Testo

È agli illustri colleghi promotori della Società Italiana pel progresso delle Scienze che debbo l’onore d’essere il primo a prendere la parola in questa Sezione, e d’inaugurare così quel lavoro e quelle discussioni, che riusciranno indubbiamente proficue alla scienza che coltiviamo.

Se agli egregi amici non opposi sin dal principio un rifiuto, e se finii col cedere al loro invito, fu sopratutto per non mostrarmi scortese verso di loro, che in epoca non lontana m’avevano colmato di cordiali e calorose dimostrazioni di stima e d’affetto; non certo perchè non mi rendessi conto delle difficoltà che avrei incontrato, accettando l’incarico di riassumere i progressi recenti della Fisica, difficoltà particolarmente grandi in questa occasione, sia per l’indeterminatezza dell’epoca da cui prendere le mosse, sia per l’eccezionale importanza delle scoperte fatte e dei risultati ottenuti in questi ultimi anni.

Pur intendendo di toccarne soltanto i punti salienti, il mio discorso riuscirebbe soverchiamente lungo, qualora volessi esporre tutto ciò che di più interessante si è di recente pubblicato nel campo della Fisica. Era dunque per me indispensabile il fare una scelta; e, allo scopo di dare qualche unità alla mia esposizione, ho cercato di raggruppare quegli argomenti, che meglio caratterizzano l’indole e la portata filosofica dei fatti ultimamente accertati, in quanto rischiarano di una nuova luce l’intima struttura della materia.

Fra le più salienti scoperte ultime, quella della esistenza di masse di gran lunga più piccole della massa del più piccolo atomo conosciuto s’impone fra tutte per la sua eccezionale importanza. Non posso quindi esimermi dall’accennare in primo luogo alla teoria degli elettroni, quantunque essa sia già così divulgata, che a nessuno forse riuscirà neppure in parte nuovo il poco che ne dirò.

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Le ricerche sperimentali sui raggi catodici, compiute specialmente dal prof. J. J. Thomson e dai suoi allievi e collaboratori di Cambridge, sono di quelle che pongono una pietra miliare sulla via della scienza.

Prima di esse, e quantunque alcuni parteggiassero per una differente ipotesi enunciata da Hertz, non pochi erano persuasi, che gli effetti producentisi di fronte al catodo durante la scarica in gas molto rarefatti fossero dovuti ad uno sciame di particelle elettrizzate negativamente, alle quali la forza elettrica esistente fra gli elettrodi imprimeva una grandissima velocità, e le cui traiettorie ordinariamente rettilinee costituivano i raggi catodici; ma, com’era ben naturale, si pensava, che quelle particelle altro non fossero che atomi e molecole.

Fu solo quando, sotto l’impulso e colla guida d’una geniale intuizione, e con svariati metodi e disposizioni sperimentali, fra cui notevolissima quella che consiste nel provocare l’incurvamento dei raggi catodici col far agire su di essi un campo elettrico ed un campo magnetico, si giunse a misurare approssimativamente la velocità delle particelle in moto, ed il rapporto numerico fra carica elettrica e massa materiale di ciascuna, e poi anche direttamente e separatamente la detta carica, che fu giuocoforza riconoscere, essere quelle particelle qualche cosa di nuovo e di diverso da qualsiasi atomo conosciuto.

Si trovò infatti, che ciascuna di quelle particelle, mentre trasportava una carica elettrica numericamente eguale a quella d’ogni ione elettrolitico monovalente, era dotata di una massa di poco maggiore della duemillesima parte della massa d’un atomo d’idrogeno, e che tale massa risultava sempre sensibilmente la stessa, qualunque fosse la natura del gas rarefatto e quella degli elettrodi adoperati.

Questo notevolissimo risultato non poteva non richiamare alla mente l’antico ed attraente concetto dell’unità della materia. Sembrò infatti naturalissimo il considerare le minutissime particelle catodiche come gli elementi costitutivi primordiali di ogni atomo. Ma a questo concetto un altro ben presto se ne sovrappose, basato sulla considerazione, che un corpo elettrizzato in moto, in conseguenza del campo magnetico da esso così creato e della reazione di questo, si comporta come se la sua massa materiale fosse divenuta più grande. Non era dunque necessario considerare ciascuna di quelle particelle come costituite da una piccolissima quantità di materia congiunta ad una certa carica elettrica, ma si poteva ammettere, che esse consistessero semplicemente in cariche elettriche, la cui massa era un’apparenza dovuta al fatto del loro movimento, o in altre parole, la cui massa era puramente di origine elettromagnetica. A queste cariche elettriche prive di sostegno materiale, e a cui oggi si considerano dovute tutte le manifestazioni anteriormente attribuite all’ipotetico fluido elettrico (al quale in tal modo si viene oggi ad attribuire una struttura discontinua, o in certo modo atomica) si è dato il nome di elettroni.

Pur adottando questo modo di considerare le particelle catodiche, si può conservare l’ipotesi, che fa di esse gli elementi costitutivi degli atomi; con ciò si viene ad ammettere, che la massa dei corpi sia essa pure di origine elettromagnetica. Ha avuto origine così il nuovo concetto filosofico, secondo il quale, anzichè ammettere come entità fondamentali la materia, l’etere ed il fluido elettrico o l’elettricità, si ammettono le ultime due soltanto, cioè etere ed elettroni.

L’elettrone, divenuto per tal modo l’elemento primordiale nella struttura del mondo fisico, ha formato l’oggetto di numerose ricerche, basate su premesse più o meno plausibili, e tendenti a rendere conto in qualche maniera della sua natura e delle relazioni esistenti fra esso e l’etere universale, dal quale si vorrebbe far derivare. Tali ricerche, che fruttarono grande e meritato onore ai valenti matematici che ne furono gli autori, aspetteranno verosimilmente per lungo tempo quelle giustificazioni sperimentali qualitative e quantitative([1]), senza delle quali le ipotesi, su cui sono quelle ricerche fondate, non possono acquistare nella nostra severa scienza il diritto di cittadinanza. Sopra un punto tuttavia nessuno può oggi ragionevolmente dissentire, quello cioè che la massa apparente d’un elettrone (e quindi anche quella d’un corpo qualunque, quando si ammetta il nuovo concetto) cresce rapidamente quando la sua velocità si avvicina a quella della luce. Ma questo rapido aumento della massa, che le ammirabili esperienze del sig. Kaufmann confermano nel caso delle particelle([2]) costituenti i raggi di Becquerel (raggi β), non obbliga, almeno da un punto di vista pratico, a modificare in nulla la nostra meccanica, giacchè anche le velocità maggiori che si riscontrano negli astri sono troppo piccole, perchè quell’aumento si manifesti in modo direttamente o indirettameute percettibile.

I rimarchevoli risultati ottenuti a Cambridge vennero corroborati da quelli raggiunti da altri fisici, studiando anche fenomeni d’indole diversa, come ad esempio il ben noto fenomeno del Zeeman; cosicchè il fatto dell’esistenza di masse, apparenti o reali che siano, molto più piccole delle masse atomiche, non può essere soggetto al minimo dubbio. E così come la Chimica scompose un dì in atomi le nostre molecole, si può ben dire, che oggi alla sua volta la Fisica ha scomposto gli atomi in elettroni.

Se le prime ricerche sulla natura dei raggi catodici non si possono citare, fors’anche per la loro stessa indole, come modello di rigore scientifico; se qualche volta si profittò della circostanza, che la complessità e la difficoltà delle esperienze non permettevano di raggiungere nei risultati numerici che un debole grado di approssimazione, per concludere all’accordo fra le previsioni e i risultati stessi; è però doveroso il proclamare, che raramente si rivelò con sì piena evidenza come in questo caso l’immensa utilità, che la imaginazione d’un uomo di genio, incanalata e diretta da una vasta coltura scientifica, può recare al progresso della scienza. E da ciò dobbiamo trarre un buon consiglio. Se è dovere nostro l’indirizzare i nostri allievi alle pazienti ricerche, addestrarli alle rigorose misure, che sole possono fornire il necessario controllo ai concetti sintetici e alle teorie, non dobbiamo però cadere in esagerazione nel frenare la loro fantasia, non dobbiamo rendere troppo scettici ed utilitari coloro, cui natura donò forse un felice intuito scientifico.

