Pillole di Chimica

Ebbene si, la sete di sapere dell’uomo non si ferma mai, talvolta è meglio non sapere, a volte invece si. Per quanto riguarda la chimica non si è mai fermata, e più si aggiungeva un pezzeto e più tutto diventava chiaro e affascinante. Senza dare troppa noia, anzi, cercando di destare più interesse possibile, cerchiamo di ripercorrere le scoperte fatte nel mondo della chimica e della fisica. Le chiameremo “pillole di storia“.

  • 1896: Dalton J. ipotizza l’atomo come una sferetta di materia compatta ed indivisile. (Da qualche parte bisognava pur incominciare no? 😉 )
  • 1795: Il nostro Volta A. attraverso un disposotivo da lui ideato (pila di Volta), composto da dischi di zinco e rame separati da pezzi di feltro imbevuto in acido solforico, notò un passaggio spontaneo di cariche senza aver preventivamente elettrizzato per strofinio ma seplicemente collegando con un filo metallico i 2 dischi all’estremità. La sua ipotesi fu che la materia era formata da cariche elettriche.
  • 1831: Faraday M. scopre l’interdipendenza tra fenomeni magnetici ed elettrici, dimostrando che cariche in movimento generano un campo magnetico e viceversa (legge dell’induzione).
  • Dal 1860 al 1890: Crookes W. mediante dei tubi in vetro da lui ideati ed in cui potevano essere saldati un catodo ed un anodo ed inserito un gas a bassa pressione, studia la natura delle scariche elettriche che venivano generate in seguito all’applicazione di una DDP (diff. di potenziale) molto alta dall’esterno. Queste scariche vengono da lui chiamate “raggi catodici” (ora sapete com’è nata la TV :)). Inoltre Crookes scopre che:
    • i raggi catodici sono di natura corpuscolare in quanto in grado di mettere in movimento le pale di un mulino (piccolo) interposto ai raggi;
    • hanno scarso potere penetrante in quanto infrangendosi contro la parete in vetro opposta al catodo danno origine al fenomeno della fluorescenza;
    • sono particelle con carica elettrica negativa in quanto applicando un campo elettrico dall’esterno, i raggi mostrano una deviazione verso la piastra positiva.
  • 1896: Thomson J.J. continua gli studi con i tubi di Crookes calcolando il rapporto carica/massa di queste particelle a cui diede il nome di “elettroni“. Thomson applicò un campo magnetico ed un campo elettrico in modo tale da annullare la forza sviluppata dal campo magnetico. Questo rapporto risultò essere e/m = -1,76 • 10E8 C•g¯¹
  • 1909: Millikan R.A. calcola l massa dell’elettrone dopo aver compiuto diverse esperienze attraverso un dispositivo che impedisce la caduta per gravità di goccioline di olio preventivamente elettrizzate per nebulizzazione. ed infine utilizzando il rapporto e/m calcolò m = 9,1 • 10E-28 g
  • 1896: Goldestein (parente di Frankestein :D) utilizzando un particolare tubo di Crookes con il catodo forato notò il fenomeno della fluorescenza che si verificava sulla parete di fronte l’anodo. Questo fenomeno era provocato dai “raggi anodici” che lui stesso chiamò così. Gli studi proseguirono con Wien W. che mediante analoghe considerazioni fatte per l’elettrone arrivò alle seguenti conclusioni:
  • i raggi anodici sono particelle materiali dotate di carica elettrica positiva;
    la loro intensità varia al variare del materiale con cui è composto l’anodo a differenza dell’elettrone.
  • Queste particelle furono battezzate con il nome di “protoni” da Thomson nel 1906 dimostrando che la loro masa (m’) è 1836 volte più grande di quella dell’elettrone (m): m’ = 1836 m
  • 1897: Thomson propone un nuovo modello di atomo, che tiene conto sia degli elettroni, sia dei protoni necessari per conservare la neutralità dell’atomo.
