All’inizio del 1900 venne fatta una scoperta molto importante, la radioattività, cioè la possibilità che avevano alcuni elementi chimici instabili di emettere radiazioni per stabilizzarsi (detti anche isotopi radioattivi). Si determinò l’esistenza di tre tipi di radiazioni:

-Radiazione alfa dotata di carica positiva corpuscolare;

-Radiazione beta dotata di carica negativa e corpuscolare,

-Radiazione gamma priva di carica e i massa, ha inoltre solo carattere ondulatorio.

Queste scoperte furono eseguite da un fisico neozelandese, Rutherford, che ideò un esperimento per indagare sulla struttura dell’atomo. Si trattò di un esperimento molto importante sia dal punto di vista storico sia dal punto di vista fisico per il modello che ne seguì. Egli utilizzò una sottilissima lamina d’oro puro (non mescolato con altri elementi) costituita da poche centinaia di atomi ; questa fu posta in uno schermo circolare che presentava però una piccola fenditura. Egli fece in modo che questa lamina fosse colpita da una sorgente di radiazioni alfa che veniva proiettata da una sorgente esterna allo schermo. Rutherford ipotizzò che:

-O tutte le radiazioni attraversavano la lamina d’oro;

-O nessuna radiazione passa,

-O una parte di esse passa, un'altra parte no.

Egli osservò che: (A) La maggioranza delle particelle alfa riuscivano effettivamente ad attraversare indisturbate la lamina, (B) Una piccola parte riusciva ad attraversare la lamina, ma successivamente erano rimbalzavano, subivano una sorta di deviazione . (C) una parte ancor più piccola non attraversava la lamina e veniva direttamente riflessa indietro.

Se le radiazioni utilizzate erano corpuscolari ed attraversavano la lamina d’oro ciò significava che la loro massa non interagiva con gli atomi d’oro. Si scoprì che la maggior parte degli atomi della lamina erano vuote e di conseguenza le particelle alfa transitavano nel loro spazio vuoto. . Ma alcune particelle tornavano indietro è ciò significava che all’interno della lamina dovevano essere presenti delle zone aventi una certa massa e occupante un certo volume che in qualche modo frenavano il percorso delle radiazioni alfa. I raggi , per essere riflessi ,dovevano colpire di striscio una piccola massa di carica positiva che costituiva un ostacolo consistente. Rutherford dedusse allora che la materia era formata da particelle elementari dette atomi all’interno del quale vi erano presenti due zone nettamente distinte:

(1) una zona centrale, detta nucleo, piccolissima che ha un raggio 10000 volte più piccolo del raggio dell’intero atomo, dotata di carica positiva e in cui è concentrata la maggior parte della massa dell’atomo.

(2) Esternamente all’atomo vi è un volume relativamente ampio occupato degli elettroni. Data la loro piccolissima massa, lo spazio che essi occupano si può considerare praticamente vuoto. Questi elettroni si muovono seguendo delle traiettorie precise e ben definite chiamate orbite, e da qui non si potevano muovere.

Il modello atomico di Rutherford fu chiamato modello planetario per la somiglianza del moto degli elettroni attorno al nucleo con quello dei pianeti intorno al Sole. Questo modello incontrò però molte difficoltà efu duramente criticato e contestato. La fisica infatti dice che quando un corpo ruota perde energia., quindi gli elettroni gradualmente consumano energia finché essi non si fermano perché hanno esaurito tutta l’energia. A questo punto gli elettroni sarebbero stati attirati dal nucleo che li avrebbe risucchiati poiché gli el posseggono carica negativa e sono attirati dai corpi con carica positiva (e quindi il nucleo). La struttura atomica sarebbe collassata su se stessa e sarebbe stata instabile e la materia non potrebbe esistere così come noi la conosciamo. Poiché la materia che ci circonda è costituita da atomi stabili, il modello di Rutherford fu abbandonato.

