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NOZIONI DI BASE

Nozioni di base


Anche se la comprensione della struttura atomica è una recente vittoria della fisica, già da molti secoli i chimici avevano imparato a catalogarla ed a sfruttarne le proprietà. Intorno al 1870 D.L. Mayer e D.I. Mendeleev trovarono, indipendentemente l'uno dall'altro, un sistema per catalogare le diverse specie atomiche ancora oggi molto usato e basato (a loro insaputa) sul numero degli elettroni atomici.

Oggi sappiamo che gli atomi sono composti da un nucleo molto piccolo (raggio m) formato da neutroni e protoni, che costituisce la parte più massiva, circondato da una nuvola di elettroni che gli gira intorno fino ad una distanza di circa 10-10 m. Neutroni e protoni sono tenuti insieme, vincendo la repulsione elettrica tra le cariche positive, grazie alle interazioni forti, mentre gli elettroni rimangono legati all’atomo a causa dell’interazione elettromagnetica.

Esistono in natura circa un centinaio di tipi di atomi e ne vengono creati di nuovi nei moderni laboratori di fisica.

Ogni specie è caratterizzata da un diverso numero di protoni (essendo l’atomo neutro, questo ha tanti protoni quanti elettroni). Ogni atomo ha un nome che lo caratterizza ed un simbolo, introdotti quando non si conosceva la struttura atomica e si distinguevano le diverse specie di atomi sulla base delle loro proprietà chimiche e fisiche. Questi nomi sono utilizzati ancora oggi per comodità.
Tra i tanti ricordiamo: Idrogeno (H), Ossigeno (O), Carbonio (C), Oro (Au) e così via. Il simbolo atomico è spesso affiancato da due numeri, il numero atomico Z (numero di cariche elettriche negative ed utilizzato per la classificazione di Mendeleev) ed il numero di massa A (numero di neutroni e protoni), così posizionati:
Ogni specie atomica ha un valore Z diverso dagli altri; questo non vale per il numero di massa. Infatti il numero di neutroni all’interno del nucleo non è lo stesso per tutti gli atomi di una specie; le diverse sottospecie legate al diverso valore del numero di neutroni sono dette isotopi.
Gli isotopi possono essere stabili o decadere, con tempi più o meno lunghi, in nuovi atomi fino ad arrivare ad una configurazione stabile ("decadimento radioattivo dei nuclei atomici").

Ad esempio, l’elemento è un atomo di carbonio 12 con 6 neutroni, 6 protoni e 6 elettroni, mentre l’elemento è un atomo di carbonio 14 con 8 neutroni, 6 protoni e 6 elettroni. Entrambi sono isotopi del carbonio (anche se diversi), ma il carbonio 12 è un isotopo stabile, mentre il carbonio 14 non lo è, ed è quindi destinato a decadere in nuovi atomi.

Introducendo il concetto di carica elettrica abbiamo visto che, strofinando con un panno di lana una barretta di ebanite, questa acquista elettroni. Ciò significa che alcuni atomi nella bachelite hanno più elettroni che protoni, mentre accade il contrario per alcuni atomi della lana. Gli atomi con un eccesso di elettroni rispetto ai protoni sono detti ioni negativi, quelli con un eccesso di protoni rispetto agli elettroni, ioni positivi.

Oggi sappiamo che le leggi che regolano la struttura dell’atomo sono quelle della meccanica quantistica e, almeno nel caso di pochi elementi costituenti (come per l’idrogeno ), abbiamo imparato ad eseguire calcoli accurati al fine di trovare le orbite più probabili percorse dagli elettroni nel loro moto o la posizione dei nuclei nei solidi.

Prima di risolvere definitivamente il problema della struttura degli atomi, i fisici del primo ventennio di questo secolo hanno compiuto uno straordinario lavoro per capire (spesso senza le necessarie conoscenze) come fosse formato l'atomo, aprendo la strada ai risultati della meccanica quantistica.

Tutto questo fa parte, ormai, della storia dell’atomo.