MODELLO ATOMICO DI PERRIN: CARATTERISTICHE, POSTULATI - CHIMICA - 2026

Il modello atomico Perrin ha confrontato la struttura dell'atomo con un sistema solare in cui i pianeti sarebbero le cariche negative e il Sole sarebbe una carica positiva concentrata al centro dell'atomo. Nel 1895, l'eminente fisico francese dimostrò il trasferimento di cariche negative dai raggi catodici verso la superficie su cui colpiscono.

Ciò ha dimostrato la natura elettrica dei raggi catodici e ha fatto luce sulla natura elettrica dell'atomo, interpretandolo come l'unità più piccola e indivisibile della materia. Nel 1901 Jean Baptiste Perrin suggerì che l'attrazione delle cariche negative che circondano il centro (carica positiva) fosse contrastata dalla forza d'inerzia.

Jean Baptiste Perrin

Questo modello fu successivamente integrato e perfezionato da Ernest Rutherford, il quale affermò che tutta la carica positiva dell'atomo si trovava al centro dell'atomo e che gli elettroni orbitano attorno ad esso.

Tuttavia, questo modello aveva alcune limitazioni che non potevano essere spiegate al momento, e il modello fu preso come base dal fisico danese Niels Bohr per proporre il suo modello nel 1913.

Caratteristiche del modello atomico di Perrin

Le caratteristiche più importanti del modello atomico di Perrin sono le seguenti:

- L'atomo è costituito da una grande particella positiva al centro di esso, in cui è concentrata la maggior parte della massa atomica.

- Diverse cariche negative orbitano attorno a questa carica positiva concentrata che compensano la carica elettrica totale.

La proposta di Perrin paragona la struttura atomica a un sistema solare, dove la carica positiva concentrata svolgerebbe il ruolo del Sole e gli elettroni circostanti svolgerebbero il ruolo dei pianeti.

Perrin è stato il pioniere nel suggerire la struttura discontinua dell'atomo nel 1895. Tuttavia, non ha mai insistito nel progettare un esperimento che aiutasse a verificare questa concezione.

Sperimentare

Come parte della sua formazione dottorale, Perrin prestò servizio come assistente di fisica presso l'École Normale Supérieure di Parigi tra il 1894 e il 1897.

A quel punto, Perrin ha sviluppato la maggior parte delle sue ricerche per testare la natura dei raggi catodici; cioè, se i raggi catodici fossero particelle caricate elettricamente, o se prendessero la forma di onde.

Raggi catodici

L'esperimento a raggi catodici è nato dalla ricerca con i tubi di Crookes, una struttura inventata dal chimico inglese William Crookes negli anni '70 dell'Ottocento.

Il tubo di Crookes è costituito da un tubo di vetro che contiene solo gas al suo interno. Questa configurazione ha un pezzo di metallo a ciascuna estremità e ogni pezzo è collegato a una fonte di tensione esterna.

Quando il tubo viene eccitato, l'aria al suo interno ionizza e, di conseguenza, diventa un conduttore di elettricità e chiude il circuito aperto tra gli elettrodi alle estremità.

All'interno del tubo i gas assumono un aspetto fluorescente, ma fino alla fine degli anni 1890 gli scienziati non erano chiari sulla causa di questo fenomeno.

A quel punto non si sapeva se la fluorescenza fosse dovuta alla circolazione di particelle elementari all'interno del tubo, o se i raggi prendessero la forma delle onde che li trasportavano.

Le indagini di Perrin

Nel 1895 Perrin replicò gli esperimenti sui raggi catodici collegando un tubo di scarica a un contenitore vuoto più grande.

Inoltre, Perrin ha posizionato un muro impermeabile per molecole ordinarie e ha replicato la configurazione di Crookes posizionando una gabbia di Faraday, contenuta all'interno di una camera protettiva.

Se i raggi passassero attraverso la parete impermeabile per molecole ordinarie all'interno della gabbia di Faraday, sarebbe automaticamente mostrato che i raggi catodici erano composti da particelle fondamentali caricate elettricamente.

Metodo di verifica

A conferma di ciò, Perrin ha collegato un elettrometro vicino al muro impermeabile per misurare le cariche elettriche che si sarebbero prodotte quando i raggi catodici vi colpissero.

Durante la conduzione dell'esperimento, è stato evidenziato che l'impatto dei raggi catodici contro la parete impermeabile ha indotto una piccola misura di carica negativa nell'elettrometro.

Successivamente, Perrin ha deviato il flusso di raggi catodici forzando il sistema attraverso l'induzione di un campo elettrico e ha costretto i raggi catodici a impattare contro l'elettrometro. Quando ciò è accaduto, il misuratore ha registrato una carica elettrica notevolmente superiore rispetto al record precedente.

Grazie agli esperimenti di Perrin, è stato dimostrato che i raggi catodici erano costituiti da particelle con cariche negative.

Più tardi, all'inizio del XX secolo, JJ Thomson scoprì formalmente l'esistenza degli elettroni e la loro relazione carica-massa, sulla base della ricerca di Perrin.

postulati

Nel 1904 lo scienziato britannico JJ Thomson enunciò la sua proposta per un modello atomico, noto anche come modello di budino di prugne.

In questo modello, la carica positiva era intesa come una massa omogenea e le cariche negative sarebbero state disperse casualmente su detta massa positiva.

Nell'analogia, la carica positiva sarebbe la massa del budino e le cariche negative sarebbero rappresentate dalle prugne. Questo modello fu confutato da Perrin nel 1907. Nella sua proposta, Perrin indica quanto segue:

- La carica positiva non viene espansa in tutta la struttura atomica. Piuttosto, è concentrato al centro dell'atomo.

- Le cariche negative non sono disperse in tutto l'atomo. Invece, sono disposti in modo ordinato attorno alla carica positiva, verso il bordo esterno dell'atomo.

limitazioni

Il modello atomico di Perrin ha due principali restrizioni, che sono state successivamente superate grazie ai contributi di Bohr (1913) e della fisica quantistica.

I limiti più significativi di questa proposta sono:

- Non c'è spiegazione sul motivo per cui la carica positiva rimane concentrata al centro dell'atomo.

- La stabilità delle orbite delle cariche negative attorno al centro dell'atomo non è compresa.

Secondo le leggi elettromagnetiche di Maxwell, le cariche negative descriverebbero orbite a spirale attorno a cariche positive, fino a quando non entrano in collisione con esse.

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Riferimenti

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3. Kubbinga, H. (2013). Un omaggio a Jean Perrin. © Società europea di fisica. Estratto da: europhysicsnews.org
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5. Perrin, J (1926). Struttura discontinua della materia. Nobel Media AB. Estratto da: nobelprize.org
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