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Se esistano degli elettroni positivi, cioè cariche positive equivalenti a quelle costituenti gli elettroni negativi o elettroni propriamente detti, o almeno se possano mostrarsi isolatamente, è questione non ancora risolta, ma dalla quale non dipende l’accettabilità o meno dell’ipotesi della natura elettrica della materia. Certi fenomeni connessi alla propagazione della corrente elettrica nei metalli sembrano indicare, in modo però per nulla affatto perentorio, l’esistenza di elettroni positivi; ma sta di fatto che, astrazione fatta da certe recentissime esperienze, di cui parlerò più avanti, nei fenomeni di scarica, che pur hanno fornito la prova dell’esistenza degli elettroni negativi, quelli positivi non sembrano manifestarsi.

In loro vece si presentano degli atomi elettrizzati positivamente, ossia dei ioni positivi. Nei tubi a gas molto rarefatto essi si muovono velocemente verso il catodo partendo dal bagliore o secondo strato negativo, ove prendono origine per la ionizzazione dovuta all’urto degli elettroni respinti dal catodo contro gli atomi gassosi. Molti di tali ioni positivi, in virtù della crescente velocità che loro imprime la forza elettrica, possono passare presso il catodo o attraverso canali in esso praticati senza incontrarlo, e pervenire così nella regione posta al di là del catodo stesso, ove il campo elettrico è sensibilmente nullo. Essi costituiscono allora i così detti raggi-canali o raggi positivi, a voi ben noti.

Assoggettando tali raggi all’azione di campi elettrici e magnetici e misurando la deviazione o la deformazione da essi subìta (la quale è di senso contrario e assai meno considerevole di quella, che nelle stesse circostanze presenterebbero i raggi catodici) si è riconosciuto, che essi non sono omogenei, in quanto che le masse dei ioni positivi in moto risultano di diverse grandezze. I raggi più deviabili si mostrano costituiti da particelle, la cui massa è all’incirca eguale a quella dell’atomo d’idrogeno, anche se il tubo non contiene apparentemente questo gas; altri raggi sembrano costituiti da ioni positivi del gas in esperimento; altri infine, deviati meno di tutti, mostransi costituiti da masse elettrizzate in moto di grandezza molto considerevole.

Rimettendo a più tardi la discussione relativa alla presenza costante di ioni d’idrogeno, giudico necessario prendere subito in considerazione i raggi meno deviabili di tutti. Potrebbe darsi che in realtà([3]) la massa dei ioni positivi che li costituiscono non fosse così grande come risulta dalle determinazioni citate. Infatti, se un ione perde la sua carica incontrando un elettrone negativo che ad esso rimanga unito, cessa subito l’azione deviatrice, e l’atomo neutro così formato continua in linea retta il suo moto sino al diaframma fosforescente impiegato a rivelare le deviazioni. La deviazione subita da un tal ione sarà allora tanto minore, quanto maggiore fu il percorso fatto dopo la sua trasformazione in atomo neutro. A questa spiegazione si può però obbiettare, che manca una sicura prova del fatto, che un atomo neutro provochi la fosforescenza, come fanno gli elettroni o i ioni. Si può invece supporre, che i raggi poco deviati siano costituiti da ioni metallici, tratti dagli elettrodi, benchè difficilmente si comprenda allora come possano formarsi e sopratutto pervenire sino oltre il catodo. Infine si potrebbe imaginare, che i detti raggi fossero costituiti da ioni gassosi complessi, risultanti dall’unione di un certo numero di atomi neutri ad ogni ione positivo. Si vedrà più avanti come si ritenga dimostrata la produzione di simili grossi ioni, se non in gas rarefatti, almeno nei gas alla pressione ordinaria.

I raggi positivi sono stato l’oggetto di assidue ricerche, di cui voglio segnalare la grande importanza, per parte del sig. Stark, il quale ha riconosciuto dapprima, che la luce, che si manifesta lungo il percorso dei raggi suddetti, parte dai singoli ioni, i quali debbono perciò considerarsi come sorgenti luminose in moto traslatorio. Mentre infatti si ottiene sensibilmente lo spettro caratteristico del gas contenuto nel tubo di scarica, quando la direzione del fascio di luce analizzata è perpendicolare alla direzione del moto dei ioni, le medesime righe spettrali risultano invece spostate verso l’estremità violetta dello spettro, allorchè lo spettroscopio è collocato in guisa, che i detti ioni si muovano dirigendosi verso la fenditura dello strumento. Si ha cioè in questo caso il noto effetto Döppler. Naturalmente, analizzando raggi luminosi aventi direzioni intermedie, si osserva uno spostamento minore delle righe; e questo ha luogo verso l’estremità rossa dello spettro, se i ioni si muovono allontanandosi dalla fenditura. Un analogo fenomeno si osserva analizzando la luce del primo strato negativo. Anche in questo, cioè, si riconosce uno spostamento di righe, che dimostra l’esistenza di ioni luminosi. Anzi, questo spostamento è duplice, di guisa che se ne deduce, che oltre ai ioni che si muovono nel senso consueto, ve ne siano altri che si muovono in senso opposto, come se fossero riflessi dal catodo o su di esso rimbalzanti.

In questa produzione dell’effetto Döppler si notano particolarità assai interessanti.

In primo luogo insieme ad ogni riga spostata si seguita a vedere la riga nella posizione normale, ciò che indica la presenza di ioni luminosi immobili, od almeno dotati di piccole velocità. In secondo luogo la riga spostata è più larga della riga primitiva, e costituisce anzi una striscia, nella quale l’intensità luminosa diminuisce andando dal lembo più lontano dalla riga primitiva sino ad una certa distanza da questa, ove diviene bruscamente nulla. Ciò dimostra che esistono nei raggi positivi dei ioni aventi velocità diverse, che la luce da essi emessa comincia a manifestarsi solo a partire da un certo valore minimo della velocità, e che infine a partire da questo minimo l’intensità è tanto maggiore quanto più grande è la velocità stessa. In terzo luogo si constata, che quando lo spettro, insieme alle righe di serie contiene anche quelle striscie sfumate, che con vocabolo italianizzato diconsi bande, generalmente risolte dai potenti spettroscopi in innumerevoli e sottilissime righe, queste non mostrano affatto l’effetto Döppler.

Prima di discutere le conseguenze che da questi fatti possono derivare, è bene mettere in chiaro, come dalla misura dello spostamento delle righe si possa dedurre una determinazione del rapporto fra carica e massa dei ioni in moto, dato che si conosca la loro velocità, che si può in prima approssimazione supporre tutt’al più eguale a quella, che i ioni possono acquistare nel passaggio di essi dal secondo strato negativo fino al catodo, cioè nel subire l’effetto della così detta caduta di potenziale catodico. E siccome la massa dei ioni è nota, poichè si conosce la loro natura chimica, così se ne ricava la carica.

Con questo procedimento lo Stark ha potuto convincersi, che per tutte le righe formanti la nota serie dello spettro dell’idrogeno, che è una serie di doppie righe, o come si suol dire di doppiette, il ione che le genera è certo monovalente. Sembra inoltre che altrettanto possa dirsi per le serie di doppie righe d’altri corpi. Per le serie di righe triple, o triplette, come la seconda serie secondaria del mercurio, il risultato è diverso, giacché lo Stark ha trovato per la carica dei ioni un valore sensibilmente doppio di quello che rappresenta una valenza.

