Laboratorio di chimica in casa/La struttura degli atomi

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Le dimensioni di un atomo

Helium atom QM.png

Gli atomi, quei corpuscoli che costituiscono la materia, sono quasi totalmente cavi e formati soltanto da un piccolo nucleo composto da due tipi di particelle: protoni, carichi positivamente, e neutroni, che non sono dotati di carica elettrica ma tengono insieme i protoni nel nucleo come una colla .[1]
Attorno a questo nucleo sciamano a grande distanza e velocità particelle leggere cariche negativamente chiamati elettroni. Essi sono vincolati al nucleo tramite l'attrazione elettrica delle cariche positive dei protoni ma non vi collassano per via della loro altissima velocità (in realtà non solo per quella: anche scagliando elettroni dritti contro il nucleo atomico non vi collasserebbero, ma questo a causa di altri fenomeni fisici. L'importante è ricordare che gli elettroni in atomi stabili non collassano mai sul nucleo).
Ad ogni protone esistente nel'universo è associato un elettrone (legge di conservazione della carica), quindi ogni elemento allo stato normale ha un numero di elettroni che gli orbitano attorno uguale a quello di protoni nel nucleo.

In chimica gli atomi sono divisi in elementi. Ciò che determina di quale elemento si tratta (è un atomo di ferro, di ossigeno, di carbonio ...) è il numero di protoni nel nucleo. A seconda del loro numero l'atomo appartiene ad un elemento diverso ed ha proprietà chimiche diverse.
Gli elementi sulla tavola periodica sono ordinati (da sinistra a destra e dall'alto al basso) in base a questo numero, chiamato numero atomico e spesso abbreviato in Z. Atomi con numero di protoni diverso sono elementi chimici diversi.

Periodic table simple it bw (LCC 0).png

Le altre particelle del nucleo, i neutroni, non influenzano le proprietà chimiche dell'elemento[2] ed il loro numero può variare a seconda dell'elemento. Gli atomi atomi chiamati ossigeno per esempio hanno 8 protoni, ma nel loro nucleo possono avere 8, 9 o 10 neutroni. Le sue proprietà chimiche sono sempre quelle dell'ossigeno, ma il peso dei tre isotopi è leggermente diverso. Atomi aventi stesso numero di protoni (quindi lo stesso elemento) ma aventi diverso numero di neutroni si chiamano isotopi ed hanno proprietà chimiche uguali (cioè danno gli stessi identici effetti combinandosi con altre sostanze). Il numero di isotopi è caratteristico di ogni elemento e quando supera un certo numero oppure è troppo basso, il nucleo atomico è instabile e tende a trasformarsi in un altro elemento per decadimento radioattivo. Per questo motivo in natura sono presenti solo un certo numero di isotopi per ogni elemento.

L'idrogeno ha 3 isotopi conosciuti: il prozio, composto da solo 1 protone (che compone il 99,985% dell'idrogeno presente in natura), il deuterio, composto da un protone ed un neutrone (0,015%) ed il trizio, composto da un protone e due neutroni, che però è instabile e si trasforma in elio per decadimento beta con una vita media di 12 anni e 4 mesi. Tutti e tre hanno un solo elettrone.

Come detto prima, la carica di ogni protone del nucleo è bilanciata da quella di un numero uguale di elettroni. L'azoto che troviamo nell'aria possiede 7 protoni nel suo nucleo, un numero variabile di 7 o 8 neutroni, e 7 elettroni che orbitano attorno ad esso. Quando un atomo attorno a sé ha un numero di elettroni uguale a quello dei protoni è detto atomo neutro perché non è carico elettricamente (le cariche di elettroni e neutroni si schermano quasi perfettamente negli atomi neutri). Quando esso ha un numero di elettroni maggiore o minore di Z esso è chiamato ione, e più precisamente catione quando è carico positivamente perché gli mancano degli elettroni o anione quando è carico negativamente perché attorno a sé orbitano degli elettroni in più.
Il numero degli elettroni attorno all'atomo influisce sulle sue proprietà chimiche, ma viene considerato sempre lo stesso elemento.

Il numero di neutroni e di protoni di un atomo non cambia durante le reazioni chimiche, delle quali sono gli elettroni i protagonisti assoluti.

Approfondimenti[modifica]

1leftarrow.png Modulo precedente

La costituzione della materia

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Parte introduttiva

1rightarrow.png Modulo successivo

La configurazione elettronica

Note[modifica]

  1. (questa forza è chiamata interazione forte ma si limita ad agire nel nucleo e non influenza le reazioni chimiche)
  2. In realtà vi è una leggerissima differenza fra atomi con diverso numero di neutroni ma non è percettibile nemmeno a livelli di laboratorio chimico professionale.