128. Vedute generali sulla teoria degli elettroni e la costituzione della materia. — I fenomeni ultimi, da noi passati in rassegna, hanno schiusa una nuova epoca nella storia delle nostre conoscenze sulla costituzione della materia e sulla natura dell’elettricità.

Essi dimostrano da un canto che da sostanze chimicamente diverse è possibile ricavare un componente comune, l’elettrone; e inoltre che questo componente ha una massa incomparabilmente più piccola di quella del leggerissimo atomo d’idrogeno. — La teoria atomica che proclamava nell’atomo l’estremo limite alla divisibilità della materia potè sembrare scossa nelle sue fondamenta.

La verità è però ben diversa.

Non la Chimica aveva asserito la indivisibilità dell’atomo; essa aveva solo affermato che nelle reazioni più svariate l’atomo dei corpi semplici interviene come una individualità persistente e indivisibile, cosicchè le reazioni stesse consistono in pure trasposizioni di atomi interi.

E in questa asserzione nulla c’è da cambiare anche adesso: anzi l’atomo, che poteva prima esser considerato come una concezione puramente ipotetica, ci si rivela ora come entità realmente esistente; ma nel manifestarsi ci avverte che noi lo avevamo battezzato male, e che, chiusa l’éra delle disquisizioni sulla costituzione atomica della materia, un nuovo problema si impone alla Scienza: quello della costituzione interna dell’atomo, la cui esistenza è ormai definitivamente assodata.

Non altrimenti avverrebbe di un sociologo, il quale, dopo aver considerato l’uomo come una entità indivisibile nei fenomeni sociali, venisse ad apprendere che anche l’uomo è fisiologicamente costituito di sangue, di muscoli, di nervi e dì altri tessuti; per la sociologia esso sarà ancora l’unità indivisibile, mentre altre scienze, l’anatomia e la fisiologia, sorgeranno al fianco di quella, e le potran fornire nuovi lumi e nuove risorse.

Del resto si sospettava già da gran tempo, per ragioni chimiche e fisiche, che l’atomo avesse una costituzione complessa.

Già il Proust, al principio del secolo XIX, aveva tentato di considerare gli atomi dei diversi corpi semplici come formati dalla riunione di diversi atomi d’idrogeno; inoltre la nozione della complessità dell’atomo era in certa guisa implicita nella legge che le proprietà chimiche degli elementi sono una funzione ricorrente, periodica del peso atomico. — Ma sopratutto le ricerche spettroscopiche, dimostrando la complessità dello spettro degli elementi e la sua variabilità, avevano indotto il Lockyer a ritenere che in determinate condizioni elettriche o termiche l’atomo degli elementi venisse dissociato.

Tornando agli elettroni il risultato più essenziale, dovuto alle ricerche di Abraham e Kaufmann, è quello per cui venne dimostrato che l’elettrone è soltanto una particella di elettricità negativa, non associata a un nucleo di vera materia. Adunque è ben vero che dagli atomi dei vari elementi chimici si può ricavare un comune costituente, l’elettrone, però questo non è più materia, ma pura carica elettrica.

D’altra parte la presenza dell’elettrone entro l’atomo veniva riconosciuta per un ordine d’idee interamente diverso. Agli elettroni dell’atomo potè attribuirsi il suo potere di emettere, in date condizioni, luce di alquanti periodi caratteristici, di possedere cioè uno spettro di righe. Supposto che un elettrone oscilli entro un atomo intorno a una posizione di riposo, per virtù di forze di natura elettrica, esso trasmetterà nell’etere oscillazioni elettromagnetiche, che produrranno effetti luminosi se sono abbastanza rapide.

Questa ipotesi sulla origine degli spettri a righe dei metalli condusse alla importante scoperta di Zeeman, confermante le previsioni fatte teoricamente dal Lorentz.

Altre ricerche, che seguirono alla scoperta del fenomeno Zeeman, permisero poi che su quel fenomeno si fondasse una teoria molto semplice della polarizzazione rotatoria magnetica, la quale si era mostrata ribelle a ogni trattazione teorica. — Si potè così stabilire che agli elettroni vibranti nell’interno dell’atomo son dovute tutte le perturbazioni che la materia determina sulla luce che l’attraversa; come la rifrazione e l’assorbimento inuguale dei raggi di diverso periodo, e quindi la dispersione della luce e la colorazione dei corpi.