Si tratterebbe dunque in questi casi di ioni bivalenti.

Messa così in chiaro la grande portata delle ricerche di cui ci stiamo occupando, per l’indole stessa del mio discorso è necessario che mi soffermi sulle spiegazioni possibili dei fatti descritti.

Quantunque in più modi oggi si possa concepire la struttura d’un atomo, v’è generale accordo sopra un punto, e cioè che un certo numero, probabilmente assai grande, di elettroni devono far parte dell’atomo, e muoversi in esso velocemente secondo orbite chiuse. Il togliere all’atomo uno, due, ecc. di tali elettroni, lo trasforma in ione positivo monovalente, bivalente, ecc. Infine le rapide perturbazioni periodiche, ossia le vibrazioni impresse agli elettroni, sono l’origine delle onde elettromagnetiche, ossia della luce emessa dagli atomi e dai ioni. Ciò posto, il primo fatto da spiegare è l’emissione di luce per parte dei ioni costituenti i raggi canali.

Non è certo nell’atto in cui un atomo diviene ione positivo nel bagliore, che esso diviene luminoso, giacchè se così fosse lo spazio oscuro del catodo sarebbe pieno della luce dei ioni, mentre questa comincia a manifestarsi solo quando, avvicinandosi al catodo, essi hanno acquistato una velocità abbastanza grande.

Neppure può considerarsi sufficiente quest’altra spiegazione, che venne messa avanti tempo fa, e cioè che le vibrazioni degli elettroni facenti parte della struttura di un ione prendano origine dall’improvvisa perturbazione che essi subiscono allorchè, attraversando i fori del catodo, passano da una regione ove esiste un campo elettrico assai intenso, in un’altra, ove il campo è sensibilmente nullo. Infatti non si renderebbe conto in tal modo della dimostrata produzione dell’effetto Döppler nel primo strato negativo.

La luminosità dei raggi positivi deve avere un’altra causa, e lo Stark l’attribuisce ad una reazione esercitata sugli elettroni del ione in moto, sia dall’etere, sia dalle particelle materiali presso cui il ione passa. Secondo questa seconda alternativa, che sembra da preferirsi, quando il ione trasversa la sfera d’azione d’un altro ione o d’un atomo neutro, il moto orbitale dei suoi elettroni rimane perturbato, d’onde la produzione di vibrazioni, che si compongono col detto moto, e che generano le onde luminose.

Mi sembra che tali elettroni potrebbero paragonarsi alle corde d’uno strumento musicale dotato di un moto di traslazione, e che incontri sul suo cammino degli ostacoli capaci di mettere in vibrazione le corde stesse. Questa grossolana imagine varrà almeno a far comprendere, come l’intensità della luce emessa dal ione cresca insieme alla sua velocità, e come l’energia delle onde emesse sia ricavata, dalla energia del suo moto traslatorio.

La luce che dà lo spettro di serie, o a righe, proviene dunque da vibrazioni interne dei ioni. Quella che dà le bande deve avere una diversa origine, e probabilmente è dovuta alle vibrazioni assunte dagli elettroni nell’interno d’un atomo neutro nell’istante in cui esso si ricostituisce colla reciproca neutralizzazione d’un ione con un elettrone.

Rimane a spiegare la permanenza delle righe non spostate nello spettro dei raggi positivi, e cioè come insieme ai ioni dotati di grande velocità siano presenti altri, i quali pure essendo privi di notevole velocità, posseggono nei loro elettroni delle vibrazioni tali da renderli luminosi. È verosimile che essi prendano origine dall’urto dei ioni in moto contro atomi neutri. È stato dimostrato, che un corpo colpito dai raggi positivi emette elettroni, per cui è probabile che altrettanto avvenga quando è colpito un atomo neutro. Questo, perdendo allora un elettrone, diviene ione, e cioè resta ionizzato, e verosimilmente gli elettroni in esso contenuti entrano in vibrazione, senza che il ione stesso assuma una grande velocità traslatoria.

Troppo tempo dovrei impiegare, se più volessi addentrarmi nelle interessanti questioni teoriche, che la constatazione dell’effetto Döppler nei raggi positivi ha fatto sorgere. Mi limiterò quindi a soggiungere, che è da aspettarsi una simile constatazione sui raggi α dei corpi radioattivi. Essi sono della stessa natura dei raggi-canali, e generano durante il loro tragitto nell’aria o in altri gas una luce, la quale, quantunque debole, può essere analizzata spettroscopicamente, se non servendosi della vista, ricorrendo alla registrazione fotografica delle righe con lunghissime pose. Lo Stark ha intanto verificato, che la luce generata dai raggi α del polonio in una atmosfera di elio dà lo spettro a righe di questo gas, e che lo spettro a bande dell’azoto, che si ottiene dalla luce che circonda un corpo radioattivo quando è nell’aria, è assai più somigliante allo spettro a bande dell’azoto nei raggi-canali, che a quello di altre regioni del tubo di scarica.

Prima di lasciare l’argomento dei raggi positivi devo menzionare certe recenti esperienze del prof. J. J. Thomson. Producendo i raggi-canali in gas estremamente rarefatti, e facendo uso perciò di elevatissimi potenziali di scarica, il valente fisico di Cambridge ha ottenuto un risultato, che dà molto a pensare. Il suo apparecchio era così combinato, che sui raggi stessi si potevano far agire un campo elettrico ed un campo magnetico trasversali di note intensità, onde raccogliere i dati necessari per dedurre, dalla misura delle deviazioni, la velocità dei ioni ed il valore del rapporto fra la carica e la massa di ciascuno di essi. Si riconobbe così, non solo che mancavano sempre quei certi ioni di massa più considerevole di quella degli atomi del gas adoperato, ma che qualunque fosse la natura del gas estremamente rarefatto, i ioni in moto erano sempre i medesimi, e formanti due gruppi ben distinti. Per gli uni il detto rapporto risultò eguale a quello spettante al ione idrogeno nell’elettrolisi; per gli altri risultò di valore metà. Ne concluse il Thomson, che i ioni costituenti i raggi positivi erano sempre ioni d’idrogeno e molecole pure d’idrogeno private d’un solo elettrone, quasi che avvenisse nei gas estremamente rarefatti una scissione degli atomi, analoga a quelle cui si attribuiscono i fenomeni radioattivi, con produzione di atomi e di molecole d’idrogeno.

Il prof. Wien, il quale cinque anni fa aveva già constatata l’impossibilità di escludere completamente ogni traccia di idrogeno dai tubi di scarica, ha però obbiettato, che probabilmente, ad onta delle più meticolose cure avute dall’abile sperimentatore in queste ricerche, qualche traccia d’idrogeno può essere rimasta entro il tubo di scarica. Ma nuove esperienze del Thomson, pubblicate due settimane fa, tendono a rimuovere un simile dubbio. In una di queste esperienze, eseguita con ossigeno, il tubo di scarica per ben 70 volte nel corso di sei giorni venne vuotato, sinchè la scarica quasi più non poteva produrvisi, dopo di che si faceva entrare nuovo ossigeno. Inoltre per sei ore al giorno e durante la manovra della pompa il tubo era riscaldato e attraversato da forti scariche, allo scopo di eliminare completamente ogni traccia di gas aderente od occluso nelle pareti e negli elettrodi. Infine lunghi tubi, permanentemente circondati da aria liquida, erano interposti fra il tubo di scarica ed il recipiente contenente permanganato potassico, destinato e fornire l’ossigeno, come pure fra il tubo e la pompa, di guisa che nessuna sensibile traccia di vapor acqueo poteva penetrare([4]) nel tubo stesso. Orbene, anche in queste severe condizioni sperimentali il risultato antecedentemente avuto ebbe chiaramente a presentarsi. Quando poi alla fine si sostituì dell’idrogeno all’ossigeno, le due striscie luminose visibili sul diaframma fosforescente e dovute ai raggi positivi deviati, si conservarono sensibilmente sotto ogni rapporto invariate.

