Pillole di Fisica Nucleare – Struttura della Materia_2

Riguardo al modo con cui si associano le particelle per formare gli atomi degli elementi i principali risultati dallo studio del modello di Bohr-Rutherford sono:

1.Nel nucleo i protoni e neutroni si “aggregano quasi a cementarsi” in modo da costituire un qualcosa di compatto ad alta concentrazione di massa – Nel nucleo esiste una repulsione elettrostatica tra i protoni: questi tuttavia rimangono legati tra loro e con i neutroni grazie alla presenza di una particella elementare (mesone p o pione) condivisa tra due particelle più grandi in modo da costituire un legame tra loro (forze di scambio).

2. La distribuzione degli elettroni sulla corteccia elettronica (elettroni più esterni al nucleo) obbedisce a leggi che possono riassumersi:

a) gli elettroni ruotano intorno al nucleo a velocità elevatissima descrivendo traiettorie quasi circolari;

b) queste traiettorie sono dette orbite e non posso essere di raggio qualsiasi, dato un atomo con un certo nucleo;

c) le orbite sono contate a partire da quella con raggio più piccolo e si distinguono con le lettere K, L, M, N..;

d) su una certa orbita non possono ruotare più di un certo numero di elettroni. Sull’orbita K al massimo due elettroni, su quella più esterna massimo 8;

e) ogni orbita ha un valore di energia. All’aumentare del raggio aumenta l’energia corrispondente. Un elettrone su orbita K ha energia inferiore a quella di un altro su orbita M;

(Nel 1913, Bohr postulò che gli elettroni si trovassero in stati di energia quantizzata, con l’energia determinata dal momento angolare delle orbite degli elettroni attorno al nucleo. La teoria prevedeva inoltre che gli elettroni potessero muoversi tra questi stati, o orbite, in seguito all’assorbimento o all’emissione di un quanto di energia, un fotone di specifica frequenza. Questa teoria era in grado di spiegare correttamente le linee di emissione spettrale dell’idrogeno che questo forma se scaldato o attraversato da corrente elettrica. Ciononostante, il modello di Bohr non era in grado di predire l’intensità delle relative linee e di spiegare la struttura dello spettro di atomi più complessi)

Il volume dell’atomo corrisponde di fatto allo spazio in cui ruotano gli elettroni: il suo diametro è dell’ordine degli Angstrom. Il diametro del nucleo è invece molto più piccolo del diametro dell’atomo: circa 10.000 volte inferiore. Ciò significa che l’atomo è per la maggior parte spazio vuoto. Tutta la massa dell’atomo è praticamente situata nel nucleo. Se immaginiamo i protoni, neutroni ed elettroni come piccole sfere essi avrebbero raggio  dell’ordine di 10-13cm: l’atomo invece un raggio dell’ordine di 10-8cm il che conferma l’assunto che l’atomo è fondamentalmente vuoto. Per chiarire meglio se ingrandiamo l’atomo di Idrogeno (H) di 10 mila miliardi di volte (un solo elettrone che ruota nell’orbita K) lo si vedrebbe costituito da una sfera di raggio 1 cm (protone) ed una sfera di raggio 1 cm (elettrone) che gli ruota intorno alla distanza di 1km!!!.

Scala delle masse

Tra le grandezze fondamentali nel Sistema Internazionale (SI) è presente la mole che è l’unità’ di misura della grandezza fondamentale quantità di sostanza. Il numero di atomi che definisce quantitativamente la mole è il numero di Avogadro, indicato come NA. Il numero NA è  6,0221415(10) x 1023 mol-1. Siccome N è un numero per mole, esso ha unità di misura mol-1 ed è chiamata costante di Avogadro. La massa in g di una mole di 12C é per definizione 12 g. 1/12 di questa massa cioè’  1 UMA (Unità di Massa Atomica) 1.6605389(10)x10-24g ed é  numericamente uguale all’inverso della costante di Avogadro.

Quindi nella tabella riassumiamo i 3 modi in cui possiamo esprimere le masse delle particelle: