Quante volte abbiamo sentito il ritornello su come è fatto l’atomo? Sono sicura che tutti noi sappiamo, o almeno abbiamo saputo in un qualche punto della nostra carriera scolastica, che l’atomo è suddiviso in tre particelle subatomiche: protone, neutrone e elettrone. I primi due rappresentano la quasi totalità della massa dell’atomo e sono al centro a formare il nucleo, mentre l’elettrone, leggerino, gira attorno.
Ma, parafrasando la domanda tra le più vecchie del mondo, quanto contano le dimensioni? Ebbene, mi duole ammetterlo, ma contano.
Prima di addentrarsi in misure, confronti e paranoie, tocca fare una piccola digressione sulla notazione scientifica. Già sentita, vero? È un modo di esprimere i numeri che è stato inventato per torturare gli studenti che anche durante le ore di scienze e fisica si trovano a dover ricordare le proprietà delle potenze. Il problema è che le dimensioni della materia, atomi, spazio e tutto ciò che ci sta nel mezzo, non tiene conto della nostra percezione, dei nostri strumenti e del Sistema Internazionale. Cosi ci troviamo a dover manipolare numeri che rischiano di essere sconvenientemente grandi o piccoli, che diventerebbe una garanzia sbagliare. Oltre al piccolo piacere perverso di torturare gli studentelli, la notazione scientifica permette di esprimere numeri molto grandi o molto piccoli tramite le potenze di dieci. Alla fin fine è facile: se l’esponente del dieci è positivo, il numero è grosso, se l’esponente è negativo, il numero è piccolo.
Abbandoniamo la parentesi matematica e torniamo all’atomo. Giusto per aggiungere un momento di storia: la teoria di nucleo e elettroni per come la conosciamo oggi vede il sorgere del sole nel 1911 ad opera di un uomo di nome Rutherford. Era addirittura conte, e dotato di uno straordinario sense of humor. Pare che ad un certo punto se ne sia uscito con la frase “Nella scienza esiste solo la Fisica; tutto il resto è collezione di francobolli”. Come dicevo molto simpatico, specie per me che ho una laurea in chimica, ma vabbè. Che lui fosse un fisico lo avevate immaginato, si? Un paio di anni dopo, la teoria del nucleo denso di materia è stata ripresa e ampliata da Bohr (padre) che ha aggiunto il tocco quantistico, ma il grosso era fatto. La teoria atomica ha continuato ad espandersi e affinarsi, ma per adesso ci fermiamo qui.
Ma quali sono le dimensioni dell’atomo? Pronti? Via!
La massa del protone è 1,6726·10-27 kg
La massa del neutrone è 1,6749·10-27 kg
Un elettrone è 9,109534·10-31 kg
Un paragone che ho trovato definisce l’elettrone una bottiglia di vetro e il protone un furgone. La differenza tra le due masse è di quattro ordini di grandezza.
E per quanto riguarda le distanze subatomiche? La questione qui diventa leggermente più complessa. Gli atomi hanno dimensioni differenti, basti pensare che l’idrogeno ha un protone, l’uranio ne ha 92, senza contare che alcuni elementi hanno gli isotopi, ovvero esistono forme dello stesso elemento con un diverso numero di neutroni. Già così ci sarebbe abbastanza incertezza, ma aggiungiamo che un atomo non ha una superficie esterna definita, e le dimensioni cambiano in base alla situazione in cui si trova. Per tutti questi motivi le prossime cifre sono tutte “circa”.
Cosa diceva la teoria di Rutherford? Gli elettroni girano attorno al nucleo, ma non “cadono” su di esso, rimangono a una certa distanza. Un nucleo è più o meno 10-15 metri, diecimila volte più piccolo dell’atomo nel suo insieme, che è circa 10-11 metri.
Se il nucleo fosse una mela, l’atomo sarebbe la Terra, e gli elettroni sarebbero un minimo puntino di seme di mela che gira nella troposfera. Solo che tra la mela e il suo frammento di semino non c’è nulla.
La conclusione non può che essere filosofica, soffermandoci a pensare che ciò che noi come umanità abbiamo considerato solido, la base stessa della Materia, in realtà sia sostanzialmente un’espressione di vuoto. Dove noi pensavamo che ci fosse della sostanza da plasmare, un qualcosa che potesse fare da puntello alle nostre incertezze, ebbene, a furia di guardare nel piccolo abbiamo trovato che il Nulla è parte fondamentale del nostro universo, e ne costituisce la percentuale di maggioranza. E nonostante tutto va benissimo così.
Sara Accornero
Mi sono laureata in Chimica nel 2014 e dopo un dottorato in nanochimica ho deciso che la mia via era un’altra. Da allora insegno felicemente nella scuola pubblica della mia zona.
Bibliografia
https://www.andreaminini.org/fisica/atomo/nucleo-atomico#le_dimensioni_del_nucleo_di_un_atomo
https://it.wikipedia.org/wiki/Ernest_Rutherford
Valitutti, Falasca, Amadio – Chimica molecole in movimento – Zanichelli