Però, per quanto tali esperienze abbiano un altissimo valore di prova, l’obbiezione del Wien è di quelle, che si possono definitivamente confutare solo in seguito a esperienze svariate e numerose compiute da vari sperimentatori.

Nel corso delle importanti esperienze ora descritte il Thomson ha altresì messo in luce certi fatti in parte nuovi. Così egli ha constatato, che i raggi positivi d’idrogeno non si manifestano solo presso il catodo e al di dietro di questo, ma possono riscontrarsi in ogni parte del tubo di scarica. Così ve ne sono che camminano insieme ai raggi catodici allontanandosi dal catodo. Liberati che siano dalla presenza di questi ultimi mercè l’azione d’una debole calamita, essi rimangono sensibilmente invariati, possono eccitare la fosforescenza d’un opportuno diaframma messo di prospetto al catodo, possono essere deviati da intensi campi, ecc. È verosimile che i ioni positivi costituenti questi raggi siano rimbalzati o riflessi dal catodo, o da molecole gassose o da altri ioni. Anzi con un’apposita esperienza il Thomson mostra la realtà di questa riflessione dei ioni per parte d’una lastra metallica.

Anche il sig. Lilienfeld ha recentemente riscontrato dei raggi positivi propagantisi dal catodo verso l’anodo, ma il rapporto fra carica e massa delle particelle in moto sarebbe, secondo questo sperimentatore, dello stesso ordine di grandezza di quello relativo ai raggi catodici. Si avrebbe adunque il primo esempio dell’esistenza di elettroni positivi liberi.

Nelle esperienze del Lilienfeld la rarefazione del gas era grandissima come in quelle del Thomson, ma l’intensità della corrente assai maggiore, quale appunto può essere realizzata col far uso d’un catodo di Wehnelt (ossido di calcio deposto sopra una lamina di platino arroventata). Secondo lo sperimentatore tedesco, in causa della grande intensità della corrente, il tubo conterrebbe ad ogni istante un numero di elettroni negativi assai più grande del consueto, e sotto la loro influenza elettrica gli elettroni positivi degli atomi sarebbero almeno in parte da questi separati, e poi da essi trascinati nel loro rapido movimento.

Tutto ciò fa comprendere, come il meccanismo del fenomeno di scarica nei gas rarefatti sia realmente meno semplice di quanto viene d’ordinarlo considerato.

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Mentre nei gas molto rarefatti il risultato della ionizzazione per urto è la separazione d’uno o più elettroni negativi dagli atomi, che in tal modo divengono ioni positivi mono- o pluri-valenti, quando le scariche si producono in un gas a pressione elevata accade, che i nuovi elettroni non rimangano tutti liberi, ma alcuni, in numero tanto maggiore quanto maggiore è la pressione, si uniscano ad atomi neutri e formino così dei ioni negativi. Altrettanto accade se la ionizzazione del gas ha qualsiasi altra causa, per esempio è dovuta a radiazioni. I movimenti, che assumono i ioni delle due specie in un campo elettrico, ed ai quali si debbono in ultima analisi i fenomeni di scarica e di conduzione elettrica nei gas, furono largamente studiati lungo tempo prima, che si arrivasse a definire in modo soddisfacente la natura delle particelle elettrizzate effettuanti la convezione o trasporto dell’elettricità. L’esistenza di questa convezione elettrica, la parte importante che assume nei fenomeni della scarica, il così detto ritardo di questa, ossia la necessità d’un periodo preparatorio, perfino la forma delle traiettorie percorse dalle particelle cariche, e via dicendo, erano dunque cose note molto prima che si parlasse di elettroni; perciò non è opportuno ch’io neppure brevemente richiami quei fenomeni. Se ho voluto accennare alla ionizzazione dei gas non rarefatti è stato soltanto per avere modo di citare, come meritevoli di molta considerazione, gli studi recenti, tanto importanti anche per la Metereologia, sulla ionizzazione atmosferica e sulle sue variazioni, come pure l’esistenza ormai dimostrata, particolarmente dal sig. Langevin, di masse elettrizzate considerevoli, verosimilmente assai più grandi ancora di quelle, che ordinariamente si riscontrano nei raggi positivi insieme ai ioni del gas adoperato, e cioè l’esistenza di gruppi atomici e molecolari i quali, pur ammettendo che posseggano una carica eguale in grandezza assoluta a quella che costituisce un semplice elettrone, hanno una massa assai superiore alle masse atomiche o molecolari conosciute. Questa specie di grossi ioni, i quali naturalmente hanno minor mobilità dei ioni ordinari, si riscontra particolarmente abbondante nell’aria ionizzata dal fosforo.

Inoltre, secondo recenti ricerche del sig. Broglie, i gas ionizzati, e particolarmente l’aria che circonda una fiamma o che si è fatta gorgogliare in un liquido, conterrebbero certi aggregati molecolari non elettrizzati, pronti a trasformarsi in grossi ioni non appena entri in azione una causa ionizzatrice, come raggi X, raggi del radio, ecc.

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Anche d’un’altra vasta e interessantissima classe di fenomeni poco dirò, benchè tali fenomeni siano di recente scoperta, per la ragione che la conoscenza di essi si è rapidamente diffusa, non solo forse in causa della loro importanza intrinseca, ma anche pel carattere singolare e meraviglioso che spesso mostravano di possedere. Alludo ai fenomeni della radioattività.

Veramente meravigliosa è la rapidità con cui, per opera di una pleiade di sperimentatori, si sono estese le nostre cognizioni intorno al nuovo fenomeno scoperto dal Becquerel. Anche in quest’ordine di ricerche una felice ipotesi, quella della disaggregazione atomica, valse a facilitare le nuove scoperte; tanto che in pochi mesi dal giorno in cui si scoprì, che l’uranio e i suoi composti godono della strana proprietà di emettere spontaneamente certe radiazioni capaci di attraversare corpi opachi, di agire sui preparati fotografici, di eccitare fosforescenza, di ionizzare i gas, ecc., si giunse, non solo a riconoscere analoghe proprietà in altre sostanze, ma a scoprire un nuovo elemento, il radio, dotato di considerevolissima attività.

L’animo nostro si riempie di mestizia e di rimpianto a questa tacita evocazione dell’eminente quanto modesto fisico francese, che un evento tragico improvvisamente strappò alla scienza, ed all’affetto di colei, che fu sua compagna nella vita, ed iniziatrice della grande scoperta, a cui egli pure associò il proprio nome. Senza la scoperta dei Curie la maggior parte delle attuali nostre cognizioni in fatto di radioattività ci mancherebbe ancora, e chi sa per quanto tempo.

Ormai tutti sanno, che i corpi radioattivi emettono radiazioni di tre specie, designate usualmente, sull’esempio del prof. Rutherford, colle prime tre lettere dell’alfabeto greco; e cioè raggi α, costituiti da ioni positivi lanciati con grandissima velocità, e quindi della stessa natura dei raggi-canali; raggi β, costituiti da elettroni negativi generalmente animati da velocità tanto grandi da avvicinarsi assai a quella della luce, identici quindi a raggi catodici velocissimi; raggi γ infine, considerati come raggi di Röntgen, e verosimilmente generati dagli urti dei raggi α e β contro gli atomi, precisamente come i raggi X sono generati dall’urto dei raggi catodici.

