La teoria atomica della materia

La prima discussione registrata sulla struttura di base della materia proviene da antichi filosofi greci. Leucippo e Democrito sostenevano che tutta la materia era composta da piccole particelle finite che chiamavano atomos, che significa “indivisibili”. Più tardi, Aristotele e altri giunsero alla conclusione che la materia consisteva in varie combinazioni dei quattro “elementi” – fuoco, terra, aria e acqua – e poteva essere infinitamente divisa. È interessante notare che questi filosofi pensavano agli atomi e agli “elementi” come concetti filosofici, ma apparentemente non hanno mai pensato di eseguire esperimenti per testare le loro idee.

La visione aristotelica della composizione della materia ha avuto influenza per oltre duemila anni fino a quando lo scienziato inglese John Dalton ha rivoluzionato la chimica con la sua ipotesi che il comportamento della materia potesse essere spiegato usando una teoria atomica. Pubblicato per la prima volta nel 1807, molte delle ipotesi di Dalton sulle caratteristiche microscopiche della materia sono ancora valide nella moderna teoria atomica.

Ecco i postulati della teoria atomica di Dalton:

1. La materia è composta da particelle estremamente piccole chiamate atomi. Un atomo è l’unità più piccola di un elemento che può partecipare a un cambiamento chimico.
2. Un elemento è costituito da un solo tipo di atomo, che ha una massa che è caratteristica dell’elemento ed è lo stesso per tutti gli atomi di quell’elemento. Un campione macroscopico di un elemento contiene un numero incredibilmente grande di atomi, che hanno tutti proprietà chimiche identiche.
3. Gli atomi di un elemento differiscono nelle proprietà dagli atomi di tutti gli altri elementi.
4. Un composto è costituito da atomi di due o più elementi combinati in un piccolo rapporto numero intero. In un dato composto, il numero di atomi di ciascuno dei suoi elementi è sempre presente nello stesso rapporto
5. Gli atomi non vengono né creati né distrutti durante un cambiamento chimico, ma vengono invece riorganizzati per produrre sostanze diverse da quelle presenti prima del cambiamento.

Dalton usò tre leggi delle reazioni chimiche come base per la sua teoria: (1) The Law of Conservation of Mass, (2) The Law of Definite Proportions, e (3) The Law of Multiple Proportions. La teoria atomica di Dalton fornisce una spiegazione microscopica delle molte proprietà macroscopiche della materia.

La legge di conservazione della massa fu scoperta dal chimico francese Antoine Lavoisier. Afferma che gli atomi non vengono né creati né distrutti durante un cambiamento chimico; la massa totale di materia presente quando la materia cambia da un tipo all’altro rimane costante.

Dalton sapeva anche degli esperimenti del chimico francese Joseph Proust, che dimostrò che tutti i campioni di un composto puro contengono gli stessi elementi nella stessa proporzione in massa. Questa affermazione è nota come legge delle proporzioni definite o legge della composizione costante. Il suggerimento che i numeri di atomi degli elementi in un dato composto esistano sempre nello stesso rapporto è coerente con queste osservazioni.

Dalton usò anche i dati di Proust, così come i risultati dei suoi esperimenti, per formulare un’altra legge interessante. La legge delle proporzioni multiple afferma che quando due elementi reagiscono per formare più di un composto, una massa fissa di un elemento reagirà con masse degli altri elementi in un rapporto di piccoli numeri interi.

La teoria di Dalton fornì una struttura che fu successivamente espansa per dimostrare che l’atomo è composto da particelle subatomiche e che gli atomi dello stesso elemento possono differire in massa, noti come isotopi.

Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Section 2.1: Early Ideas in Atomic Theory.