La materia e l'atomo attraverso le epoche...

Materie:Appunti
Categoria:Biologia

Voto:

1.5 (2)
Download:213
Data:24.01.2002
Numero di pagine:7
Formato di file:.doc (Microsoft Word)
Download   Anteprima
materia-atomo-attraverso-epoche_1.zip (Dimensione: 72.47 Kb)
trucheck.it_la-materia-e-l-atomo-attraverso-le-epoche.doc     109 Kb
readme.txt     59 Bytes



Testo

La materia e l’atomo attraverso le epoche
In filosofia
Democrito e l’atomismo
Nonostante al giorno d’oggi sia opinione praticamente comune che la materia e di conseguenza l’ atomo, siano oggetto di studio della fisica, bisogna ammettere che i primi a parlare di materia e persino di atomo furono gli antichi filosofi greci, tant’ è che si sviluppò una vera e propria corrente denominata atomismo. Il maggior esponente di questo movimento fu senza dubbio Democrito (V sec. a.C.); egli fu infatti il primo a parlare di a-tomi (dal greco atomòs che significa indivisibile) ingenerabili, indistruttibili e immutabili. In sede fisica egli immaginava la realtà costituita da atomi diversi tra loro per figura, ordine e posizione, ma non solo la realtà esterna addirittura l’anima era considerata un “agglomerato” di atomi, sebbene di natura ignea.
Aristotele e Platone
Con Aristotele appare la distinzione tra materia e forma e come Platone la materia risulta essere quasi esclusivamente passività, tant’è che essa viene paragonata alla cera. In Platone le cose (ovvero la materia) sono solo delle copie imperfette e mutevoli delle idee che, al contrario sono immutabili e perfette; la materia insomma non rappresenta il centro di ricerca di Platone che anzi pone la sua attenzione alle idee trascendenti.
Cartesio
Con Cartesio (1596-1650) si ha la distinzione tra res extensa e res cogitans: la prima è la materia regolata da leggi causali meccaniche, la seconda è la sostanza pensante in estesa e libera.
Leibniz e la concezione moderna
Chi elaborò in maniera più originale il concetto di materia fu probabilmente Leibniz che vedeva in essa non solo estensione, ma anche inerzia e resistenza; dopo di lui Newton mise in rilievo la presenza di forza e movimento all’ interno della materia. La concezione moderna invece dichiara la propria incompetenza a riguardo, lasciando la competenza della questione alla fisica ; col ‘900 infatti il tradizionale concetto filosofico fu messo in crisi dalle rivoluzionarie scoperte della fisica quantistica.
In fisica
Grazie alla fisica si è scoperto sia grazie ad esperimenti sia grazie a calcoli teorici che l’ atomo è la parte più piccola di un elemento che conserva immutate le proprie caratteristiche attraverso qualsiasi reazione chimica.
L’atomo dal 1600 al 1850
La nozione di atomo cominciò ad avere un carattere preciso e definito solo dopo la scoperta delle leggi ponderali della chimica e quindi dopo l’ impegno di alcuni chimici come Lavoisier e Proust e principalmente Dalton secondo il quale ogni atomo aveva, oltre ad una rappresentazione simbolica, un determinato peso in valore relativo; da qui l’origine dei pesi atomici dei diversi elementi, di cui Dalton pubblicò nel 1850 una prima tabella, che in seguito venne estesa e migliorata. In sintesi la teoria atomica di Dalton può essere riassunta nei seguenti punti:
• La materia non é continua, ma é composta da particelle che non possono essere ulteriormente divisibili né trasformabili, gli atomi
• Gli atomi di un particolare elemento sono tutti uguali tra loro e hanno la stessa massa
• Gli atomi di elementi diversi hanno massa e proprietà differenti
• Le reazioni chimiche avvengono tra atomi interi e non tra frazioni di essi
• In una reazione chimica tra due o più elementi gli atomi, pur conservando la propria identità , si combinano secondo rapporti definiti dando luogo a composti
Successivamente, le nozioni di atomo e di molecola si sono sempre più consolidate e numerose sono le scoperte fisiche e chimiche che hanno più o meno portato il loro contributo alla teoria atomica e molecolare. In particolare la teoria cinetica dei gas sviluppata da Boltzmann, Maxwell e Clausius.
L’atomo dal 1850 al 1900
