Quanti e quali sono i modelli atomici?

Nel corso della storia, la curiosità dell’uomo ha prodotto grandi scoperte e generato nuove teorie che hanno cambiato il corso degli eventi. Inoltre, hanno posto le basi per il progresso della scienza, e con questo i contributi per conoscere i fenomeni e il mondo che ci circonda.

Parte dei grandi contributi scientifici in fisica e chimica sono stati nei modelli atomici, che sono definiti come rappresentazioni dell’atomo per dare una spiegazione della sua struttura e del suo comportamento.

Citiamo i modelli atomici più importanti della storia, o perché all’epoca rappresentavano un contributo scientifico rilevante o perché servivano da punto di partenza e base scientifica per il progresso e la creazione di altri postulati da parte di scienziati di altri tempi.

Di ogni modello proposto, le sue proprietà sono confermate sperimentalmente, in modo che abbia validità scientifica, altrimenti, e questo è stato fatto nel corso della storia, viene scartato e nasce un nuovo approccio.

Modelli atomici in ordine cronologico

Modello atomico di Democrito (400 a.C.)

Il primo modello atomico conosciuto, postulato dal filosofo greco Democrito, considerato il padre dell’atomo per aver sviluppato la teoria atomica dell’universo. Questa teoria non è il prodotto del lavoro scientifico e sperimentale, ma poiché è una teoria filosofica, è il prodotto della meditazione e del ragionamento logico.

Il modello atomico di Democrito ha i seguenti postulati:

• Gli atomi sono indivisibili, omogenei, eterni e incomprimibili.
• Gli atomi differiscono solo per forma e dimensione, ma non per le loro qualità interne.
• Le proprietà della materia variano a seconda di come sono raggruppati gli atomi.

Il modello atomico di Dalton (1803)

Fu il primo dei modelli atomici ad avere una base scientifica, e nacque nel contesto degli studi chimici dello scienziato britannico John Dalton (1766-1844), che chiamò il suo modello Atomic Theory.

I postulati del modello atomico di Dalton sono:

• La materia è composta da particelle molto piccole chiamate atomi, che sono indivisibili e indistruttibili.
• Gli atomi dello stesso elemento sono uguali tra loro, hanno la stessa massa e le stesse proprietà.
• Gli atomi di elementi diversi hanno masse diverse e quando si confronta la massa degli elementi con quella dell’idrogeno preso come unità, ha costituito il concetto di peso atomico relativo.
• Gli atomi rimangono indivisi, anche se si combinano in reazioni chimiche.
• I composti chimici si formano unendo atomi di due o più elementi.
• Atomi di elementi diversi possono combinarsi in proporzioni diverse e formare più di un composto.
• Quando si combinano per formare composti, gli atomi hanno relazioni di numeri interi semplici e piccoli.

Modello atomico di Thomson (1904)

Conosciuto anche come il modello del budino, è il modello atomico proposto da Joseph John Thomson (1856-1940), che anni prima aveva scoperto l’elettrone. In questo modello, l’atomo è costituito da elettroni caricati negativamente in un atomo caricato positivamente, quindi gli elettroni sono immersi in esso proprio come l’uva passa in un budino.

Per questo modello atomico, Thomson ha fatto affidamento sull’elettricità come strumento principale.

Modello atomico di Rutherford (1911)

È il primo modello a identificare il nucleo centrale e una nuvola di elettroni attorno ad esso. Ernest Rutherford (1871-1937), chimico e fisico britannico-neozelandese, fu il primo a studiare l’atomo separato in due aree: nucleo e crosta, che iniziò lo studio dell’atomo separatamente.

Modello atomico di Bohr (1913)

Dal fisico danese Niels Bohr (1885-1962), è il modello in cui gli elettroni ruotano su orbite circolari. È considerato il modello che ha segnato la transizione tra meccanica classica e meccanica quantistica; include idee tratte dall’effetto fotoelettrico di Max Planck e Albert Einstein e postulato che gli elettroni potrebbero avere una certa quantità di energia.

Modello di Lewis dell’atomo cubico (1916)

Conosciuto anche come modello atomico cubico, propone la struttura degli atomi come un cubo, con gli elettroni situati agli otto vertici di ciascun cubo. Il modello di Gilbert Lewis (1875-1946) consentì progressi nello studio delle valenze atomiche e dei legami molecolari, e gli studi dello scienziato americano gettarono le basi per quello che oggi è conosciuto come il diagramma di Lewis, da cui il legame atomico covalente.

Modello atomico di Sommerfeld (1916)

Il fisico e matematico tedesco Arnold Sommerfeld (1868-1951), basato sul modello atomico di Bohr, introdusse le orbite ellittiche degli elettroni per spiegare la struttura fine dello spettro, basato, a sua volta, sulla teoria della relatività di Albert Einstein, quindi si dice che sia un modello atomico relativistico.

Modello atomico di Schrödinger (1926)

Il fisico austriaco Erwin Schrödinger (1887-1961) propose il modello quantistico non relativistico, in cui gli elettroni sono considerati onde di materia esistenti.

Questo modello non parla di orbite, ma di orbitali; Non è un modello deterministico, ma casuale in cui un orbitale è la più alta probabilità di trovare un elettrone in una regione dello spazio. Le equazioni di questo modello sono molto complesse e la sua soluzione funziona solo per l’atomo più semplice, l’idrogeno, mentre per gli altri elementi della tavola periodica le soluzioni sono approssimative.

Il modello non esamina la stabilità del nucleo, ma si limita a spiegare la meccanica quantistica relativa al movimento degli elettroni all’interno dell’atomo.

Modello atomico di Chadwick (1932)

Ha confermato l’esistenza di un’altra particella subatomica di cui c’erano molteplici sospetti: il neutrone. Sebbene questo modello sia sorto dopo il modello di Schrödinger, che è l’attuale modello atomico, James Chadwick (1891-1974) ha contribuito allo sviluppo del modello di Schrödinger.

Nel lavoro di Chadwick chiamato The Existence of the Neutron, lo scienziato determina che il neutrone insieme al protone fa parte del nucleo dell’atomo e stabilisce che il numero di protoni nel nucleo è quasi sempre uguale al numero di neutroni.