particelle cariche una pellicola molto sottile di un metallo, in particolare una lamina d'oro. Le particelle impiegate erano particelle α (particelle a carica positiva) fatte incidere sulla sottile lamina d'oro; dopo aver attraversato la lastra, le particelle colpivano uno schermo permettendo di osservare eventuali deviazioni.

Nel suo esperimento Rutherford osservò quanto segue:

• La maggior parte delle particelle attraversava la lamina d'oro senza subire deviazioni significative.
• Un numero molto piccolo (circa una su 10.000) veniva deviato con un angolo maggiore di 10° (indicato come linea a strisce nei diagrammi dell'esperimento).
• In rari casi le particelle rimbalzavano quasi all'indietro (indicate con linee tratteggiate nei diagrammi).

Sulla base dei risultati dei suoi esperimenti, Rutherford dimostrò che gli atomi non erano solidi come si credeva, ma erano per lo più vuoti e avevano un centro molto piccolo e denso: il nucleo. Questo portò all'istituzione del cosiddetto modello nucleare oppure modello atomico di Rutherford:

• L'atomo è composto da due parti principali: il nucleo e l'involucro elettronico (a volte indicato come "crosta").