1. Introduzione: L'evoluzione della struttura atomica

La concezione dell'atomo non è rimasta immutata nel corso dei secoli. Con il progredire della tecnologia e della ricerca scientifica, le scoperte sperimentali hanno costretto gli scienziati a superare i vecchi modelli per introdurne di nuovi, sempre più accurati e vicini alla realtà microscopica.

2. Il modello atomico di Dalton (1803): La sfera rigida

Il chimico e fisico inglese John Dalton formulò la prima teoria atomica basata su dati scientifici sperimentali. Secondo Dalton:

• La materia è formata da particelle piccolissime, indivisibili e indistruttibili chiamate atomi.
• Tutti gli atomi di uno stesso elemento chimico sono identici tra loro e hanno la stessa massa.
• Gli atomi di elementi differenti hanno masse e proprietà diverse.
• Le reazioni chimiche comportano soltanto la riorganizzazione degli atomi, che non vengono né creati né distrutti.

3. Il modello a panettone di Thomson (1904): La scoperta dell'elettrone

A seguito della scoperta dell'elettrone (particella subatomica carica negativamente) da parte di J.J. Thomson, il modello di Dalton si rivelò incompleto. Thomson propose il cosiddetto modello a panettone (plum pudding model):

• L'atomo viene visto come una sfera di carica positiva diffusa uniformemente (il "panettone").
• Gli elettroni (negativi) sono immersi all'interno della sfera positiva come i canditi, in modo da bilanciare la carica elettrica complessiva rendendo l'atomo neutro.

4. Il modello planetario di Rutherford (1911): Il nucleo atomico

Attraverso il celebre esperimento dell'esperimento della lamina d'oro, Ernest Rutherford bombardò una sottile lamina d'oro con particelle $\alpha$ (alfa), scoprendo che la maggior parte di esse la attraversava indisturbata, mentre pochissime venivano deviate o respinte con forza. Questo dimostrò che:

• L'atomo è costituito da un minuscolo nucleo centrale estremamente denso e carico positivamente, dove si concentra quasi tutta la massa.
• Gli elettroni ruotano intorno al nucleo a grande distanza, percorrendo orbite circolari, analogamente ai pianeti attorno al Sole (da qui il nome di modello planetario).
• Lo spazio tra il nucleo e gli elettroni è quasi interamente vuoto.

5. Il modello atomico di Bohr (1913): Le orbite stazionarie

Il modello di Rutherford presentava un limite fisico insormontabile: secondo la fisica classica, un elettrone in movimento accelerato (come quello orbitante) avrebbe dovuto perdere energia continuamente sotto forma di radiazione elettromagnetica, collassando rapidamente sul nucleo.

Per risolvere questo problema, il fisico danese Niels Bohr applicò i concetti della neonata meccanica quantistica, postulando che:

• Gli elettroni possono ruotare attorno al nucleo solo su orbite circolari fisse e ben definite (chiamate orbite stazionarie o livelli energetici), senza irraggiare energia.
• A ciascuna orbita corrisponde un livello energetico quantizzato ($n = 1, 2, 3, \dots$). Più l'orbita è lontana dal nucleo, maggiore è l'energia dell'elettrone.
• Un elettrone può passare da un'orbita a un'altra solo acquistando o cedendo pacchetti discreti di energia (quanti di energia o fotoni). Assorbendo energia sale a un livello superiore (eccitazione), emettendo energia torna a un livello inferiore.

6. Tabella riassuntiva dei modelli storici