Ma ciò che v’è di più importante è l’essersi stabilito con valide e svariate prove sperimentali, che la radioattività, ossia l’emissione spontanea di quelle radiazioni, non solo è accompagnata dalla nota estrinsecazione di energia, ma è altresì connessa ad una incessante trasformazione d’una parte degli atomi della sostanza radioattiva in atomi nuovi, dotati di diverso e, per quanto finora si sa, minore peso atomico, nonchè di differenti proprietà fisiche e chimiche. E poichè molte volte i nuovi atomi così generati sono essi pure instabili, così si è giunti a scoprire per ogni sostanza radioattiva tutta una serie di successive trasformazioni.

Lo studio di queste trasformazioni atomiche, le quali evidentemente forniscono un valido argomento in favore del concetto cui già si accennò, e secondo il quale tutti gli atomi altro non sarebbero che aggregati d’elettroni, è lungi dall’essere oggi completo, ed anzi occupa tuttora numerosi fisici d’ogni paese. La legge, subito intuita, della proporzionalità fra la quantità di sostanza radioattiva che si trasforma durante l’unità di tempo e la quantità di sostanza non ancora trasformata, rese possibili simili ricerche, le quali tuttavia restano difficili e complicate, essendo spesso inevitabile lo sperimentare su sostanze complesse, contenenti cioè atomi di varia natura che con diversa rapidità vanno trasformandosi, ed anche in virtù di queste circostanze, e cioè che, in primo luogo, gli atomi radioattivi non sempre dànno origine alle tre specie di radiazioni mentre si sfasciano o si trasformano, essendovene fin’anche alcuni che non ne emettono affatto, ed in secondo luogo, che le trasformazioni sono in certi casi o estremamente rapide o estremamente lente, e quindi per differenti motivi meno facili a riconoscersi, qualunque sia il metodo di ricerca adottato: metodo fotografico, metodo della fosforescenza, o metodo elettrico. Quest’ultimo, basato sulla ionizzazione dei gas prodotta dalle radiazioni emesse dalle sostanze radioattive, è quello che, com’è ben noto, meglio si presta, e che ha dato nella maggior parte dei casi i risultati più sicuri.

Data la complicazione e le difficoltà di simili ricerche, non può recar meraviglia, se ancora si vaga nel campo delle congetture in riguardo alla natura dei prodotti più avanzati delle trasformazioni atomiche, come pure rispetto alla probabile parentela fra i principali corpi radioattivi: radio, attinio, uranio e torio. Può tuttavia dirsi fin d’ora molto verosimile, che il piombo sia uno dei prodotti di trasformazione del radio, e che questo alla sua volta entri a far parte dell’albero genealogico dell’uranio.

Ma senza che si debba aspettare il giorno, nel quale queste parentele saranno completamente documentate, si può ritener fin d’ora come dimostrato il fatto della trasmutazione della materia, in quanto che non può sussistere alcun dubbio sulla realtà della produzione dell’elio in seguito a trasformazioni atomiche del radio, del torio e dell’attinio. È noto infatti, che uno dei primi prodotti di trasformazione di queste sostanze, e cioè le rispettive emanazioni gassose, abbandonate a sè stesse si trasformano poco a poco in altre sostanze, fra cui il gas nominato or ora. Sembra anzi che tutti quei corpi radioattivi, i quali emettono raggi α, creino elio, le particelle α essendo verosimilmente non altro che atomi di elio carichi positivamente. Accurate misure hanno infatti dimostrato, che il rapporto fra carica e massa dei ioni positivi costituenti i raggi α ha, in tutti i casi esaminati, tale valore numerico, da far considerare le particelle stesse, o come molecole d’idrogeno private d’un elettrone negativo, o come mezzi atomi d’elio, pure privati di un elettrone, o infine come atomi d’elio privati di due elettroni ciascuno, ossia ioni d’elio bivalenti. Naturalmente dai fatti citati resta escluso che si tratti di idrogeno.

Certe esperienze, che Sir Ramsav ha fatto conoscere il 1° agosto scorso all’Associazione Britannica pel progresso delle Scienze, sembrano poi indicare la possibilità di produzione di altri corpi per parte dell’emanazione del radio. Egli ha trovato infatti, che questa sostanza, la quale presenta già i caratteri propri dei gas della serie dell’elio; quando sia tenuta in contatto dell’acqua o in questa disciolta, invece di generare unicamente dell’elio, produce traccie soltanto di questo gas insieme ad una quantità preponderante di neonio o neon; e che, quando l’emanazione stessa sia stata disciolta in una soluzione satura di solfato di rame, l’elio non si produce più affatto, e in sua vece lo spettroscopio dimostra che si crea dell’argon o argonio insieme a traccie di neonio e di altre sostanze ancora, come litio e sodio. Ulteriori ricerche permetteranno certo a chi fu uno degli scopritori dei nuovi gas dell’atmosfera, di chiarire questi fenomeni, indubbiamente importantissimi.

Anche la questione, se la radioattività debba considerarsi o no come propria di tutti quanti i corpi, non può dirsi risolta definitivamente. Certo si è che di recente si è scoperta una non lieve radioattività in corpi, nei quali nulla induceva a supporla. Sarebbe molto difficile il chiarire, se lievi e lente trasformazioni atomiche esistano o no in un corpo qualunque, giacchè potrebbe trattarsi di quelle, cui non si accompagna l’emissione degli ordinari raggi α, β e γ. Ma esistono corpi, i quali lasciano sfuggire continuamente degli elettroni, dotati di così lieve velocità, da non costituire veri raggi β, od almeno soltanto raggi β molto lenti. Certi prodotti radioattivi emettono simili raggi; e circa un’anno e mezzo fa il Thomson ha riconosciuto, che alcuni metalli alcalini, e particolarmente il sodio, emettono continuamente elettroni. Il sodio si elettrizza infatti spontaneamente di elettricità positiva. Ecco dunque un corpo, i cui atomi verosimilmente si trasformano continuamente, senza che esso proietti all’intorno con grandi velocità nè ioni positivi nè elettroni, ma solo questi ultimi con velocità, che è a ritenersi assai piccola. Che debba in questa maniera considerarsi il fenomeno è cosa, non solo quasi evidente, ma additata da un altro fatto, e cioè l’emissione d’elettroni anche per parte degli atomi del sodio ridotto in vapore.

Questo infatti, quando si trovi in un campo elettrico, va a condensarsi sull’elettrodo negativo; ciò che dimostra essere la proprietà del sodio, di cui qui si tratta, una proprietà atomica, come appunto si sa essere la radioattività.

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Ed ora, nell’abbandonare i soggetti fin qui trattati, i quali principalmente riguardano la struttura degli atomi e la loro probabile natura elettrica, per passare ad altro argomento, mi è duopo richiamare anzitutto certi fatti apparentemente di limitata importanza, di cui ho fatto cenno, e dai quali si ricava, che esistono aggregati molecolari o atomici recanti o no carica elettrica, muoventisi fra le molecole gassose alla guisa dei ioni o delle molecole stesse, pur essendo dotati di massa relativamente considerevole. Tali potrebbero supporsi quei ioni di maggior massa che si riscontrano nei raggi positivi, quando il gas nel quale sono generati non sia troppo rarefatto; e tali sono a ritenersi i così detti grossi ioni contenuti nell’aria atmosferica, abbondantissimi poi in quella che circonda il fosforo, nonchè infine quei gruppi molecolari neutri, che divengono grossi ioni sotto l’influenza delle radiazioni. La ragione per cui ho richiamato tutto ciò è questa, e cioè che mi sembra lecito stabilire un ravvicinamento fra tali gruppi molecolari e quelle particelle o granuli, che, mescolati o sospesi in un liquido ordinario, lo trasformano in ciò che chiamasi una soluzione colloidale. Di simili soluzioni intendo ora trattar brevemente.

Che la struttura dei colloidi sia discontinua, e cioè che debbano tali corpi considerarsi come costituiti da particelle sospese in un liquido, è dimostrato in varie maniere, ed inoltre risulta direttamente dall’osservazione ultramicroscopica.

