Chimica per il liceo/La tavola periodica e i primi modelli atomici: differenze tra le versioni

Mediante lo strofinio è possibile caricare elettricamente un corpo, sfrutta l'energia cinetica per strappare cariche ai materiali in oggetto; per convenzione, i materiali che, in seguito a strofinio, presentano un comportamento analogo a quello dell'ambra, come ad esempio la plastica, sono definiti '''negativi''', mentre quelli che si comportano come il vetro sono definiti '''positivi'''. Due oggetti che presentano cariche elettriche opposte si attraggono, mentre due oggetti che hanno la stessa carica si respingono, come mostrato in figura 4.
[[File:Interazioni tra cariche elettriche.svg|centro|miniatura|627x627px|'''Figura 4.''' Interazione tra cariche elettriche: (A) se le cariche sono di segno opposto si attraggono; (B) se sono dello stesso segno si respingono.]]Nel corso del XVIII e del XIX secolo, numerosi scienziati si dedicarono allo studio delle proprietà elettriche della materia e alle applicazioni tecnologiche dell'elettricità, come, ad esempio, il fisico italiano Alessandro '''[[w:Alessandro_Volta|Volta]]''', inventore della prima pila elettrica della storia; il fisico americano Benjamin '''[[w:Benjamin_Franklin|Franklin]]''' che, per spiegare i fenomeni elettrici, ipotizzò l’esistenza di un ''fluido elettrico'' costituito da particelle dotate di cariche elettriche opposte; il chimico svedese Jöns Jacob '''[[w:Jöns_Jacob_Berzelius|Berzelius]]''' che tentò di accordare le osservazioni fisiche sull'elettricità con la teoria atomica della materia, proponendo che ogni atomo possedesse al suo interno entrambi i tipi di carica (positive e negative) e che l'elettrizzazione della materia avvenisse in seguito ad uno scambio di queste cariche. Bisognerà però attendere la fine del XIX per identificare le prime particelle subatomiche dotate di carica elettrica: gli elettroni.
[[File:JJ Thomson (Nobel).jpg|sinistra|miniatura|'''Figura 5.''' Sir Joseph John Thomson (1856–1940), premio nobelNobel per la Fisica nel 1906.|232x232px]]
[[File:Crookes tube-in use-lateral view-standing cross prPNr°11.jpg|miniatura|244x244px|'''Figura 6.''' Tubo di Crookes.]]
Nel 1897, il fisico inglese Joseph J. '''[[w:Joseph_John_Thomson|Thomson]]''' (figura 5), dimostrò l'esistenza dell'elettrone, compiendo esperimenti con il '''tubo di Crookes''' (figura 6), un ampolla di vetro contenente un gas rarefatto (grazie al collegamento a una pompa a vuoto) in cui sono fissate due piastre metalliche (o <dfn>elettrodi</dfn>), una, detta ''catodo'', collegata al polo negativo di un generatore elettrico e l’altra, detta ''anodo'', collegata al polo positivo.
 
Portando la pressione del gas all'interno del tubo raggiunge valori molto bassi (circa un milione di volte minore di quella atmosferica) e applicando un'elevata differenza di potenziale elettrico, è possibile osservare l'emissione di raggi luminosi che partono dal catodo (per questo motivo sono stati chiamati ''raggi catodici'') e si propagano in linea retta, attraversando l'anodo, che è forato, fino a raggiungere l'estremità opposta del tubo, dove determinano una tenue fluorescenza sul vetro. I raggi catodici inoltre possono essere deviati utilizzando due ulteriori piastre metalliche che generano un campo elettrico ad essi perpendicolare: come mostrato in figura 7, i raggi catodici vengono attirati dalla piastra positiva e respinti da quella negativa, dimostrando la loro natura elettrica negativa.
[[File:Thomson cathode ray exp.gif|centro|miniatura|452x452px|'''Figura 7.''' Deviazione dei raggi catodici, quando si applica un campo elettrico perpendicolare al fascio.]]Attraverso vari esperimenti che utilizzavano sia campi elettrici, sia campi magnetici, Thomson fu in grado di dimostrare che i raggi catodici erano formati da particelle dotate di massa e inoltre di determinarne il rapporto carica/massa: i risultati ottenutoottenuti gli fecefecero inoltre ipotizzare che tali particelle negative dovessero avere una massa molto più piccola di quella dell'atomo dpiù leggero, ovvero l'idrogeno, e che fossero una componente fondamentale di tutti gli atomi. Le particelle individuate da Thomson vennero chiamate '''elettroni''' e la loro scoperta gli valse il premio Nobel per la Fisica nel 1906.
 
 
Il valore preciso della carica elettrica (-1,6<math>\cdot</math>10<sup>-19</sup> C) e conseguentemente della massa (9,109<math>\cdot</math>10<sup>-31</sup> kg) dell'elettrone vennero determinati, nel 1909, dal fisico statunitense Robert '''[[w:Robert_Millikan|Millikan]]''', confermando che tale particella ha una massa circa 2000 inferiore rispetto a quella dell'atomo di idrogeno.
[[File:Jersey Christmas pudding podîn d'flieu.jpg|miniatura|186x186px|'''Figura 8.''' Plum (o Christmas) pudding.]]
Dopo aver scoperto l'elettrone, nel 1904, Thomson propose il primo modello atomico moderno e basato su dati sperimentali, noto come "'''modello a panettone'''", in inglese ''plum pudding model'' (il plum o Christmas pudding è un tipico dolce inglese natalizio che, come il nostro panettone tradizionale, contiene canditi e uva passa, figura 8). Tale modello propone che l'atomo sia una sfera di carica positiva diffusa in tutto il volume, al cui interno sono distribuiti gli elettroni (cariche negative) a distanza regolare, in modo da minimizzare la repulsione reciproca (figura 9). e le cariche negative (elettroni) ed è così associato al panettone (nuvola positiva) al cui interno sono disposte le uvette (cariche negative).
[[File:Plum pudding atom.svg|centro|miniatura|329x329px|'''Figura 9.''' Il modello atomico "a panettone" proposto da Thomson.]]
 
== L'esperimento di Geiger e Marsden e il modello atomico di Rutherford ==
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