Di che cosa sono fatti gli alberi e il pane, le stelle e il corpo umano, i libri e l’acqua? In altre parole, quali sono i mattoncini fondamentali che costituiscono la materia?

È una domanda che ci ronza in testa da sempre: già 400 anni prima di Cristo, i filosofi greci immaginavano che gli oggetti si potessero scomporre in tasselli piccolissimi, che chiamavano àtomos (ἀτόμος), cioè “indivisibili”. Avevano ragione: sono davvero gli atomi - il nome lo abbiamo conservato - a formare la materia, anche se su una cosa i Greci si sbagliavano: per quanto piccoli (per vederli servono microscopi potentissimi!) gli atomi non sono affatto indivisibili.

L'ATOMO: COM'È FATTO?

Gli atomi si tengono a braccetto con altri atomi per formare le molecole, le più piccole particelle di materia che possano vantarsi di una propria composizione chimica: per esempio, due atomi di idrogeno e uno di ossigeno si combinano per fare una molecola d’acqua (H2O)

Ogni atomo è composto da un nucleo, una sorta di “pallina” centrale in cui si concentra tutta la sua massa, e da una nuvola di elettroni, particelle leggerissime dotate di carica elettrica negativa che sono attratte da ciò che è presente nel nucleo: qui si trovano i protoni, particelle dotate di carica positiva, molto più pesanti degli elettroni ma presenti in egual numero rispetto ad essi. In pratica, le cariche positive e negative di protoni ed elettroni si controbilanciano: è questo il segreto della stabilità della materia.

Stretti nel nucleo insieme ai protoni ci sono i neutroni, particelle leggermente più pesanti dei protoni e prive di carica elettrica. Quantità diverse di protoni, neutroni ed elettroni danno luogo ad atomi diversi, che sono classificati in una tabella che dovrebbe risultarvi familiare: la tavola periodica degli elementi. Questo sistema di classificazione fu ideato nel 1869 dallo scienziato russo Dmitrij Mendeleev: gli elementi sono ordinati per numero atomico crescente (dato dal numero di protoni nel nucleo). Oggi quelli noti sono 118, ma è un numero destinato a crescere.

STORIA DELL'ATOMO: I MODELLI SCIENTIFICI

Il modello atomico che ebbe più fortuna nella storia moderna fu proposto alla fine dell’Ottocento da un fisico neozelandese, Ernest Rutherford, che paragonò il nucleo atomico al Sole, e gli elettroni ai pianeti che vi orbitano attorno - superando il modello atomico precedente (modello di Thomson) che vedeva gli elettroni all’interno dell’atomo, come i canditi in un panettone.

Rutherford arrivò a queste conclusioni studiando il comportamento di particelle emesse ad alta velocità e lanciate contro una lamina d’oro. La maggior parte delle particelle attraversava la lamina senza trovare ostacoli, il che dimostrava come la maggior parte dell’atomo fosse, in realtà, “spazio vuoto”. Ma alcune tornavano indietro, senza riuscire ad attraversare la lamina: quelle particelle avevano incontrato un “nocciolo duro”, formato dai protoni e dai neutroni nel nucleo.

Il modello di Rutherford, noto appunto come modello planetario, fu però superato perché presentava un problema: secondo la fisica classica, una particella carica accelerata - come il nostro elettrone - dovrebbe emettere energia e a lungo andare, perderla, finendo per collassare sul nucleo. Questi problemi portarono all’affermarsi di un altro modello, quello di Niels Bohr, secondo il quale gli elettroni di un atomo si muovono su orbite dotate di una quantità di energia fissa, predefinita. Un’ipotesi più accurata, ma non per questo del tutto corretta.

L'ATOMO OGGI

Ora sappiamo che non è possibile pensare agli elettroni come a micro pianeti che ruotano seguendo un’orbita, perché così come la luce sono caratterizzati da una doppia natura: sono allo stesso tempo corpuscoli e onde. È il principio base della fisica quantistica.

Ahinoi dobbiamo rinunciare a localizzare con precisione un elettrone, e accontentarci di ipotizzare dove possa trovarsi in un dato istante. Oggi in più sappiamo che protoni e neutroni non sono particelle elementari: ne esistono di più piccole, i quark. Gli esperimenti condotti con gli acceleratori di particelle, macchine potentissime in cui si organizzano gli autoscontri tra protoni e protoni, o fra protoni ed elettroni, hanno chiarito che protoni e neutroni sono a loro volta scomponibili, non più “indivisibili”.

PER APPROFONDIRE: https://staticmy.zanichelli.it/catalogo/assets/9788808278951_04_CAP.pdf