La classificazione periodica degli elementi proposta nel 1869 dal russo Mendeleev coronò gli sforzi dei chimici e suggerì loro che tutta la materia dell'universo poteva essere costituita utilizzando solo un centinaio di atomi differenti. Prima di questo, in effetti, l'inglese William Proust aveva espresso l'ipotesi che gli atomi dei diversi elementi fossero formati partendo dal solo atomo d'idrogeno, considerando infatti che i pesi atomici dei diversi elementi erano molto spesso dei multipli interi di quello d'idrogeno, questa ipotesi però venne quasi immediatamente scartata. Mendeleev ordinò gli elementi secondo la loro massa atomica crescente, andando a capo ogni volta che certe caratteristiche tornavano a presentarsi, in modo da disporre così in una stessa colonna, l'uno sotto l'altro, gli elementi con comportamenti simili. Con gli studi di Becquerel e dei coniugi Curie si scoprì che alcuni elementi, e in particolare l’uranio erano in grado di emettere radiazioni; nel 1899 E. Rutheford identificò due tipi di radiazioni emesse dalle sostanze radioattive, i raggi alfa e quelli beta. Fu però H. Thomson ad ottenere il risultato più alto: egli infatti identificò l’ elettrone ed espose il primo modello atomico nel quale si sosteneva che l'atomo, piuttosto che la sferetta solida e compatta ipotizzata da Dalton, fosse un aggregato di particelle più semplici. Alla luce dei pochi dati sperimentali in suo possesso, J.Thomson ipotizzò che l'atomo fosse costituito da una sfera omogenea carica di elettricità positiva in cui gli elettroni erano distribuiti in maniera uniforme e senza una disposizione spaziale particolare.
Dal 1900 ai giorni nostri
Nel 1911 il neozelandese E. Rutheford propone un modello atomico planetario: massa e carica positiva sono concentrate in una parte molto piccola dell'atomo, mentre gli elettroni sono distribuiti tutt'intorno e occupano tutto il resto dell'atomo. Questa ipotesi nasceva da un'importante esperienza, effettuata da due allievi di Rutherford. Una lamina sottilissima di metallo veniva bombardata con particelle alfa veloci; uno schermo rivelatore indicava poi i punti di arrivo della particelle alfa, permettendo quindi di stabilirne la traiettoria dopo il passaggio attraverso la lamina.
Se fosse stato valido il modello di Thomson, cioè se l'atomo avesse avuto una struttura omogenea, la particelle alfa avrebbero dovuto comportarsi tutte nello stesso modo, perché in qualunque punto avessero colpito la lamina metallica avrebbero trovato situazioni equivalenti.
In realtà le particelle alfa si comportarono in modo diverso: per la maggior parte passarono senza subire nessuna deviazione, ma alcune vennero deviate secondo vari angoli e alcune vennero addirittura respinte. Questo comportamento spinse Rutherford a formulare la sua ipotesi; le particelle che non venivano deviate erano quelle che passavano abbastanza distanti dai nuclei. Quelle che si avvicinavano ai nuclei venivano deviate per effetto della repulsione elettrica, visto che sia le particelle che i nuclei sono positivi; tanto più si avvicinavano ai nuclei, tanto piú fortemente venivano deviate. Quelle che andavano direttamente verso i nuclei venivano respinte: queste ultime erano poche, perché il nucleo occupa una parte molto piccola rispetto allo spazio occupato da un atomo e quindi la probabilità che una particella si dirigesse proprio contro un nucleo era bassa.
Nel 1913 un nuovo modello atomico venne proposto dal danese N. Bohr il quale si basò principalmente su due ipotesi:
1. Nell'atomo gli elettroni ruotano intorno al nucleo su orbite circolari. Ognuna di queste orbite ha un raggio ben determinato
2. Il momento angolare degli elettroni é quantizzato. Esso può assumere soltanto certi valori (valori permessi), ma non può assumere i valori intermedi fra quelli permessi.
Dopo aver introdotto queste ipotesi, Bohr studia la situazione dell'elettrone utilizzando le leggi della fisica classica. L'elettrone é soggetto alla forza di attrazione del nucleo. Questa forza provoca il suo moto di rotazione e costituisce quindi la forza centripeta. Gli elettroni nelle loro orbite possiedono una certa quantità di energia; essi infatti sono in moto, possiedono perciò energia cinetica; inoltre hanno energia potenziale dovuta all'attrazione elettrostatica tra elettrone e nucleo.
Notato ciò, bohr espone la sua terza ipotesi ossia:
3. Finché un elettrone rimane nella sua orbita, non emette e non assorbe energia
Per passare da un'orbita con energia minore a un'orbita con energia maggiore (cioè da un'orbita più interna a una più esterna), l'elettrone deve ricevere dall'esterno una quantità di energia corrispondente alla differenza di energia fra le due orbite; se invece passa da un'orbita con energia maggiore a un'orbita con energia minore, l'elettrone emette una quantità di energia pari alla differenza di energia fra le due orbite. L'energia viene emessa o assorbita sotto forma di radiazione elettromagnetica. A tal proposito vi è una relazione matematica:
E1-E2 = h v
dove:
E1 ==> energia dell'orbita sulla quale si trovava l'elettrone all'inizio
E2 ==> energia dell'orbita sulla quale si é portato l'elettrone
h ==> costante di Planck
v ==> frequenza della radiazione emessa o assorbita
Modello atomico di Niels Bohr:

