Il Modello atomico di Rutherford è la descrizione dell'atomo creato dal fisico britannico Ernest Rutherford (1871-1937) quando nel 1911 scoprì il nucleo atomico, grazie ai famosi esperimenti di scattering che portano il suo nome.
L'idea dell'atomo ("indivisibileIn greco) come la più piccola componente della materia, era una creazione intellettuale nata nell'antica Grecia, intorno al 300 a.C. Come tanti altri concetti greci, il concetto di atomo è sviluppato sulla base della logica e dell'argomentazione, ma non sulla sperimentazione..
I filosofi atomisti più importanti furono Democrito di Abdera (460-360 a.C.), Epicuro di Samo (341-270 a.C.) e Tito Lucrezio (98-54 a.C.). I Greci concepirono quattro diversi tipi di atomi che corrispondevano ai quattro elementi che secondo loro costituivano la materia: aria, acqua, terra e fuoco.
Successivamente Aristotele avrebbe aggiunto un quinto elemento: l'etere che formava le stelle, poiché gli altri quattro elementi erano puramente terrestri.
Le conquiste di Alessandro Magno, di cui Aristotele fu maestro, ampliarono le sue convinzioni in tutto il mondo antico, dalla Spagna all'India e così, per secoli, l'idea di atomo stava creando un posto tutto suo nel mondo della scienza.
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Le idee dei filosofi greci sulla struttura della materia rimasero vere per centinaia di anni, fino a quando un chimico e insegnante di scuola inglese di nome John Dalton (1776-1844) pubblicò i risultati dei suoi esperimenti nel 1808..
Dalton ha convenuto che gli elementi sono costituiti da particelle estremamente piccole, chiamate atomi. Ma è andato oltre affermando che tutti gli atomi dello stesso elemento sono uguali, hanno la stessa dimensione, la stessa massa e le stesse proprietà chimiche, il che li fa rimanere inalterati durante una reazione chimica..
Questo è il primo modello atomico scientificamente fondato. Come i greci, Dalton ha continuato a considerare l'atomo come indivisibile, quindi privo di struttura. Tuttavia, il genio di Dalton lo ha portato a osservare uno dei grandi principi di conservazione della fisica:
E ha stabilito il modo in cui i composti chimici sono stati formati da "atomi composti" (molecole):
Il XIX secolo è stato il grande secolo dell'elettricità e del magnetismo. Alcuni anni dopo le pubblicazioni di Dalton, i risultati di alcuni esperimenti mettono in dubbio gli scienziati sull'indivisibilità dell'atomo..
Il tubo di Crookes era un dispositivo progettato dal chimico e meteorologo britannico William Crookes (1832-1919). L'esperimento che Crookes effettuò nel 1875, consisteva nel porre, all'interno di un tubo riempito di gas a bassa pressione, due elettrodi, uno denominato catodo e un altro ha chiamato anodo.
Stabilendo una differenza di potenziale tra i due elettrodi, il gas emetteva un colore che era caratteristico del gas utilizzato. Questo fatto suggeriva che ci fosse una certa organizzazione particolare all'interno dell'atomo e che quindi non era indivisibile..
Inoltre, questa radiazione ha prodotto una debole fluorescenza sulla parete del tubo di vetro davanti al catodo, tagliando fuori l'ombra di un segno a forma di croce situato all'interno del tubo.
Era una misteriosa radiazione nota come "raggi catodici", che viaggiava in linea retta fino all'anodo ed era altamente energetica, in grado di produrre effetti meccanici, e che veniva deviata verso una piastra caricata positivamente o anche tramite magneti..
La radiazione all'interno del tubo di Crookes non poteva essere onde, poiché trasportava una carica negativa. Joseph John Thomson (1856-1940) trovò la risposta nel 1887 quando trovò la relazione tra la carica e la massa di questa radiazione e scoprì che era sempre la stessa: 1,76 x 10undici C / Kg., Indipendentemente dal gas racchiuso nel tubo o dal materiale utilizzato per fabbricare il catodo.
Thomson ha chiamato queste particelle corpuscoli. Misurando la sua massa in relazione alla sua carica elettrica, ha concluso che ogni corpuscolo era di gran lunga più piccolo di un atomo. Pertanto, ha suggerito che devono far parte di questi, scoprendo così il elettrone.
