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Capitolo 1
La natura della materia
1.1
L’atomo ed i suoi costituenti
Le particelle principali che costituiscono l’atomo sono l’
elettrone
, il
protone
e il
neutrone
. Le conoscenze più importanti sulla natura e il comportamento
degli elettroni provengono dagli studi sulla scarica dei gas. Tali esperimenti
venivano effettuati in tubi di vetro riempiti di gas rarefatti all’interno dei quali
veniva fatta passare una scarica elettrica tra due elettrodi metallici. In questi
tubi si generavano dei raggi che furono chiamati “raggi catodici” poiché veni-
vano emessi dal polo negativo (catodo) e si dirigevano verso il polo positivo
(anodo). Tali raggi, che in realtà erano costituiti da un fascio di elettroni,
venivano deviati in presenza di campi elettrici o magnetici e la loro deflessione
poteva essere visualizzata su uno schermo fluorescente.
J.J. Thomson (1856-1940) dimostrò che i raggi catodici erano carichi nega-
tivamente (applicando un campo elettrico venivano deviati verso l’elettrodo
positivo) ed erano indipendenti dalla natura del gas contenuto nel tubo (era-
no il costituente comune di ogni tipo di sostanza). Thomson riuscì inoltre a
determinare il rapporto carica/massa (
e
/
m
) dell’elettrone, sottoponendo i
raggi catodici all’azione contemporanea di un campo elettrico e di un campo
magnetico.
Successivamente R.A. Millikan (1860-1953), con un esperimento relativa-
mente semplice, riuscì a misurare con notevole accuratezza la carica dell’elet-
trone che risultò essere pari a
–1,6
·
10
–19
coulomb
.
Essendo noto il rapporto
e
/
m
, determinato da Thomson, fu possibile così
calcolare la massa dell’elettrone che risultò essere pari a
9
·
10
–31
kg
.
Poiché gli atomi erano elettricamente neutri, essi dovevano contenere
anche particelle positive che annullavano la carica negativa degli elettroni.
Con esperimenti eseguiti con tubi di scarica modificati e impiegando gas
diversi, fu possibile misurare la massa e la carica degli atomi privati della carica
negativa e in particolare dello ione positivo più semplice, ottenuto dalla ioniz-
zazione dell’idrogeno, al quale fu dato il nome di
protone
. Il protone aveva,
in valore assoluto, la stessa carica elettrica dell’elettrone e la sua massa risultò
pari a
1,67
·
10
–27
kg
, cioè circa 1836 volte più grande di quella dell’elettrone.
La massa dell’atomo di idrogeno risultò all’incirca uguale alla massa del pro-
tone (essendo piccolissimo il contributo della massa dell’elettrone), ma per
tutti gli altri elementi si trovò che la massa atomica era maggiore della somma
delle masse dei rispettivi protoni ed elettroni. Questa differenza fu attribuita