1. Rutherford's Gold Foil Experiment (1911)
* Setup: Le particelle di alfa (nuclei di elio caricati positivamente) sono state sparate su un sottile foglio di foglio d'oro.
* Osservazioni:
* La maggior parte delle particelle alfa passavano dritto attraverso il foglio, indicando che gli atomi erano per lo più spazio vuoto.
* Una piccola percentuale di particelle alfa è stata deviata ad angoli di grandi dimensioni, alcune persino rimbalzando nella direzione da cui provenivano. Ciò ha suggerito una regione concentrata, caricata positivamente all'interno dell'atomo.
* Conclusioni: Questo esperimento ha portato Rutherford a proporre il modello nucleare dell'atomo, in cui un nucleo minuscolo, denso e carico positivamente risiede al centro, circondato da una nuvola molto più ampia di elettroni caricati negativamente.
2. Diffrazione elettronica
* Setup: Le travi di elettroni sono diretti a film sottili di materiale, come la grafite.
* Osservazioni: Gli elettroni mostrano un comportamento a forma d'onda e producono schemi di interferenza su uno schermo dietro il film. I motivi mostrano che gli elettroni interagiscono con la struttura atomica, rivelando le dimensioni e la forma degli atomi e la disposizione dei loro elettroni.
* Conclusioni: I modelli di diffrazione confermano che gli elettroni in un atomo occupano un volume molto più grande del nucleo.
3. Spettri atomici
* Setup: Gli atomi sono eccitati (riscaldati o energizzati) ed emettono luce. Questa luce viene quindi passata attraverso un prisma o una griglia di diffrazione per separarla nelle lunghezze d'onda dei suoi componenti.
* Osservazioni: La luce emessa è costituita da lunghezze d'onda specifiche e discrete, che formano uno spettro di linea. Ogni elemento ha uno spettro di linea unico.
* Conclusioni: La natura discreta delle lunghezze d'onda emesse indica che gli elettroni negli atomi possono esistere solo in specifici livelli di energia. Ciò supporta l'idea che gli elettroni orbitino il nucleo nei livelli di energia quantizzata, rafforzando ulteriormente l'idea di un piccolo nucleo circondato da una nuvola di elettroni più grande.
4. Densità nucleare
* Calcoli: La densità del nucleo può essere calcolata dividendo la massa del nucleo per il suo volume.
* Risultati: La densità nucleare è incredibilmente alta, nell'ordine di 10^17 kg/m^3, rispetto alla densità della materia ordinaria (ad esempio, l'acqua è di circa 10^3 kg/m^3). Questa densità estrema conferma che il nucleo è incredibilmente compatto.
5. Reazioni nucleari
* Osservazioni: Le reazioni nucleari (fissione e fusione) comportano il rilascio di enormi quantità di energia. Questa energia deriva dalla forte forza nucleare che lega protoni e neutroni all'interno del nucleo.
* Conclusioni: L'enorme energia rilasciata nelle reazioni nucleari dimostra le forze immense in gioco all'interno del nucleo, sottolineando ulteriormente la sua natura compatta e densa.
In sostanza, questi esperimenti, osservazioni e calcoli convergono tutti per sostenere la conclusione che il nucleo occupa una frazione minuscola del volume dell'atomo, mentre gli elettroni, diffusi in una regione molto più grande, contribuiscono in modo significativo alla dimensione complessiva dell'Atomo.