La teoria degli elettroni ha permesso inoltre che tutti i fenomeni del passaggio dell’elettricità a traverso i gas venissero raccolti e spiegati in un corpo di dottrina che è uno dei più brillanti della Fisica Moderna. E ne vengono completamente spiegati i caratteri e le proprietà della scintilla elettrica, in piena armonia con la teoria cinetica-molecolare dei gas; la natura dei raggi catodici, dei raggi canali, dei raggi Roentgen.

Ma è più specialmente nel campo della radioattività che la teoria elettronica della materia ha permesso, come si è intravisto dalla nostra breve esposizione, un orientamento sicuro per la ricerca, e una sintesi vasta quanto geniale dell’immenso materiale raccolto.

Tutto l’insieme di queste ricerche conduce alla conclusione: che l’atomo dei corpi radioattivi è in continua, lentissima evoluzione, la quale si è compiuta o si va compiendo senza risentire alcuna influenza dalle condizioni esterne in cui la materia si trova, cosicchè è stato possibile trarre delle induzioni ben sicure sull’epoca della formazione geologica di alcune rocce, fondandosi sul semplice esame fisico del loro contenuto radioattivo.

Anche la materia ordinaria potrebbe emettere, come si è visto, in continuazione particelle α non molto rapide, e sottostare anch’essa a una lenta evoluzione, senza che di ciò noi potessimo constatare alcun indizio. — Questa concezione evoluzionistica della materia è veramente, per le sostanze non radioattive, una ipotesi ardita, e per il momento non necessaria; in verità nessun esempio ci è noto di sostanze che attraverso ai secoli abbian cambiato natura; ma si può ben osservare che, di fronte ai lunghi decorsi di tempo che queste trasformazioni posson richiedere per manifestarsi a noi, le nostre epoche storiche rappresentano una ben misera cosa.

Comunque sia, resta accertato che nella costituzione interna dell’atomo all’elettrone spetta una parte fondamentale; purtroppo manca ancora un modello concreto e soddisfacente del modo come il resto dell’atomo debba ritenersi formato.

Fu per qualche tempo accolta come un tentativo ben promettente una teoria di J. J. Thomson, secondo la quale in una sfera permeabile costituita da elettricità positiva si aggirerebbero in gran numero gli elettroni negativi, in balìa delle loro forze mutue ripulsive e della forza attrattiva centripeta dovuta alla carica positiva della sfera. Il risultato più interessante della concezione del Thomson riguarda la spiegazione della legge periodica di Mendeleeff, poichè supponendo che il numero di elettroni liberi aumenti progressivamente col peso atomico dell’elemento, essi assumerebbero disposizioni simmetriche, capaci di riprodursi, nei loro caratteri essenziali, a intervalli consecutivi.

La teoria del Thomson, che non può qui essere esposta in tutti i suoi particolari, ridurrebbe la materia alla riunione pura e semplice di cariche elettriche positive e negative. La carica positiva non avrebbe alcun effetto sulla massa apparente dell’atomo, determinata solo dagli elettroni negativi presenti; inoltre la perdita o il guadagno di uno o più elettroni da parte dell’atomo neutro avrebbe luogo con diversa facilità per atomi diversi; si otterrebbero con ciò gli atomioni positivi o negativi che abbiamo incontrato più volte.

Non solo la materia si ridurrebbe così alla riunione di semplici cariche elettriche, ma anche le forze di affinità chimiche che tengono uniti gli atomi nelle molecole avrebbero origine elettrica. Due atomi monovalenti come il Cloro e il Sodio si combinerebbero nella molecola di cloruro di sodio per l’azione elettrica tra l’atomo di sodio che ha perduto un elettrone, e l’atomo di cloro che ne ha guadagnato uno.

Adunque non più materia, ma cariche elettriche; non più affinità chimiche tra elementi diversi, ma sole forze elettrostatiche. — La Chimica intera e tutta la Meccanica e la Fisica e le Scienze che ne dipendono diverrebbero dei capitoli della Elettrologia!

Occorre però ben distinguere in queste ardite speculazioni ciò che è conseguenza immediata della ricerca positiva, da ciò che è anticipazione affrettata verso una sintesi alquanto prematura.

L’atomo è una conquista ormai definitiva, non meno dell’elettrone, del quale conosciamo già la natura puramente elettrica, la carica, la massa apparente e la variazione di questa al cambiare della velocità. La presenza degli elettroni nell’atomo è anch’essa un fatto assodato, che si rivela sopratutto nelle vibrazioni che essi eseguono, e a cui son dovute tutte le manifestazioni luminose della materia.

