MOLECOLARI, RAGGI

MOLECOLARI, RAGGI

. Con opportuni artifici è possibile far fluire le molecole da uno spazio ripieno di un gas o vapore a bassa pressione in uno spazio vuoto, in modo che esse percorrano tutte la stessa traiettoria rettilinea e non si perturbino notevolmente tra loro. Per un'ovvia analogia con la luce e con gli altri "raggi" materiali, l'insieme delle molecole muoventisi lungo il percorso assegnato si chiama raggio molecolare.

Il primo raggio molecolare è stato realizzato da L. Dunoyer a Parigi nel 1911; successivamente la tecnica relativa è stata sviluppata principalmente da O. Stern in Germania. A lui e ai suoi collaboratori sono dovute le esperienze più significative realizzate in questo campo.

Lo studio dei raggi molecolari è particolarmente importante per indagare proprietà degli atomi o delle molecole isolate, poiché in un raggio molecolare l'interazione delle particelle, a differenza di ciò che accade nei solidi, nei liquidi e in generale anche nei gas a pressioni ordinarie, è assai piccola. Per questa ragione si possono eseguire, con l'aiuto dei raggi molecolari, talune ricerche dirette su proprietà atomiche, che non sono possibili in altro modo. Come esempio tipico ricorderemo il celebre esperimento di O. Stern e W. Gerlach con cui si misura il momento magnetico degli atomi (v. atomo: Teoria elettrica dell'atomo).

Il modo di produrre un raggio molecolare è schematicamente rappresentato nella figura.

Nello spazio A è contenuto un vapore che sfugge nello spazio B attraverso la fenditura F₁. Le molecole escono in tutte le direzioni e tendono a riempire B, dove, per mezzo di una pompa, si fa un vuoto tale che il cammino libero medio delle molecole rimanga sempre grande rispetto alle dimensioni di B. In queste circostanze le molecole, che dopo essere uscite da F₁ attraversano anche la fenditura F₂, percorrono nello spazio vuoto C una traiettoria rettilinea, che passa per F₁ e F₂ e costituiscono un fascio di raggi molecolari.

Questi raggi vengono rivelati in D con varî metodi, variabili secondo la natura della sostanza impiegata. In D si ha tra 1 e 2 una zona di penombra, tra 2 e 2 una zona di luce, analogamente a quanto accadrebbe se si trattasse di raggi luminosi.

Le molecole non hanno naturalmente tutte la stessa velocità, e anzi la distribuzione delle velocità è simile a quella maxwelliana. Facendo passare il raggio tra ruote dentate giranti si può, con un metodo che ricorda quello di L. Fizeau per la misura della velocità della luce, lasciare nel raggio solo molecole di determinata velocità ciò che è importante in qualche caso. Questo risultato è raggiungibile per altro anche con metodi diversi.

Con l'aiuto dei raggi molecolari sono state realizzate numerose importantissime esperienze che ci limitiamo a elencare: in primo luogo studiando la distribuzione delle velocità nel raggio si è ottenuta una confemia diretta della teoria cinetica dei gas e della legge di ripartizione delle velocità di C. Maxwell. La riflessione e la diffrazione dei raggi molecolari su reticoli cristallini hanno fornito una prova della natura ondulatoria della materia, confermando le speculazioni teoriche di L. de Broglie. Il passaggio di un raggio molecolare in un campo magnetico inomogeneo (esperimento di Stern e Gerlach) ha mostrato direttamente la quantizzazione spaziale degli atomi e ha permesso la misura diretta del loro momento magnetico; questa ricerca è poi stata estesa ai momenti elettrici di talune molecole e, recentissimamente, al momento magnetico del nucleo dell'idrogeno. Anche problemi di dinamica atomica, di termodinamica, di chimica fisica delle superficie sono stati affrontati e risolti col metodo dei raggi molecolari che è uno degli strumenti sperimentali più potenti e delicati di cui dispone la fisica atomica.

Bibl.: Untersuchungen zur Molekularstrahlmethode, ecc., in Zeitschr. f. Phys., 1926 segg.