Fu il fisico danese Niels Bohr, alunno di Rutherford, a proporre una nuova ipotesi utilizzando per il suo scopo la teoria della quantizzazione di energia, teoria scoperta verso la fine del XIX secolo e che attirava molto interesse. Quindi Bohr riprese il modello del suo docente apportandogli delle nuove modifiche. Si scoprì che l’energia non si propaga in modo continuo, ma l’energia si propaga in modo discontinuo a blocchi o pacchetti di energia., contenenti una certa quantità di energia.

Questi blocchi si chiamano QUANTI di ENERGIA. Bohr applicò il concetto di quanto energetico al modello ddel suo maestro e sostenne che gli elettroni non si muovono seguendo traiettorie casuali, ma occupando degli spazi ben precisi e determinati, caratterizzati da un preciso valore energetico. L’energia di questi spazi rimane costante, cioè né aumenta, né diminuisce, quindi non può accadere che gli elettroni cadano sul nucleo. Bohr sostituì il concetto di orbita del suo maestro con quello di livello energetico ed inventò un numero indicato con n minuscolo, che indica il tipo di livello energetico in cui si muovono gli elettroni.

Questo numero prende il nome di numero quantico principale. Gli elettroni a basa energia si trovano su un basso livello energetico e più vicino al nucleo, mentre quelli ad alta energiasi trovano su un alto livello energetico e più distanti dal nucleo. I l e vengono numerati a partire dal nucleo. Pertanto il livello energetico più vicino al nucleo è il n 1. con questi livelli indichiamo lo spazio in cui è situato l’elettrone. Un elettrone può passare da un livello energetico a uno superiore solo se gli fornisce una determinata quantità di energia sottoforma di calore. Se si toglie la fonte di calore l’elettrone ritorna al livello di partenza e se gli si sottrae una certa quantità di energia l’el decade al livello energetico inferiore. Più energia li è fornita e più l’elettrone è libero di muoversi. Quando l’atomo perde un elettrone perché gli è stata fornita energia, l’atomo diventa uno ione. Il passaggio da un livello all’altro necessita di una precisa quantità di energia detta salto quantico.

MODELLO QUANTO MECCANICO O AD ORBITALI:

Per definire ed individuare con precisione le caratteristiche di un orbitale bisognò matematicamente ottenere quattro parametri., che sono detti numeri quantici.:

I. n si chiama numero quantico principale ed indica il livello energetico, indica cioè l’energia posseduta dall’orbitale e quindi degli elettroni che si trovano in quell’orbitale. n può assumere tutti i valori interi positivi da 1 a 7. Non può essere, per esempio, né 1,5 né 0 né-1. All’aumentare del numero quantico principaale aumenta l’energia dell’elettrone. Più è elevato il n q p, maggiore è la distanza dal nucleo e maggiori sono le dimensioni dell’orbitale inteso come zona di spazio.

II. l è il secondo numero quantico e viene chiamato numero quantico angolare o secondario. Indica piccole variazioni di energia ed indica il tipo di forma dell’orbitale. l può assumere tutti i valori interi compresi tra o e (n-1). Ad es se n=1 allora l=0, se n=2 allora l=0, l=1 e così via. Esistono quattro tipi di numeri orbitali: s (forma sferica), p, d ; f (quest’ultimi tre sono ellittici).

III. Il numero quantico m viene chiamato numero quantico magnetico. Indica l’orientamento nello spazio dell’orbitale e da quanti orbitali posso avere per ogni livello. m può assumere tutti i valori compresi fra –l e +l . m dipende quindi da l.

IV. Il numero quantico 4 è indipendente dai primi tre e viene chiamato numero di spin (dal verbo inglese to spin=far ruotare). Indica il senso di rotazione che l’elettrone ha su se stesso, intorno al proprio asse. Poiché la rotazione può avvenire in due versi, esistono due numeri quantici di spin, indicati come –1/2 (per il verso antiorario) e +1/2 (per il verso orario).

Per rappresentare la configurazione elettronica degli elementi, cioè la disposizione degli elettroni negli orbitali, si fa riferimento al principio di Pauli.