domenica 5 luglio 2009

L’atomo e le sue particelle

la conoscenza della reale struttura dell'atomo è una conquista relativamente recente.
Ciò che oggi chiamiamo atomo (àtomoi=senza divisione), lungi dall'essere l'indivisibile di cui teorizzava Democrito, è un sistema complesso di particelle subatomiche e forze controbilancianti.
La struttura atomica. L'atomo è composto da un nucleo a carica elettrica positiva e da uno o più elettroni a carica elettrica negativa che orbitano attorno ad esso (in realtà gli elettroni, seguendo le leggi della meccanica quantistica, non seguono un'orbita ellittica e regolare come i pianeti, ma formano un caotico e irregolare intreccio di scie ad altassima velocità che avvolgono il nucleo atomico in una sorta di nube).
Il nucleo atomico, a sua volta, è composto da due tipi di particelle: i protoni e i neutroni. I protoni hanno carica elettrica positiva e i neutroni carica elettrica nulla.
Visto e considerato che l'atomo ha complessivamente una carica elettrica nulla, i protoni sono sempre accompagnati da un uguale numero di elettroni in modo da annullare a vicenda le rispettive cariche.
E interessante sapere come le dimensioni del nucleo siano estremamente minime rispetto al limite delle orbite tracciate dagli elettroni: se paragoniamo le dimensioni di un atomo alle dimensioni di una stanza, il nucleo sarà grande più o meno come una briciola di pane e gli elettroni compiranno le loro orbite rasentando i muri.

L’elettrone:
Delle tre particelle che costituiscono gli atomi, l'elettrone è di gran lunga il più leggero ed il più piccolo. Per avere un idea del suo peso dobbiamo pensare che ci vorrebbero dieci miliardi di miliardi di miliardi di elettroni per fare un solo grammo di materia! La sua massa è infatti:
me = 9.1 × 10-28 gr
la carica: L'elettrone ha una carica elettrica di −1,6021765 × 10−19 C, (quest'ultimo valore corrisponde a 1/1836 della massa del protone). Il simbolo comunemente utilizzato per indicare l'elettrone è e. La vita media dell'elettrone supera i 4,6 × 1026 anni.
Nel sistema SI l'unità di carica è il Coulomb. La carica misurabile più piccola è quella trasportata dall'elettrone.
Il protone:
Il protone è una particella dotata di carica elettrica positiva che può esistere libera o legata in un nucleo atomico. Il valore della sua carica è uguale a quello dell'elettrone, ma di segno opposto: 1,602 × 10-19 coulomb approssimativamente 1836 volte la massa dell'elettrone.
La massa di un atomo è quindi quasi interamente concentrata nel nucleo. Ha momento angolare intrinseco, o spin, semintero, e obbedisce pertanto al principio di esclusione di Pauli.
I protoni sono costituenti essenziali della materia ordinaria e, come tali, sono stabili su tempi di miliardi o migliaia di miliardi di anni.
Il neutrone:
il neutrone è una particella subatomica senza carica elettrica e con massa a riposo di 939,57 MeV (leggermente superiore a quella del protone, pari a 938,27 MeV).
I nuclei atomici degli elementi (ad eccezione del più comune isotopo dell'idrogeno, che consiste di un singolo protone) sono composti da protoni e neutroni.
Al di fuori del nucleo, i neutroni sono instabili ed hanno una emivita di circa 15 minuti. Decadono in un protone, emettendo un elettrone e un antineutrino, secondo la reazione:
n \rightarrow p^+ + e^- + \bar{\nu}_e

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