Il principio su cui si fonda l’osservazione ultramicroscopica è noto, e si potrebbe spiegare in poche parole dicendo che, nello stesso modo che un raggio di sole, che penetri per uno spiraglio in una camera buia, rende visibili i minutissimi corpuscoli sospesi nell’aria rischiarandoli vivamente contro un fondo oscuro, così possono rendersi visibili nel campo d’un microscopio delle particelle troppo piccole per essere distinte, quando lo strumento è adoperato nel modo usuale, se, senza lasciare penetrare direttamente nello strumento la luce, esse vengono fortemente illuminate. Ciascuna diffrange allora la luce in ogni direzione, e quindi anche in quella dell’asse del microscopio, ciò che fa sì che essa appaia nel campo visivo come una brillante stelletta. Nulla si rileva naturalmente della forma precisa e dell’aspetto di quella particella, ma la sua esistenza è in tal modo dimostrata, quand’anche le sue dimensioni lineari si riducano a qualche millionesimo di millimetro, ed inoltre si possono scorgere il suo moto e gli eventuali suoi mutamenti. Osservando in tal modo una soluzione colloidale, i granuli in essa contenuti divengono visibili, salvo che si tratti di certi colloidi, i cui granuli hanno dimensioni troppo piccole.

Oltre agli innumerevoli liquidi colloidali d’origine organica, se ne sanno oggi preparare altri riducendo a minutissime particelle nel seno dell’acqua o di altro liquido molti corpi, sia con metodi chimici, sia col metodo di Bredig, che consiste nel produrre potenti scariche o meglio l’arco voltaico fra elettrodi sommersi. Se per esempio questi consistono in fili d’argento immersi in acqua, si ottiene in capo ad un tempo sufficiente l’argento colloidale, il cui colore dipende dalle dimensioni delle particelle diffrangenti.

Le soluzioni colloidali si distinguono dalle soluzioni ordinarie per l’estrema lentezza di diffusione, per non attraversare sensibilmente le ordinarie membrane dializzatrici, per avere una pressione osmotica quasi nulla, per essere dotate di piccolissima conducibilità elettrica, perchè l’aggiunta di certi elettroliti le coagula, perchè molte di esse lentamente e spontaneamente si modificano in quanto alla composizione del liquido e dei granuli.

Con tutto ciò non si scorge nettamente una demarcazione assoluta fra i colloidi e le soluzioni vere, specialmente quando queste contengano come sostanza disciolta un corpo di peso molecolare elevatissimo.

Infatti, secondo certe esperienze di Lobry de Bruyn e Wolff, concentrando con una lente una intensa luce in certe soluzioni saline perfettamente esenti da ogni impurità che ne offuschi la limpidezza, diviene lateralmente visibile contro un fondo oscuro il cono luminoso, poichè viene diffratta della luce, polarizzata nel piano di diffrazzione, dalle molecole stesse del sale, precisamente come se si trattasse invece dei granuli di un colloide, la discontinuità del quale può appunto anche in tal modo essere dimostrata. In altre parole v’è chi ritiene, e sembra con buon fondamento, che le molecole del corpo disciolto possano dar luogo alla diffrazione, precisamente come nella teoria di lord Rayleigh si ammette, che l’azzurro del cielo si debba alla diffrazione della luce solare operata dalle molecole dell’aria. D’altra parte secondo certe recenti esperienze dei medesimi autori, assoggettando una vera soluzione, per esempio di ioduro potassico nell’acqua, alla centrifugazione, si produrrebbe una concentrazione nelle parti periferiche, precisamente come coll’analogo trattamento di un colloide si riesce a separarne i granuli.

Da tutto ciò risulterebbe un’analogia fra granuli dei colloidi e molecole o ioni elettrolitici, che rende anche più verosimile quella fra i granuli stessi ed i grossi ioni gassosi.

Ma queste analogie appaiono meno incomplete, qualora si tenga conto delle proprietà elettriche dei colloidi, lo studio delle quali ha condotto ad interessanti cognizioni e ad eleganti esperienze, queste ultime specialmente per opera dei Sig.ri Cotton e Mouton.

Suppongasi d’osservare coll’ultra-microscopio un liquido colloidale, per esempio la soluzione colloidale di argento, che si presta particolarmente bene. Appariranno numerose stellette brillanti, ognuna delle quali è prodotta da una particella d’argento. Queste stellette non sono immobili, ma invece appaiono animate da quei moti irregolari, che da tempo furono osservati coll’ordinario microscopio in minute particelle solide sospese in un liquido, e che diconsi moti Browniani. Per rendere conto di questi movimenti si è proposta oggi come cosa nuova una spiegazione, simile a quella che un quarto di secolo fa espose il prof. Cantoni, e secondo la quale tali moti provengono dagli urti subiti dalle particelle per parte delle molecole del liquido, animate dai loro movimenti termici.

Ciò posto, s’immergano nell’argento colloidale sottoposto all’osservazione due elettrodi opportunamente disposti, comunicanti coi poli d’una pila. Si vedranno immediatamente le brillanti stellette assumere un moto traslatorio da uno degli elettrodi verso l’altro, con una velocità sensibilmente costante, diversa a seconda del colloide esaminato, e tanto maggiore quanto più grande è l’intensità del campo elettrico creato nel liquido dai due elettrodi. Se si ha cura di osservare il fenomeno solo nelle parti centrali, ove si compie indisturbato, e non presso gli elettrodi o presso il porta-oggetti od il copri-oggetti, si riconosce, che mentre i granuli di certi colloidi si muovono dirigendosi verso l’elettrodo([5]) positivo, quelli di altri si muovono in senso opposto. Perciò i granuli dei primi si comportano come ioni negativi, quelli dei secondi come ioni positivi. Vi sono però dei liquidi colloidali, nei quali i moti dei granuli sono in simili circostanze così lenti, da non potersene stabilire con certezza l’esistenza e la direzione.

Bisogna dunque ammettere, che i granuli portino una carica elettrica, positiva per gli uni e negativa per altri. E siccome il colloide è neutro nel suo complesso, così bisogna supporre nel liquido circondante i granuli una carica di segno opposto a quello della carica da essi posseduta. La filtrazione sotto pressione permette di eliminare una parte più o meno grande del liquido, senza che lo stato neutro resti modificato, ciò che induce a supporre essere la carica compensatrice nella immediata vicinanza di quella dei granuli, precisamente come se quelle cariche opposte fossero le cariche di contatto fra i granuli ed il liquido che li circonda.

L’esperienza dimostrante il moto dei granuli d’un colloide dovuto a forze elettriche diviene oltremodo interessante, quando si faccia uso d’un campo alternativo, per esempio impiegando la corrente alternativa stradale. Ogni punto brillante nel campo dell’ultramicroscopio si trasforma allora in una retta più luminosa agli estremi che nel mezzo, dovuta alle oscillazioni dei granuli. Con mezzi opportuni si riconosce, che ciascuno di questi compie un’oscillazione sinusoidale, collo stesso periodo (per esempio 42 oscillazioni al secondo) che spetta alla corrente adoperata. Simili oscillazioni, ma di gran lunga più rapide, si osservarono ricorrendo al circuito Duddell.

Ben poco si conosce fin ora intorno alla costituzione dei colloidi, per cui ogni indicazione di possibili linee di ricerca può riescire preziosa. Ecco perchè ho creduto di rilevare le analogie fra i granuli ed i ioni. Quelli sembrano offrire una grossolana imitazione di questi. Come i ioni di un’ordinaria soluzione si diffondono in virtù dei loro moti termici, come in virtù dei medesimi ed alla guisa degli atomi o delle molecole contribuiscono a generare la pressione osmotica, e sono la causa della conducibilità elettrica del liquido in cui si muovono, così la diffusione lenta d’un colloide, la sua debolissima pressione osmotica e la piccolissima conducibilità stanno in relazione ai moti browniani, di cui i granuli veggonsi generalmente dotati.

