Ti sei mai chiesto di cosa sono fatte le cose intorno a te? Dì solo che hai visto un tavolo, potresti dire un tavolo di legno. Anche così quando guardi lo specchio, dirai che è fatto di vetro. Fondamentalmente, questi due materiali hanno caratteristiche diverse, ma lo sapevi che sono composti entrambi dalla stessa materia? Il suo nome è atom.
Gli atomi sono le particelle più piccole di un elemento che prendono parte alle reazioni chimiche. Le loro dimensioni estremamente ridotte li rendono impossibili da vedere anche con i microscopi ottici più potenti. Di questi, il più piccolo è l'atomo di idrogeno.
Modelli Atom
Gli scienziati hanno studiato queste particelle più piccole per secoli, ma non sono stati in grado di determinarne l'aspetto. Fu solo nel 1808 che Dalton pubblicò la sua teoria sulla struttura dell'atomo. Da allora, i modelli atomici si sono evoluti insieme alle ultime scoperte. Questa volta discuteremo di vari modelli atomici proposti dagli scienziati.
La teoria di Dalton
John Dalton è un chimico, fisico e meteorologo britannico che per primo ha pubblicato ricerche sull'esistenza degli atomi. Dalton ha spiegato che la materia è costituita da particelle indivisibili chiamate atomi.
Sfortunatamente, ulteriori ricerche hanno dimostrato che l'atomo stesso è divisibile e consiste di particelle subatomiche. Le particelle subatomiche sono costituite da elettroni, protoni e neutroni. Da allora, gli scienziati hanno tentato di proporre diversi modelli considerando la posizione di queste particelle subatomiche, tra cui JJ Thomson e Rutherford.
Il modello atomico mostra la struttura atomica e la disposizione delle particelle subatomiche all'interno di un atomo. La scoperta di protoni ed elettroni ha portato gli scienziati a sostenere che gli atomi sono costituiti da protoni ed elettroni che bilanciano le loro cariche. Hanno scoperto che i protoni erano all'interno dell'atomo, mentre gli elettroni erano all'esterno e si staccavano facilmente.
Ci sono 4 modelli atomici proposti dagli scienziati, vale a dire il modello proposto da Thomson, Rutherford, Bohr e il modello meccanico quantistico.
Thomson Model of Atom
Joseph John Thomson è stato il fisico britannico vincitore del Premio Nobel che per primo ha proposto il modello atomico. Infatti, le ha pubblicate prima della scoperta del protone e del nucleo atomico. Nella sua teoria, Thomson considerava gli atomi come il pane all'uvetta o un modello di budino di prugne perché gli elettroni nella sfera di carica positiva sembravano frutta secca nel budino di Natale.
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Questo modello presuppone che un atomo sia costituito da una sfera caricata positivamente con elettroni incorporati in essa. Un atomo può avere una carica neutra perché ha le stesse cariche negative e positive.
Modello dell'atomo nucleare di Rutherford
Ernest Rutherford è un fisico e chimico nato in Nuova Zelanda con sede in Inghilterra. Ha proposto il modello atomico dopo aver condotto un esperimento noto come esperimento di diffusione di Rutherford. Lui e due dei suoi studenti hanno condotto esperimenti di diffusione di raggi alfa su una sottile lastra d'oro.
Rutherford ha considerato che la carica positiva complessiva di un atomo è concentrata in una regione molto piccola nota come nucleo. Gli elettroni ruotano attorno al nucleo atomico ad alta velocità in percorsi circolari chiamati orbite. L'attrazione elettrostatica tra il nucleo e gli elettroni mantiene gli elettroni nella loro traiettoria.
Il modello di Rutherford ha anche rivelato che il numero di protoni è uguale al numero di elettroni ed è noto come numero atomico. Nel frattempo, se il numero di protoni e il numero di neutroni sono combinati, il valore è lo stesso del numero di massa atomica.
