L'atomo è una particella che rappresenta il mattone base della materia a noi conosciuta, secondo la teoria atomica, infatti, tutta la materia è costituita da particelle elementari chiamati atomi.
Gli atomi si combinano fra di loro formando molecole e quindi sostanze specifiche.
A loro volta gli atomi sono costituiti da particelle più piccole chiamate particelle subatomiche.
Le tre particelle subatomiche più importanti sono:
- elettrone
- protone
- neutrone (non presente nell'idrogeno)
L'atomo è formato da un nucleo, che consiste nell'insieme dei suoi protoni e neutroni, circondato uno o più orbitali, talvolta definiti nube elettronica, che rappresenta la zona abitata dagli elettroni.
Questa struttura generale è mantenuta stabile grazie all'interazione magnetica che si crea fra il nucleo (carica positiva per la presenza dei protoni) e gli elettroni (carica negativa).
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| atomo (immagine da www.lescienze.it) |
La proprietà di un atomo è definita dalle caratteristiche del suo nucleo
Si considera l'atomo come elemento più piccolo caratterizzante una certa sostanza, vale a dire, per esempio, che l'atomo di ferro è il "frammento" più piccolo nel quale si può frantumare una barra di ferro. Infatti, suddividendo ulteriormente l'atomo, otterremmo particelle con caratteristiche uguali a tutti gli altri atomi. La peculiarità dell'atomo di ferro, come qualunque altro atomo, è quello di avere un ben preciso numero di protoni.
E' infatti proprio la quantità di protoni che determina le propietà di un atomo, che noi giganteschi umani possiamo apprezzare in sostanze di una certa voluminosità.
Quindi le proprietà di una sostanza dipendono dagli atomi che le formano e in particolare dal numero di protoni che compongono gli atomi.
Sulla tavola periodica gli atomi sono ordinati orizzontalmente in relazione al numero dei protoni, e verticalmente in relazione alle caratteristiche degli orbitali (il numero di elettroni equivale quello dei protoni ma conferiscono particolari proprietà in base ad altri criteri; tali proprietà influenzano la capacità di un atomo di interagire con altri).
Neutroni e isotopi
Nel nucleo di tutti gli atomi, a parte l'idrogeno, sono presenti i neutroni, che sono particelle elettricamente neutre.
Il loro numero è uguale a quello dei protoni, ma talvolta possono differire, cambiando solo alcuni comportamenti chimici dell'elemento. Infatti dei neutroni in più non modificano le caratteristiche dell'elemento (il ferro rimane sempre ferro), bensì il suo peso, alterando così il suo comportamento nelle reazioni chimiche, soprattutto in relazione al tempo.
Un atomo di questo tipo prende il nome di isotopo.
Prendiamo l'idorgeno come esempio.
L'idrogeno è formato da un protone e un elettrone.
Esistono però tre isotopi dell'idrogeno:
il prozio (1 neutrone)
il deuterio (2 neutroni)
il trizio (3 neutroni)
Il deuterio è usato in chimica per produrre acqua pesante (H2O dove H è deuterio) o molto pesante (con trizio). In questo modo, ad esempio, si sfrutta la pesantezza del deuterio che causa rallentamento nelle reazioni chimiche dell'acqua rendendosi utile in particolari attività di ricerca o produzione.
Gli atomi formano molecole, sostanze pure e sostanza complesse
Una sostanza può assumere il nome dell'atomo che la compone, se questi rappresenta il suo componente unico (impurezze a parte). Tutti gli elementi della tavola periodica sono in grado di formare una sostanza pura composta cioè solo da uno specifico atomo.
Tutte le altre sostanze sono formate da molecole a loro volta composte da più atomi.
Ad esempio i gas di idrogeno e ossigeno sono comporti rispettivamente da atomi di idrogeno e ossigeno.
L'acqua ha invece come mattone base una molecola; H2O la quale è un insieme di idrogeno e ossigeno.
Le sostanze possibili sono praticamente infinite ed hanno come mattone base insiemi di molecole a svariati livelli di complessità.
Dimensioni dell'atomo
L'elio, il più piccolo, misura 31 picometri (pm).
Gli atomi più grandi arrivano a qualche centinaio di picometri.
1 pm = 10^-12 m
Per avere un'idea sugli ordini di grandezza guarda qui.
Il nucleo è, molto grossolanamente, 1000 volte più piccolo, giusto per dare l'idea dei rapporti fra i componenti, si misura infatti in femtometri (fm = 10^-14 m) e la sua dimensione dipende dal numero di particelle che contiene, quindi è molto variabile.
Il protone misura 1 fm, mentre il nucelo possiamo dire circa 10 (una dimensione più o meno media, ma sostanzialmente indicativa).
