Definizione del modello atomico nell'Ottocento

Nascita della teoria atomica moderna

I primi anni del XIX secolo, John Dalton elaborò la teoria atomica che si basa su quattro punti fondamentali:

• Gli atomi sono il costituente fondamentale della materia e sono oggetti indivisibili e indistruttibili
• Tutti gli atomi dello stesso elemento hanno masse uguali e stesse proprietà che differiscono da quelle degli altri atomi
• I composti sono il risultato della combinazione di due o più atomi secondo una relazione numerica semplice
• Durante le reazioni chimiche nessun atomo viene distrutto o creato, ma avviene solo una combinazione o separazione di unità atomiche

Non è certo come Dalton arrivò a queste conclusioni, ma questa teoria fu comunque utile per giustificare alcuni misteri irrisolti della chimica che alcuni suoi contemporanei stavano studiando; tra questi ci sono le leggi ponderali.

La teoria atomica e le leggi ponderali

• Legge della conservazione della massa: dato che secondo la teoria atomica una reazione chimica non è altro che unione o separazione di un certo numero di atomi che hanno una certa massa, non creandosi o distruggendosi nessun atomo, la massa iniziale e quella finale rimane invariata e coincide con la somma delle masse degli atomi impegnati nella reazione;
• Legge delle proporzioni definite: nel capitolo precedente si è fatto l'esempio che 10g di ferro combinati a 10g di zolfo non formano 20g di solfuro di ferro bensì 15,75g. Questo fatto si può spiegare attraverso la teoria di Dalton. Gli atomi si combinano in una relazione numerica semplice, ciò significa che in questa reazione non c'erano abbastanza atomi di ferro.

Peso atomico e l'ipotesi di Avogadro

Nel 1803 Dalton pubblicò una lista di pesi atomici relativi di una certa quantità di sostanze. Calcolò i pesi atomici seguendo le proporzioni di massa nelle quali si combinavano, utilizzando l'idrogeno come unità base. Tuttavia, Dalton non sapeva che in alcuni elementi gli atomi si univano formando molecole (come per esempio l'ossigeno che esiste come O₂. Oltre a questo credeva che il composto più semplice tra due elementi fosse formato sempre con un atomo di ognuno (credeva per esempio che la formula dell'acqua fosse HO anziché H₂O). Tutto ciò, associato a materiale rudimentale che utilizzò, fece che la scheda dei pesi atomici fosse piuttosto imprecisa.

Nel 1811 il chimico italiano Amadeo Avogadro corresse gli errori di Dalton proponendo una propria legge sui gas. Basandosi sulla legge dei volumi di combinazione di Gay-Lussac affermò che:

• Volumi uguali di gas, in uguali condizioni di temperatura e pressione, contengono lo stesso numero di molecola (ossia, la massa delle particelle di un gas non influenza il suo volume)
• Le particelle dei gas elementari non sono atomi, ma molecole

Queste due ipotesi si possono sintetizzare nella legge di Avogadro e permisero di dedurre la natura biatomica di numerosi gas, studiandone il volume.

«A temperatura e pressione uguale, volumi uguali di qualunque gas contengono lo stesso numero di molecole»

(Avogadro,Legge di Avogadro)

Per esempio: il fatto che due litri di idrogeno reagissero con un litro di ossigeno per produrre due litri di vapore d'acqua, significava che un'unica molecola di ossigeno si divideva in due per formare due particelle di acqua. In questo modo Avogadro poté calcolare in modo più corretto la massa atomica dell'ossigeno come quella di altri elementi.

Mendeleyev e la tavola periodica

Fino al 1860 gli scienziati avevano scoperto più di 60 elementi diversi e, oltre ad averne calcolato la massa atomica, li avevo divisi in gruppi in base alle loro proprietà. Su queste basi il chimico russo Dmitri Ivanovich Mendeleyev organizzo una tavola periodica degli elementi ordinando gli elementi in ordine crescente delle loro masse atomiche. Collocò gli elementi in colonne verticali cominciando con i più leggeri; quando arrivava a un elemento che possedeva proprietà simile all'altro, cominciava una nuova colonna. Questo sistema gli permise di predire in modo piuttosto esatto le proprietà degli elementi non ancora scoperti.

La tavola periodica di Mendeleyev, tuttavia non era del tutto corretta e aveva bisogno di qualche perfezionamento. Qualche decennio dopo il chimico inglese Henry Moseley provò a riordinare gli elementi basandosi sul loro numero atomico (ossia il numero di protoni nel nucleo) anziché sulla massa atomica e in ordine crescente, riuscendo così a risolvere i problemi della tavola periodica di Mendeleyev.

Lezioni Successive

L'avvento della fisica quantistica ‡