Gli elettroni possono sfuggire dall’interno dell’atomo, sotto l’azione di agenti speciali; e nei corpi conduttori metallici essi si troverebbero in gran numero vaganti negli spazi intermolecolari, come le molecole di un gas rinchiuso in un vaso; può così spiegarsi la conducibilità dei metalli per la elettricità e quella per il calore, attribuendole al moto degli elettroni. Su queste basi la teoria elettronica dei metalli, quale è stata sviluppata da Riecke, Drude e Thomson, è riuscita a render conto delle relazioni numeriche esistenti tra la conducibilità elettrica e la conducibilità termica della stessa sostanza, oltre che delle forze elettromotrici di contatto e di tanti altri fenomeni.

Esistono però ancora dei punti oscuri, e anche delle contradizioni non lievi, che turbano l’armonia del meraviglioso edificio, e rendono ancora ben lontana una conoscenza sicura della struttura interatomica.

Così la vera natura del movimento degli elettroni entro l’atomo, capace di fornire una spiegazione soddisfacente delle particolarità degli spettri a righe dei vapori metallici, è ancora poco conosciuta, malgrado le poderose indagini dei Fisici teorici.

Inoltre, mentre secondo la primitiva ipotesi del Thomson in un atomo, per esempio, di mercurio sarebbero contenute molte centinaia di migliaia di elettroni, vaganti in una sfera positiva, secondo altre ricerche dello stesso Autore il numero totale di elettroni non sarebbe molto diverso da quello esprimente il peso atomico dell’elemento, e però ce ne sarebbero solo 200, all’incirca, nell’atomo di mercurio.

Questo risultato crea intanto nuove difficoltà per la spiegazione delle innumerevoli righe osservabili negli spettri dei vapori metallici; ma, quel che è più, porta alla conclusione che dell’intera massa atomica gli elettroni negativi costituirebbero solo una frazione insignificante; e ci resta a spiegare da che cosa può essere formato il resto, cioè quasi l’intero atomo.

Della carica positiva, e del suo sostegno entro l’atomo, noi sappiamo nulla o ben poco. Alcune recenti esperienze dimostrerebbero l’esistenza di particelle cariche di elettricità positiva, aventi anch’esse una massa molto piccola, come l’elettrone negativo. — Ma se si immagina l’atomo come la riunione di moltissimi elettroni positivi e negativi, quanti ne occorrono perchè si ottenga una massa totale corrispondente al peso atomico dell’elemento, si torna in fondo alla primitiva ipotesi del Thomson. Occorrerà perciò, anzitutto, rimuovere le difficoltà cui fu dianzi accennato, e per le quali lo stesso Thomson fu indotto a ritenere che il numero totale degli elettroni nell’atomo non sia molto grande.

Adunque finchè noi non sapremo abbastanza dell’altro componente dell’atomo, che ne è certo la parte più essenziale, non potremo escludere che in esso ci sia qualcosa di puramente materiale, diversa da sostanza a sostanza; e dovremo ritenere che la ipotesi la quale riconduce la materia puramente alle cariche elettriche è ancora ben lungi dall’essere dimostrata. D’altra parte se ogni elemento avesse qualcosa di caratteristico, si dovrebbe ritenere impossibile la trasformazione di un corpo semplice in un altro qualsiasi; e ciò sembra contradetto dalla meravigliosa scoperta annunziata dal Ramsay, il quale sarebbe riuscito, partendo dalla emanazione del radio, a ottenere, secondo le circostanze, o elio o argon o neon; e a trasformare con la sua presenza il rame in litio e forse in sodio e potassio.

Ma le esperienze del Ramsay, recentemente oppugnate nell’ultima parte dalla Sig.ª Curie, non possono esser considerate, malgrado l’autorità grandissima del celebre Chimico Inglese, come la prova definitiva che gli atomi dei vari corpi semplici risultano tutti da costituenti comuni.

Certo una tale idea domina ormai lo spirito di quasi tutti gli Uomini di Scienza, in specie dei più giovani; ed è perciò che le esperienze del Ramsay non destarono quel senso di sbalordimento con cui sarebbero state accolte dieci anni or sono; questo prova che l’epoca è matura perchè il sogno degli alchimisti diventi una realtà. Ma non bisogna confondere queste intuizioni piuttosto vaghe con la conoscenza positiva, che scaturisce sicura solo dalla prova dei fatti.