  • 1895: Roentegen W. scopre per caso dei raggi invisibili di natura sconosciuta che egli chiamò “raggi X“. Questi si formavano dopo l’urto di raggi catodici su un anodo di materiale intercambiabile. I raggi formatisi sono di natura elettromagnetica con un forte potere penetrante.
  • 1899: Curie M. isolò dall’uranio un nuovo elemento: il radio. Sia l’uranio che il radio sono 2 elementi capaci di emanare radiazioni in grado di impressionare una lastra fotografica. A questo fenomeno Curie diede il nome di “radioattività” (non so se inventò anche il simbolo di pericolo relativo 🙂 ). In seguito Rutherford mise a punto uno strumento (il fucile atomico) costituito da una camicia in piombo al cui interno depositò una quantità di sali di uranio. All’uscita della camicia vi era l’azione di un campo elettrico ed infine una lastra fotografica. Rutherford scoprì che la radiazione era costituita da altri 3 tipi di radiazione:
  • i raggi alfa: radiazioni di origine corpuscolare ed elettromagnetica dotate di carica positiva, la loro massa è circa 4 volte maggiore di quella del protone e la carica elettrica è doppia di quella del protone. Hanno scarso potere penetrante e la loro velocità è 20 volte minore di quella della luce;
    i raggi beta: particelle cariche di elettrecità negativa, con una massa ed una carica circa uguale a quella dell’elettrone. Il loro potere penetrante è elevato, e la loro velocità vicina a quella della luce;
    i raggi gamma: particelle neutre con elevatissimo potere penetrante. La loro velocità è uguale a quella della luce.
  • 1913: Moseley H.J. prosegue gli studi sulla natura dei raggi X. Egli scopre che l’intensità di queste radiazioni cresce al crescere della massa atomica dell’elemento utilizzato per l’anodo. Riportando i dati su un grafico i punti erano quasi allineati secondo una retta. Successivamente Moseley sostituisce alla massa tomica il numero di protoni che costituiva l’elemento secondo la tavola degli elementi di Mendeleev. Fu in grado così do trovare una relazione che allineava i punti sul grafico: = a (Z-b) dove a e b sono 2 costanti empiriche.
  • Si giunse così alla conclusione che ciò che caratterizza un elemento è il “numero atomico Z“, ossia il numero di protoni che lo costituisce.
  • 1911: Rutherford propone un nuovo modello per l’atomo in base al quale il nucleo positivo è concentrato al centro e gli elettroni ruotano vertiginosamente intorno. Questo modello fu da lui proposto dopo aver bersagliato con raggi alfa una lamina d’oro di spessore 5•10E-5mm e ponendo una lastra di vetro ricoperta di ZnS che provocava un lampo se colpita da raggi alfa. Rutherford notò che alcuni raggi subivano deviazioni, altri non ne subivano affatto, ed ealtri ancora rimbalzavano sulla lamina come se avessero urtato contro qualcosa. Da qui l’ipotesi che il modello di Thomson non era attendibile, ma spiegabile solamente attraverso il suo modello “planetario“. Infatti alcuni raggi passavano vicino al nucleo venendo deviati, altri rimbalzavano contro il nucleo.
  • 1932: Chadwick J. scopre il neutrone, particella neutra contenuta nel nucleo. Grazie alla sua scoperta e grazie allo spettrometro di massa, fu possibile scoprire che ogni elemento è composto da una miscela di nuclidi detti “isotopi“. Queste particelle hanno le stesse proprietà chimiche, ma diverso numero di neutroni. Fu così introdotto il numero di massa A che rappresenta la somma dei protoni e dei neutroni. Per esempio la simboleggiatura:
  • indica che l’elemento chimico neon è composto da 3 isotopi con rispettivamente 10, 11 e 12 neutroni.
  • Vedremo prossimamente come gli studi notevoli di questi signori non riusvivano a spiegare con esattezza gli spettri di atomi polielettronici. Fu De Broglie che nel 1924 mediante una geniale intuizione diede l’avvio a ciò che viene chiamata Fisica Moderna, o Meccanica Quantistica.
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