L'atomo secondo Thomson e Rutherford

Primo modello di atomo

Secondo il fisico inglese J. J. Thomson (1856-1940), gli elettroni, carichi negativamente, si trovavano tra le cariche positive dell’atomo, in posizione ben determinata per generare forze di attrazione e la carica positiva doveva essere uguale alla negativa perché l’atomo fosse all’esterno neutro.

Rutherford dimostrò sperimentalmente la struttura dell’atomo. Mise dietro una lastra di piombo forata (questo metallo arresta le radiazioni) un preparato radioattivo alfa, che si dirigeva contro un sottile foglio di alluminio e quindi scontrandosi con le cariche positive dello stesso, rimbalzava poi su uno schermo fluorescente successivo, dove con un microscopio le particelle alfa si potevano vedere come piccole scintille.

Togliendo il foglio di alluminio, sullo schermo fluorescente si disegnava un cerchio. Le forti deviazioni di queste particelle, uguali ed anche superiori a un angolo retto per la forte repulsione, chiariscono perciò un modello atomico, che concentra nel nucleo la carica positiva, con gli elettroni, carichi negativamente, che ruotano intorno a velocità elevatissime per non ricadere sul nucleo. Inoltre la deviazione delle particelle, con questo esperimento, si avvale esattamente della legge di Coulomb. Un modello atomico con cariche positive, non concentrate nel nucleo, come quello di J. J. Thomson, prevede invece deviazioni di pochi gradi. Rutherford calcolò il diametro del nucleo atomico di circa 0,000.000.000.001 centimetri (1/10¹² cm). Lo spazio, occupato da tutto l’atomo, ha un diametro di 1/10⁸ cm. Ingrandendo l’atomo, un miliardo di volte, il nucleo avrebbe la grandezza di un nocciolo di ciliegia e la restante parte di oltre 300 metri di diametro potrebbe contenere la torre Eiffel. In questo spazio ruoterebbero gli elettroni dalla grandezza di una capocchia di spillo.

L’atomo elaborato da Rutherford, percorre orbite circolari o ellittiche e perciò muta velocità e direzione, eseguendo un moto con accelerazione centripeta, mentre si esercita la forza colombiana di attrazione tra nucleo ed elettroni. L’elettrone, lungo la sua orbita, compie un moto che si può scomporre in due, sopra due assi, ortogonali tra loro e con frequenza uguale, come dipoli oscillanti e irraggianti. Emanando energia elettromagnetica, però l’elettrone diminuisce la sua energia cinetica fino a cadere sul nucleo. Questo modello di atomo dal punto di vista elettromagnetico non era ammissibile, come l’effetto fotoelettronico in base alle leggi dell’elettromagnetismo non era verificabile. Ricollegandosi alla fisica quantistica di Plank, il fisico danese Niels Bohr perfezionò il modello di Rutherford ed Einstein potette interpretare l’effetto fotoelettronico.