Modello atomico di Thomson

Ilmodello atomico di Thomson, detto anchemodello atomico apanettone, è un'ipotesi sulla struttura dell'atomoproposta daJoseph John Thomsonnel 1904, prima della scoperta delnucleo atomico. In questo modello, l'atomoè costituito da una distribuzione dicarica positivadiffusa all'interno della quale sono inserite le cariche negative. Nel complesso l'atomo è elettricamente neutro.
Secondo questo modello l'atomo dunque sarebbe sostanzialmente pieno.
Lascopertadell'elettronepose il problema della definizione di un nuovo modello di atomo. Thomson chiamava queste cariche negative "corpuscoli", nonostanteGeorge Johnstone Stoneyavesse proposto nel 1894 di chiamarli "atomi di elettricità".Il lavoro di Thomson fu pubblicato nell'edizione di marzo del 1904 delPhilosophical Magazine.
In esso Thomson, riprendendo una vecchia idea diLord Kelvin, propose per l'atomo un modello continuo:L'atomo era visto come una nube di carica positiva, e gli elettroni erano disposti al suo interno in modo quasicasualecome i canditi nel tipico dolce natalizio britannico, ilplum pudding,o come anche l'uvetta nel panettone italiano. Da ciò, si indica colloquialmente il modello atomico di Thomson comeplum pudding model, adattato in italiano comemodello a panettone. È tuttavia importante notare che gli elettroni, seppur disposti casualmente, NON sono statici, bensì percorrono orbite circolari periodiche attorno al centro della nube.
Nel modello, gli elettroni sono sottoposti, per effetto della nube positiva e dellaLegge di Gauss,a una forza di richiamo elasticaverso il centro (andamento−kr→{\textstyle -k{\vec {r}}}). Così, esso predice con successo l'interazione degli atomi con laradiazione elettromagneticaa frequenze basse, come quelle della luce visibile e quelle di onde radio eraggi x.
Thomson ebbe anche l'idea di spiegare, invece, glispettri di emissione(ovvero l'interazione con la radiazione ad alte frequenze, come quella deiraggi gamma) con la transizione di elettroni tra diversi livelli orbitali.Ipotizzò, infatti, che per effetto delle interazioni repulsive tra i diversi elettroni, essi organizzassero le loro traiettorie in gusci concentrici ed ordinati, un elettrone per guscio, in modo che non si scontrassero mai. La teoria riuscì (praticamente per caso) a spiegare alcuni spettri atomici, ma fallì con tutti gli altri: gli spettri NON erano riconducibili a questo modello. L'idea dei gusci sarebbe stata riapplicata, con successo, daBohrnel perfezionamento del modello atomico di Rutherford, 9 anni più tardi, in cui gli elettroni sono legati all'atomo con una forza newtoniana (andamentoke^rr2{\textstyle k{\frac {{\hat {e}}_{r}}{r^{2}}}}, come quella di un pianeta attorno al Sole) e non con unaforza elastica(andamento−kr→{\textstyle -k{\vec {r}}}).
Questo problema, tuttavia, non era il più grande, per questo modello. Piuttosto, le perplessità erano legate ai palesi problemi su stabilità ed instabilità che ha il modello, e dunque l'inspiegabilità dellaradioattività, senza ricorrere ancora all'esistenza di altri tipi di forze oltre a quella elettromagnetica e gravitazionale. Per questo, nello stesso anno il fisico giapponeseHantarō Nagaokapropose per l'atomo ilmodello saturniano; tuttavia questo fu presto confutato perché, sebbene stabile per perturbazioni radiali, si dimostrò instabile per perturbazioni longitudinali.
Alla fine, nel 1908 l'esperimento di Geiger e Marsdenconfutò definitivamente entrambi i modelli per via sperimentale; come fu interpretato daErnest Rutherfordnel 1911, dimostrò che la carica positiva era concentrata in un nucleo molto piccolo al centro dell'atomo. Questo diede vita almodello atomico"planetario", e dimostrò definitivamente l'esistenza di una Forza Nucleare in grado di tenere insieme la carica positiva.
In seguito, fu nel 1913 che Bohr e Sommerfeld, partendo dal modello planetario, imposero su di essol'assioma di quantizzazioneper le orbite degli elettroni.Questo modello, tutt'oggi accettato, come sopra riesce a spiegare con successo gli spettri di emissione ed assorbimento atomici, ed anche i legami molecolari ed ogni altro fenomeno della chimica.Dopo questo traguardo, lafisica sperimentaledi frontiera iniziò a studiare inuclei.