Del resto si rende completa l’imitazione anche sotto il rapporto della pressione osmotica, se si impiega come membrana semipermeabile una lamina di collodio, e se si pone da una parte di essa la soluzione colloidale e dall’altra il liquido che se ne può estrarre filtrandola sotto pressione; giacchè si ottengono in tal caso delle pressioni osmotiche considerevoli, le quali però non sembrano obbedire alle leggi note della pressione osmotica, valide per le vere soluzioni.

Interessanti particolarità d’indole elettrica si riscontrano altresì nella coagulazione o nella precipitazione dei colloidi. Se si espone una soluzione d’un colloide negativo (per esempio l’alcaliglobulina del siero di bue) all’azione delle radiazioni d’un sale di radio, si ottiene una graduale coagulazione, mentre non accade altrettanto adoperando nell’esperienza un colloide positivo, il quale anzi sembra talvolta divenire più fluido. Ora, siccome i raggi β attraversando il liquido non sono assorbiti che in minima parte, mentre i raggi α lo sono interamente, così è naturale attribuire la coagulazione alle cariche positive recate da questi ultimi, ciò che induce a credere essere indispensabili le cariche elettriche nei granuli, affinché restino([6]) sospesi nel liquido e sussista la soluzione colloidale. A questo proposito è interessante la seguente esperienza di controprova.

Facendo agire sopra un colloide positivo (per esempio l’idrossido di ferro), non più i raggi α, ma i soli raggi β, ciò che può facilmente realizzarsi col coprire il sale di radio mediante una lastrina solida di sufficiente spessore destinata ad assorbire i raggi α, si ottiene pure, benchè più lentamente, la coagulazione.

E poichè la separazione dei granuli dal liquido si provoca altresì colla semplice aggiunta d’un elettrolito, è naturale che in questo caso il fenomeno si attribuisca oggi alla carica neutralizzatrice di uno dei ioni, che spiegherebbe sempre un’azione preponderante, e che sarebbe il ione idrogeno nel caso degli acidi, i quali coagulano particolarmente i colloidi negativi, ed il ione idrossile nel caso delle basi, la cui azione coagulatrice si produce segnatamente sui colloidi positivi. È pure degno di nota il fatto, che mescolando due colloidi di segno opposto in determinate proporzioni si ottiene la precipitazione di entrambi, mentre che, se uno è in quantità eccedente, si ha un colloide complesso di segno eguale a quello del colloide preponderante.

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Mentre è difficile segnare, come già dissi, una linea di confine ben netta fra le vere soluzioni ed i liquidi colloidi, una certa continuità si presenta in molte circostanze fra il comportamento di questi ultimi corpi e quello dei liquidi torbidi, che si ottengono generando per via chimica un precipitato in un liquido, oppure agitando un liquido al quale si sia aggiunta una finissima polvere. Se le particelle hanno dimensioni abbastanza piccole, esse cadono così lentamente, che il miscuglio sembra rimanere lungo tempo inalterato. A parte il noto effetto di precipitazione rapida, che può provocare l’aggiunta d’un elettrolito, la detta analogia si manifesta particolarmente nei fenomeni idrostatici.

È chiaro che, quando si misuri col picnometro la densità d’una sospensione o d’un colloide, il risultato numerico, a cui si arriva, è quale potrebbe essere calcolato, quando si conoscesse il volume e la densità tanto delle particelle sospese o dei granuli, quanto quelli del liquido nel seno del quale nuotano i granuli o le particelle.

Ma, se si determina la densità per mezzo di un areometro, sembra che il risultato debba essere differente, e cioè che questo istrumento debba indicare semplicemente la densità del liquido, indipendentemente dalla presenza di particelle solide in esso sospese. Ciò appare evidente, almeno nel caso delle sospensioni, se non in quello dei colloidi. Orbene, i risultati che danno i due metodi differiscono fra loro tanto meno, quanto più piccole sono le dimensioni di dette particelle.

Per constatare questo fatto si può procedere in vari modi; per esempio si può graduare a piacere entro certi limiti la grandezza delle particelle, sperimentando con quelle costituite da solfato di bario, che si ottengono mescolando una soluzione di solfato sodico con una di cloruro di bario, giacchè, operando a basse temperature coll’aiuto di miscele frigorifere, le particelle del precipitato risultano tanto più piccole, quanto più bassa è la temperatura alla quale avviene la precipitazione. Ma generalmente è solo quando le particelle sono tanto grosse da depositarsi in breve tempo, che l’impiego dell’areometro conduce a valori della densità marcatamente minori di quelli a cui si perviene col picnometro. Anche prima che le particelle giungano ad essere così grosse, esse debbono indubbiamente considerarsi come corpi solidi di piccole dimensioni, i quali offrono quindi una imitazione del modo di comportarsi delle molecole di un corpo disciolto.

Ricerche del sig. Löffler e del sig. Richarz, che datano da pochi mesi, hanno permesso di spiegare in quale maniera la presenza di piccoli corpi solidi nella massa d’un liquido possa influire sulla spinta idrostatica, a cui è esposto un areometro, che su di esso galleggi. In una delle esperienze del primo di questi fisici, un corpo più denso dell’acqua si lascia cadere entro una lunga provetta verticale piena di questo liquido. Si vede allora sollevarsi alquanto un secondo corpo immerso e sospeso con un filo ad una delle braccia d’una bilancia, specialmente quando il corpo cadente passa nella sua vicinanza. Le correnti liquide, generate dal corpo che cade, spiegano questa spinta transitoria, che il corpo sospeso riceve dal basso all’alto. Si comprende in tal modo come un areometro emerga alcun poco dal liquido su cui galleggia, allorchè nel seno di questo innumerevoli piccoli corpi solidi stanno cadendo più o meno lentamente.

Questa spiegazione meccanica del fenomeno, che si produce nel caso delle polveri sospese in un liquido, e verosimilmente nel caso dei colloidi, sembrerà forse differenziarlo nettamente dal fenomeno dell’aumento di densità che presenta una soluzione in confronto del solvente. Ma se ben si riflette, si riconoscerà invece facilmente, che si hanno semplicemente di fronte due fenomeni presentanti una certa analogia, uno dei quali (quello delle sospensioni) è spiegato meccanicamente in modo semplice, mentre la natura dell’altro (quello delle soluzioni) non ci è intimamente conosciuto; cosicchè, lasciando per un poco libero corso alla nostra immaginazione, arriveremo facilmente a considerare come sostanziale l’analogia esistente fra i fenomeni stessi, e cioè a supporre, che le molecole del corpo disciolto si comportino nella stessa maniera delle particelle solide sospese. Se il fatto già menzionato della parziale separazione mediante la centrifugazione delle molecole d’un sale sciolto dal suo solvente verrà confermato in modo ineccepibile, non sarà facile negare la verosimiglianza della nuova ipotesi; la quale in realtà non deve apparire più ardita di quella, in virtù della quale, dall’antica teoria dell’azzurro del cielo basata sulla diffrazione della luce prodotta dai corpuscoli sospesi nell’aria si è passati alla nuova teoria, a cui ebbi già occasione di alludere, e secondo la quale la diffrazione sarebbe invece prodotta dalle singole molecole gassose.

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Tutte le considerazioni sin qui fatte circa l’esistenza dei grossi ioni nei gas o dei granuli nei colloidi, circa il comportamento per così dire molecolare di piccoli corpi solidi sospesi in un liquido, ed altre che a queste si potrebbero aggiungere, conducono concordemente nel far vedere come fra le semplici molecole chimiche ed i corpi propriamente detti sia opportuno collocare quei certi aggruppamenti complessi, che presentano in qualche modo dei caratteri intermedi, e che non si potrebbero senza esitazione considerare sia come molecole, sia come piccoli corpi. In altre parole, si scorge l’opportunità di ammettere vari gradi nella complessità delle aggregazioni molecolari, fra le semplici molecole ed i corpi ordinariamente considerati.

