Effettivamente le due particelle che compongono l’atomo di idrogeno interagiscono attraverso una forza attrattiva dato che tra loro si esplica la forza di Coulomb che, per cariche di segno opposto, \u00e8 attrattiva.
\nTuttavia quando due corpi interagiscono attraverso una forza attrattiva non necessariamente sono destinati a collidere o comunque ad avvicinarsi indefinitamente. Per convincersi di questo basta pensare al sistema Terra-Sole: anche la Terra e il Sole interagiscono tramite una forza attrattiva (la forza di gravit\u00e0 in questo caso), per\u00f2 non si scontrano (per fortuna), n\u00e9 la Terra si avvicina inesorabilmente al Sole, i periodi di avvicinamento sono sempre seguiti da periodi di allontanamento in eguale misura e sono dovuti al fatto che l’orbita della Terra non \u00e8 circolare ma ellittica.
\nTornando all’atomo di Idrogeno la situazione \u00e8 molto simile: puoi considerare l’elettrone come orbitante intorno al nucleo su un’orbita circolare o ellittica in cui la forza di Coulomb gioca il ruolo di forza centripeta che tiene il sistema ancorato. Senza necessit\u00e0 che sia presente un’altra forza.
\nAnalizzando i sistemi orbitanti bisogna sempre tenere presente che la presenza di un accelerazione non necessariamente corrisponde ad un avvicinamento tra i corpi. Nel moto circolare uniforme il corpo orbitante \u00e8 sottoposto ad un’accelerazione (l’accelerazione centripeta) che \u00e8 la responsabile della curvatura della traiettoria. Questa accelerazione \u00e8 legata alla forza attrattiva dalla solita uguaglianza F=ma, che quindi non \u00e8 violata anche se non c’\u00e8 un avvicinamento relativo tra i due corpi.<\/p>\n
Questo per\u00f2 vale a livello di ragionamento classico, cio\u00e8 se ragioniamo utilizzando le leggi della Meccanica Classica. In realt\u00e0 per studiare con precisione sistemi come l’atomo di Idrogeno \u00e8 necessario utilizzare la Meccanica Quantistica, che \u00e8 profondamente diversa. \u00c9 in questo corpus teorico che emerge il concetto di orbitale.
\nIn tal caso \u00e8 vero che la posizione dell’elettrone non pu\u00f2 pi\u00f9 essere descritta come un punto di una traiettoria ben definita, ma la posizione dell’elettrone si trova confinata in una certa regione (quella che chiamiamo orbitale) con una probabilit\u00e0 molto alta.
\nPurtroppo spesso i testi scolastici, per evitare di scendere in profondit\u00e0, descrivono questa situazione dicendo che l’elettrone si muove intorno al nucleo con una traiettoria irregolare, in cui direzione e modulo della velocit\u00e0 cambiano continuamente. Questa immagine, anche se molto pi\u00f9 semplice da comprendere, \u00e8 per\u00f2 completamente errata e fuorviante: l’elettrone, come qualsiasi oggetto abbastanza piccolo da dover essere descritto quantisticamente, non possiede una traiettoria. Questo concetto non ha senso, in quanto per poter definire una traiettoria \u00e8 necessario poter misurare posizione e velocit\u00e0 di un oggetto con precisione assoluta, ma in Meccanica Quantistica questo non \u00e8 possibile neanche in linea di principio (come invece accade in Meccanica Classica).
\nIn Meccanica Quantistica si pu\u00f2 solo parlare di probabilit\u00e0 di osservare una particella in un punto piuttosto che in un altro. Gli orbitali degli atomi sono semplicemente la rappresentazione grafica delle zone dello spazio in cui \u00e8 racchiusa la quasi totalit\u00e0 della probabilit\u00e0 di osservare l’elettrone, nel senso che osservarlo in una zona al di fuori \u00e8 minima, praticamente trascurabile.
\nNella Meccanica Quantistica le incertezze sulla posizione e quantit\u00e0 di moto (che \u00e8 collegata alla velocit\u00e0) sono legate tra loro dal Principio di Indeterminazione, che stabilisce che il prodotto di queste incertezze \u00e8 sempre maggiore di una costante. Questo fa s\u00ec che, nella stragrande maggioranza dei sistemi fisici, il sistema non pu\u00f2 esistere con qualsiasi valore dell’energia, ma pu\u00f2 assumere solo determinati valori ben precisi, separati tra loro da intervalli finiti di valori di energia proibiti. Nel caso dell’atomo di idrogeno esiste un valore, tra questi, che \u00e8 il pi\u00f9 piccolo, che corrisponde allo stato fondamentale e che \u00e8 lo stato energetico in cui osserviamo la quasi totalit\u00e0 degli atomi esistenti. L’elettrone non cade sul protone perch\u00e9 non ci sono stati energetici permessi che corrispondono a questa situazione (elettrone e protone sovrapposti), ma il minore dei valori (lo stato fondamentale) corrisponde all’elettrone posto ad una distanza media finita dal nucleo.
\nQuindi anche analizzando l’atomo di Idrogeno dal punto di vista quantistico, non c’\u00e8 l’azione di alcuna forza supplementare oltre a quella di Coulomb, ma semplicemente l’elettrone resta “sospeso” (ma in moto) ad una distanza finita dal nucleo per motivi cinematici.<\/p>\n
\nPuoi approfondire alcuni aspetti della Meccanica Quantistica consultando le seguenti risposte date in passato su questo sito: Si ringrazia il Dott. Daniele Malesani per alcuni suggerimenti.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" […]<\/p>\n","protected":false},"author":208,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[47],"tags":[],"class_list":["post-526","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-fisica-quantistica-e-nucleare"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/526","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/users\/208"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=526"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/526\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=526"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=526"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=526"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
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