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

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 (positivepositiva e negativenegativa) 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.

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 raggiungea 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.

Il valore preciso della carica elettrica (-1,6<math>\cdot</math>10^-19 C) e conseguentemente della massa (9,109<math>\cdot</math>10^-31 kg) dell'elettrone vennero poi determinati, nel 1909, dal fisico statunitense Robert '''[[w:Robert_Millikan|Millikan]]''', nel 1909, confermando che tale particella ha una massa circa 2000 inferiore rispetto a quella dell'atomo di idrogeno.

Dopo aver scoperto l'elettrone, nel 1904, Thomson propose il primo modello atomico moderno e basato su dati sperimentali, noto come "'''modello a panettone'''", o 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 ipotizza che l'atomo sia una sfera di carica positiva, a cui è associata anche la massa (essendo la massa dell'elettrone molto inferiore rispetto a quella di un atomo), 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). Tale modello viene definito "a panettone" in quanto l'impasto rappresenta la nuvola di carica positiva diffusa in tutto il volume, mentre le uvette e i canditi distribuiti al suo interno rappresentano gli elettroni negativi.