A questo proposito conviene richiamare alla mente, che da tempo i cristallografi ammettono l’esistenza dei così detti elementi cristallini, e cioè di certi aggruppamenti molecolari aventi determinate forme geometriche, per esempio costituiti da molecole disposte secondo i vertici di un poliedro dotato di certe simmetrie. Infatti, per rendere conto delle proprietà dei corpi cristallizzati si è obbligati a considerarli come risultanti dalla riunione di particelle poliedriche concordemente orientate. Fra esse, oltre alle forze orientatrici, di natura incognita ma verosimilmente elettrica, si manifestano naturalmente altresì forze di coesione, aventi probabilmente la stessa origine. I fenomeni presentati da corpi cristallizzati semi-fluidi o liquidi addirittura sembrano provare, che le forze orientatrici possono sopravvivere a quelle di coesione, o, forse meglio, mostrarsi intense, anche quando la coesione sia piccolissima. Tale è almeno la maniera nella quale vengono oggi da molti considerati questi fenomeni, i quali, quantunque studiati da una trentina d’anni dal Lehmann, e negli ultimi tempi da vari altri fisici, da poco tempo sono conosciuti ed apprezzati, come avrebbero meritato di esserlo molto prima.

Eppure i fenomeni in discorso offrono spesso interessanti particolarità. Così possono ottenersi facilmente dei cristalli a consistenza semifluida, per esempio col raffreddamento d’una soluzione alcoolica calda d’oleato d’ammoniaca. Orbene, tali cristalli, aventi faccie e spigoli curvi, riprendono tosto la forma completa iniziale, quando vengono tagliati o deformati; e se due di essi trovansi abbastanza vicini e non concordemente orientati, essi si orientano e si avvicinano con crescente velocità, finendo col fondersi in un unico cristallo. Nè meno interessanti appaiono i liquidi a struttura cristallina, che in non piccolo numero si sanno oggi preparare. Entro un certo intervallo di temperatura uno di tali corpi, posto fra due lastrine trasparenti parallele ed esaminato col microscopio in luce convergente polarizzata, mostra i noti anelli d’interferenza, anche mentre che, premendo le lastrine l’una verso l’altra, si determina un efflusso del corpo esaminato, che con ciò mostra di essere perfettamente liquido. I cristalli elementari, concordemente orientati, forse coll’aiuto di una speciale azione delle lastrine, in modo che i loro assi restino a queste perpendicolari, hanno dunque quella reciproca indipendenza, che esiste fra le molecole di un liquido qualunque.

Non solo dunque le molecole possono formare quei grossi aggregati, neutri od elettrizzati, la cui esistenza viene rivelata dai fenomeni antecedentemente considerati, ma esse costituiscono, forse in primo luogo, anche quegli aggruppamenti verosimilmente più semplici, che possono considerarsi come le pietre, dalla cui sovrapposizione risulta l’edificio dei cristalli.

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E così siamo oggi assai lontani da quello schema, tanto semplice e comodo, che fino a pochi anni fa ci appariva adatto a rappresentare la struttura della materia.

Ed in vero, astrazione fatta dagli elementi cristallini, che i fisici sembravano spesso dimenticare, si considerava un corpo qualunque come un sistema di molecole tutte eguali fra loro, ed ognuna di esse come un sistema di atomi, entità indivisibili, di cui se ne conosceva una settantina di specie diverse. Inoltre tanto le molecole che gli atomi si supponevano animati da certi movimenti, la cui energia cinetica rappresentava l’energia termica, e di tale natura da creare una certa somiglianza fra questi sistemi e quelli grandiosi costituiti dagli astri.

Oggi questa semplicità è scomparsa, e pur supponendo sempre una certa analogia fra la struttura dei sistemi molecolari e quella dei sistemi celesti, la si estende alla struttura complessa dei singoli atomi. Tutto induce ad ammettere, come si disse, che molti elettroni negativi, dotati di rapidi moti orbitali, facciano parte della struttura d’ogni atomo; ma esiste una certa disparità di vedute circa la parte positiva dell’atomo stesso. Secondo una ipotesi, generalmente preferita dai fisici tedeschi, ogni atomo neutro è costituito da un egual numero di elettroni positivi e negativi, e mentre questi ultimi o parte di essi posseggono il moto orbitale, tutto il resto costituisce un assieme elettricamente positivo e relativamente stabile. Secondo un’altra ipotesi, in genere preferita dai fisici inglesi, ogni atomo consta di una sfera di elettricità positiva, specie di grande elettrone positivo plurivalente, entro la quale si muovono gli elettroni negativi. In ambo i casi è giuocoforza ammettere che, senza subire profonde modificazioni nella sua struttura complessiva, l’atomo possa perdere uno o più elettroni negativi, o acquistarne qualcuno in soprappiù. L’atomo diviene allora ione positivo o negativo, mono o pluri-valente. Inoltre deve necessariamente aver luogo una continua diminuzione dell’energia posseduta dall’atomo. Infatti, in virtù della circostanza che esso contiene elettroni negativi, il cui moto non è rettilineo ed uniforme, l’atomo emette continuamente una radiazione elettromagnetica, e cioè una parte della sua energia si propaga nell’etere. La struttura dell’atomo andrà così lentamente modificandosi, sinchè ad un tratto il suo equilibrio dinamico cesserà d’essere possibile. In quell’istante l’atomo si scinderà in gruppi d’elettroni meno complessi, ed il corpo di cui esso fa parte si mostrerà in tal modo radioattivo. Verosimilmente un tal fatto deve, a lungo andare, verificarsi per qualsiasi atomo, ciò che equivale a dire dover essere più o meno instabili gli atomi di tutti i corpi.

Anche per queste lente modificazioni nella interna struttura dell’atomo potrebbero invocarsi analogie astronomiche; ma la meccanica celeste degli atomi è, per così dire, quasi ancora da creare, e spetterà verosimilmente all’analisi spettrale e ai fenomeni magneto-ottici il fornire col tempo i dati necessari, che ancora quasi completamente ci mancano.

D’altra parte l’esistenza dei così detti grossi ioni, e degli altri aggregati complessi additati dai fenomeni testè esaminati, nonchè le analogie messe in rilievo fra le vere soluzioni, le soluzioni colloidali e le semplici sospensioni di particelle solide in una massa liquida sembrano, se non gettare un ponte sull’abisso che si riteneva esistere fra corpo e molecola, almeno far sorgere quei piloni, su cui forse col tempo il ponte stesso verrà costruito.

Ma l’apparente complicazione del nuovo schema non deve spaventarci nè confonderci. Da una parte esso ci soddisfa, in quanto che esso contiene implicitamente il concetto semplificatore della unità della materia, il quale riduce al minimo il numero delle entità fondamentali o primordiali; d’altra parte in grazia di esso ci sentiamo oggi meno lontani dal giorno, se pure un tal giorno dovrà spuntare, in cui la struttura intima della materia potrà più o meno direttamente colpire i nostri sensi.

Queste considerazioni sintetiche mi hanno però trascinato nell’alto mare delle ipotesi, proprio nel momento in cui debbo tornare in porto; ma non me ne dolgo. Le ipotesi scientifiche, quando sgorgano logicamente dai fatti, costituiscono un prezioso strumento di ricerca, che può bensì far deviare dallo scopo scientifico gli inesperti, ma è invece fattore di progresso e ispiratore di ricerche proficue a chi sa maneggiarlo colla necessaria prudenza. E questo è precisamente il caso di Voi, o egregi rappresentanti della Fisica italiana, che vivamente ringrazio per avermi, con così sostenuta e benevola attenzione, sin qui ascoltato.

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