Sfortunatamente, il modello dell'atomo di Rutherford non è stato in grado di spiegare la stabilità dell'atomo. Secondo la teoria elettromagnetica, le particelle cariche perdono energia durante l'accelerazione. Perdere energia può rallentare la velocità degli elettroni e alla fine gli elettroni saranno attratti dal nucleo e gli atomi verranno distrutti. A parte questo, anche il modello dell'atomo di Rutherford non spiegava nulla sulla distribuzione degli elettroni e delle energie degli elettroni. Inoltre, questo modello atomico non è nemmeno in grado di spiegare lo spettro di righe fornito da ciascun elemento.
Modello di Bohr di Atom
Per rispondere alle carenze del modello atomico di Rutherford, in particolare per quanto riguarda lo spettro di linee e la stabilità atomica, Niels Bohr ha quindi pubblicato il proprio modello atomico. Ha detto che gli elettroni ruotano attorno al nucleo atomico in determinate orbite circolari chiamate gusci di energia o livelli di energia. Gli elettroni che ruotano nel guscio energetico sono associati a una quantità fissa di energia. Questi gusci di energia sono numerati 1, 2, 3 e così via dal nucleo atomico o sono specificati come gusci k, l, m e così via.
La disposizione degli elettroni in un atomo è nota come configurazione elettronica. La configurazione elettronica può aiutare a spiegare come gli atomi si legano insieme. Il riempimento di elettroni nei gusci atomici inizia dal riempire il guscio più interno o quello con l'energia più bassa. Il numero massimo di elettroni che possono occupare il guscio è 2n2.
Teoria atomica della meccanica quantistica
Sfortunatamente, il modello atomico proposto da Bohr non è stato in grado di spiegare lo spettro degli atomi di idrogeno nei campi magnetici ed elettrici. Il fisico austriaco Erwin Schrödinger ha cercato di rispondere. Ha sviluppato una teoria atomica basata sui principi della meccanica quantistica. Il modello proposto da Schrödinger non è molto diverso da quello di Bohr, in quanto l'atomo ha un nucleo caricato positivamente ed è circondato da elettroni caricati negativamente. La differenza sta nella posizione degli elettroni che circondano il nucleo atomico.
Nella sua teoria, Bohr ha sostenuto che gli elettroni circondano il nucleo atomico in orbite con una certa distanza dal nucleo atomico che è chiamato raggio atomico. Ma nella teoria della meccanica quantistica, la posizione degli elettroni che circondano il nucleo atomico non può essere conosciuta con certezza, secondo il principio di indeterminazione di Heisenberg. Pertanto, la maggiore probabilità della posizione di un elettrone è in quell'orbita. Cioè, si può dire che la regione di maggiore probabilità di trovare elettroni negli atomi è negli orbitali.
Il modello della meccanica quantistica afferma anche che il movimento degli elettroni attorno al nucleo atomico ha la proprietà del dualismo, come proposto da de Broglie. Poiché il movimento degli elettroni attorno al nucleo ha una natura ondulatoria, l'equazione per il movimento degli elettroni attorno al nucleo deve essere correlata alla funzione d'onda.
Schrödinger ha integrato la sua teoria con un'equazione che afferma che il movimento degli elettroni attorno al nucleo atomico associato alla natura dualistica della materia può essere espresso in termini di coordinate cartesiane. Questa equazione divenne nota come equazione di Schrödinger.
Da questa equazione, Schrödinger ha prodotto tre numeri quantici, vale a dire il quanto principale (n), il quanto azimutale (A) e il quanto magnetico (m). Questi tre numeri quantici sono semplici numeri interi che indicano la probabilità di elettroni attorno al nucleo atomico. La soluzione dell'equazione di Schrödinger produce tre numeri quantici. L'orbitale è derivato dall'equazione di Schrödinger in modo che esista una relazione tra l'orbitale e tutti e tre i numeri.
