Settimana della Cultura Scientifica e Tecnologica

Settimana della Cultura Scientifica e Tecnologica

Liceo Scientifico Vitruvio Pollione – Avezzano

I colori degli atomi – Classe 4°C

La classe IVC con un video ha ripercorso l’evoluzione dei modelli atomici teorizzate nel corso degli anni. 

Fondamentale per l’evoluzione dei modelli atomici è stato lo studio della luce; quando parliamo di questa dobbiamo dividere tra modello corpuscolare e quello ondulatorio, in quest’ultimo caso viene considerata come un fenomeno continuo caratterizzato da diverse onde. Uno dei fenomeni spiegabili tramite il modello ondulatorio è quello della rifrazione della luce, questo evento comporta un cambiamento di direzione del raggio luminoso nel momento in cui si sposta tra due mezzi di diversa densità.

La natura corpuscolare fu scoperta da Isaac Newton che facendo passare un raggio di luce attraverso un prisma vide che questo veniva scomposto in tante particelle colorate e che ponendo un altro prisma rovesciato si andava a ricomporre il raggio. Planck sostenne questa teoria affermando che la luce è formata da quanti, teoria confermata da Einstein tramite l’effetto fotoelettrico per il quale ottenne il premio Nobel.

Il primo modello atomico fu quello di Thomson, conosciuto come “modello a panettone”, secondo il quale l’atomo è una sfera piena di materia carica positivamente con elettroni sparsi al suo interno.

Successivamente Rutherford elaborò il modello planetario secondo il quale l’atomo è formato da un nucleo formato da protoni (carichi positivamente) e gli elettroni ruotano attorno ad esso in un grande spazio vuoto chiamato atmosfera elettronica. questo modello però non venne accettato perché gli elettroni dovrebbero compiere un lavoro per opporsi all’attrazione da parte del nucleo e questo comporterebbe l’instabilità dell’atomo. 

Partendo dalla concezione di nucleo elaborata da Rutherford, Bohr elaborò il suo modello atomico secondo il quale attorno al nucleo formato da protoni ci sono sette livelli sui quali gli elettroni descrivono le loro orbite. Questo modello si basa su due postulati, quello dello stato stazionario secondo il quale gli elettroni si muovono su orbite stazionarie preferenziali caratterizzate da una certa quantità di energia. Il secondo postulato è quello dello stato eccitato secondo il quale fornendo energia all’elettrone questo passa ad un livello eccitato (ad energia maggiore), nel momento in cui non si fornisce più energia questo torna allo stato stazionario emettendo una quantità di energia pari al dislivello energetico tra le due orbite coinvolte. 

Con questo secondo postulato Bohr va anche a spiegare la diversa colorazione delle righe degli spettri, che considera come la conseguenza dei diversi tipi di fotoni emessi dall’elettrone eccitato.

Per verificare il modello atomico di Bohr i ragazzi del IVC hanno fatto alcuni esperimenti sulla fluorescenza e la fosforescenza. Entrambi questi fenomeni prevedono che una fonte di energia (in genere luce visibile) ecciti gli atomi facendo saltare gli elettroni sull’orbita più esterna e quando questi tornano sull’orbita interna emettono luce.

La fosforescenza è un fenomeno di emissione di radiazioni caratteristica di alcune sostanze chimiche a seguito di eccitazione elettronica, si distingue dalla fluorescenza in quanto in questa l’effetto è immediato e si interrompe appena viene a mancare la forma di energia, mentre nella fosforescenza l’effetto continua anche nel momento in cui la causa cessa. 

De Broglie basandosi sulla doppia natura della luce ipotizza che questa potesse essere caratteristica anche della materia in generale, ipotizzando che l’elettrone, come il fotone, potesse essere descritto sia come particella che come onda. Studiando infatti il suo moto ipotizzo che anch’esso potesse avere moto ondulatorio di lunghezza d’onda specifica. 

Questa ipotesi venne confermata successivamente da due statunitensi che osservarono che quando un fascio di raggi x attraversa un reticolo cristallino produce un’immagine di diffrazione simile a quella prodotta da un fascio di elettroni che attraversa lo stesso reticolo. Essendo la diffrazione un fenomeno tipicamente ondulatorio la natura ondulatoria degli elettroni può essere confermata. 

Il fisico tedesco Heisenberg analizzò il modello atomico di Bohr analizzandone i limiti, egli affermò che è impossibile parlare di orbite precise e di eventuali traiettorie descritte in quanto tanto più sperimentalmente ci si avvicina al valore della velocità, tanto più risulta alterata la posizione dell’elettrone.

Partendo da queste osservazioni l’orbita diventa la regione di spazio in cui c’è più alta probabilità di trovare l’elettrone. L’applicazione delle leggi della probabilità per individuare la posizione degli elettroni non venne mai accettata da Einstein che affermò “Dio non gioca a dadi”. 

Bonaldi Sofia e Scatena Francesca, 5B

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