Il modello di Bohr venne successivamente perfezionato dal tedesco A. Sommerfeld, che ipotizzò la forma ellittica delle orbite. Durante gli anni ‘20 grazie al contributo principalmente di L.V. De Broglie, W. Heisemberg, W. Pauli, E. Schroedinger e ancora N. Bohr, la struttura dell'atomo viene interpretata secondo il modello, tutt'oggi accettato, della meccanica quantistica. Bohr, infatti, aveva introdotto nel suo modello l'ipotesi della quantizzazione, ma per il resto aveva trattato l'elettrone come una particella classica, che si muove su orbite ben determinate il cui raggio può essere calcolato in base a semplici considerazioni meccaniche sulle forze in gioco. Le nuove scoperte però imponevano un modo completamente diverso di affrontare il problema, che portò all'elaborazione di una nuova fisica, la meccanica quantistica. Compare così per la prima volta il termine “orbitale”, ma cos’è l’ orbitale? Esso indica la funzione che si ottiene come soluzione di un’equazione, impostata da Schrodinger, visualizzabile come regione dello spazio intorno al nucleo, nella quale é possibile trovare l'elettrone.
I vari orbitali hanno forme diverse e si protendono lontano dal nucleo differentemente in relazione ai numeri quantici che ne
caratterizzano la funzione d'onda. Ogni funzione d'onda, o orbitale, descrive uno stato dell'atomo; le diverse funzioni d'onda di un atomo si denotano indicando i valori dei tre numeri quantici: n, l, m, a ogni terzetto di numeri quantici corrisponde un orbitale ben preciso.

IL NUMERO QUANTICO PRINCIPALE (n).
Questo numero può assumere valori maggiori o uguali a 1. Ha il ruolo più importante nel determinare l'energia del dato orbitale.
• IL NUMERO QUANTICO ANGOLARE (l). É un numero legato al valore del momento angolare che l'elettrone ha nel suo moto intorno al nucleo; determina la forma degli orbitali e insieme al numero n, contribuisce a determinare l'energia.
• IL NUMERO QUANTICO MAGNETICO (m). É un numero che determina l'inclinazione del vettore momento angolare dell'elettrone; determina l'orientamento degli orbitali nello spazio.
Nel 1932 infine lo statunitense J. Chadwick scopre il neutrone. Ora l'atomo é definito la più piccola frazione di un elemento in grado di conservare le caratteristiche chimiche e fisiche. E’ una struttura complessa costituita da diversi tipi di particelle: protoni (che portano una carica positiva), neutroni (elettricamente neutri) ed elettroni (che portano una carica negativa).

Esempio



  



Come usare