Lo scienziato britannico è stato il primo a disegnare un modello grafico dell'atomo, disegnando una sfera con punte inserite, che per la sua forma è stata soprannominata "plum pudding". Ma questa scoperta ha sollevato altre domande:
Nel 1898 Rutherford aveva identificato due tipi di radiazioni dall'uranio, che chiamò alfa Y beta.
La radioattività naturale era già stata scoperta da Marie Curie nel 1896. Le particelle alfa sono caricate positivamente e sono semplicemente nuclei di elio, ma a quel tempo il concetto di nucleo non era ancora noto. Rutherford stava per scoprirlo.
Uno degli esperimenti che Rutherford condusse nel 1911 all'Università di Manchester, con l'assistenza di Hans Geiger, consisteva nel bombardare una sottile lamina d'oro con particelle alfa, la cui carica è positiva. Attorno alla lamina d'oro ha posizionato uno schermo fluorescente che ha permesso loro di visualizzare gli effetti del bombardamento..
Studiando gli impatti sullo schermo fluorescente, Rutherford e i suoi assistenti hanno osservato che:
Le osservazioni 2 e 3 hanno sorpreso i ricercatori e li hanno portati a supporre che la persona responsabile della diffusione dei raggi debba avere una carica positiva e che in virtù dell'osservazione numero 1, quella persona responsabile fosse molto più piccola di quella delle particelle alfa..
Lo stesso Rutherford ha detto al riguardo che era "... come se avessi sparato un proiettile navale da 15 pollici contro un foglio di carta e il proiettile fosse rimbalzato indietro e ti avesse colpito". Questo sicuramente non poteva essere spiegato dal modello Thompson.
Analizzando i suoi risultati dal punto di vista classico, Rutherford aveva scoperto l'esistenza del nucleo atomico, dove era concentrata la carica positiva dell'atomo, che gli conferiva la sua neutralità..
Rutherford ha continuato i suoi esperimenti di dispersione. Nel 1918, il nuovo obiettivo per le particelle alfa erano gli atomi di gas di azoto..
In questo modo individuò i nuclei di idrogeno e capì subito che l'unico luogo da cui questi nuclei potevano provenire era l'azoto stesso. Com'era possibile che i nuclei di idrogeno facessero parte dell'azoto?
Rutherford ha quindi suggerito che il nucleo dell'idrogeno, un elemento già assegnato al numero atomico 1, deve essere una particella fondamentale. la chiamo protone, Parola greca da designare Primo. Pertanto, le scoperte del nucleo atomico e del protone sono dovute a questo brillante neozelandese.
Il nuovo modello era molto diverso dal Thompson. Questi erano i suoi postulati:
I calcoli di Rutherford indicavano un nucleo di forma sferica e un raggio di appena 10-quindici m, il valore del raggio atomico è circa 100.000 volte maggiore, poiché i nuclei sono relativamente distanti tra loro: dell'ordine di 10-10 m.
Questo spiega perché la maggior parte delle particelle alfa sono passate attraverso il foglio senza problemi o hanno avuto poca o nessuna deflessione..
Visto alla scala degli oggetti di uso quotidiano, l'atomo di Rutherford sarebbe composto da un nucleo delle dimensioni di una palla da baseball, mentre il raggio atomico sarebbe di circa 8 Km. Pertanto, l'atomo può essere considerato quasi tutto come spazio vuoto..
Grazie alla sua somiglianza con un sistema solare in miniatura, divenne noto come il "modello planetario dell'atomo". La forza di attrazione elettrostatica tra il nucleo e gli elettroni sarebbe analoga all'attrazione gravitazionale tra il sole e i pianeti..
Tuttavia, c'erano alcuni disaccordi riguardo ad alcuni fatti osservati:
Nonostante queste limitazioni e il fatto che oggi esistono modelli molto più sofisticati in linea con i fatti osservati, il modello atomico di Rutherford è ancora utile allo studente per avere un primo approccio di successo all'atomo e alle sue particelle costituenti..
In questo modello dell'atomo non compare il neutrone, altro costituente del nucleo, scoperto solo nel 1932.
Poco dopo che Rutherford propose il suo modello planetario, nel 1913 il fisico danese Niels Bohr lo modificò per spiegare perché l'atomo non è stato distrutto e siamo ancora qui per raccontare questa storia..
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