Un atomo è la più piccola unità di particelle esistente come sostanza semplice, essendo in grado di partecipare a una combinazione chimica. Nel corso dei secoli, le limitate conoscenze che si avevano sull'atomo sono state solo oggetto di congetture e supposizioni, per cui non è stato possibile ottenere dati concreti che molti anni dopo. Nel XVIII e XIX secolo, lo scienziato inglese John Dalton suggerì l'esistenza degli atomi come un'unità estremamente piccola, di cui sarebbe composta tutta la materia, e assegnò loro massa e li rappresentò come sfere solide e indivisibili.
Cos'è un atomo
Sommario
È l' unità minima di materia, di cui sono composti solidi, liquidi e gas. Gli atomi sono raggruppati insieme, potendo essere dello stesso tipo o diversi, per formare molecole, che, a loro volta, costituiscono la materia di cui sono composti i corpi esistenti. Tuttavia, gli scienziati hanno determinato che solo il 5% della materia nell'universo è costituito da atomi, poiché la materia oscura (che occupa più del 20% dell'universo) è composta da particelle sconosciute, così come l'energia oscura (che occupa il 70%).
Il suo nome deriva dal latino atomus, che significa "indivisibile", e coloro che gli diedero questa terminologia furono i filosofi greci Democrito (460-370 aC) ed Epicuro (341-270 aC).
Questi filosofi, che senza aver sperimentato, nella ricerca di una risposta alla domanda di cosa siamo composti e della spiegazione della realtà, hanno concluso che era impossibile dividere la materia all'infinito, che doveva esserci un "top", il che significava che avrebbe raggiunto il limite minimo di ciò di cui sono composte tutte le cose. Lo chiamavano "cima" un atomo, dal momento che quella particella minima non poteva più essere divisa e l'universo sarebbe stato composto da questo. Va aggiunto che questo concetto è ancora preservato oggi quando si parla di cosa sia un atomo.
È costituito da un nucleo, dove è presente almeno un protone e lo stesso numero di neutroni (la cui unione è detta “nucleone), e in detto nucleo si trova almeno il 99,94% della sua massa. Il restante 0,06% è costituito dagli elettroni che orbitano attorno al nucleo. Se il numero di elettroni e protoni è lo stesso, l'atomo è elettricamente neutro; se ha più elettroni che protoni, la sua carica sarà negativa ed è determinata come anione; e se il numero di protoni supera gli elettroni, la loro carica sarà positiva e chiamata catione.
Le sue dimensioni sono così piccole (circa dieci miliardesimi di metro) che se un oggetto fosse diviso un numero considerevole di volte, non ci sarebbe più niente del materiale di cui è composto, ma gli atomi degli elementi rimarrebbero tali, in combinazione, l'hanno formato e questi sono praticamente invisibili. Tuttavia, non tutti i tipi di atomi hanno la stessa forma e dimensione, poiché dipenderà da diversi fattori.
Elementi di un atomo
Gli atomi hanno altri componenti che li compongono chiamati particelle subatomiche, che non possono esistere indipendentemente, a meno che non siano in condizioni speciali e controllate. Queste particelle sono: elettroni, che hanno una carica negativa; protoni, che sono caricati positivamente; e neutroni, la cui carica è uguale, il che li rende elettricamente neutri. Protoni e neutroni si trovano nel nucleo (il centro) dell'atomo, formando ciò che è noto come nucleone, e gli elettroni orbitano attorno al nucleo.
Protoni
Questa particella si trova nel nucleo dell'atomo, formando parte dei nucleoni, e la sua carica è positiva. Contribuiscono a circa il 50% della massa dell'atomo e la loro massa è equivalente a 1836 volte quella di un elettrone. Tuttavia, hanno una massa leggermente inferiore rispetto ai neutroni. Il protone non è una particella elementare, poiché è composto da tre quark (che è un tipo di fermione, una delle due particelle elementari esistenti).
Il numero di protoni in un atomo è decisivo per definire il tipo di elemento. Ad esempio, l'atomo di carbonio ha sei protoni, mentre un atomo di idrogeno ha un solo protone.
Elettroni
Sono le particelle negative che orbitano attorno al nucleo dell'atomo. La sua massa è così piccola da essere considerata usa e getta. Normalmente il numero di elettroni in un atomo è lo stesso dei protoni, quindi entrambe le cariche si annullano a vicenda.
Gli elettroni di atomi diversi sono collegati dalla forza di Coulomb (elettrostatica) e, quando condivisi e scambiati da un atomo all'altro, provocano i legami chimici. Ci sono elettroni che possono essere liberi, senza essere attaccati a nessun atomo; e quelli che sono legati ad uno, possono avere orbite di diverse dimensioni (maggiore è il raggio orbitale, maggiore è l'energia in esso contenuta).
L'elettrone è una particella elementare, poiché è un tipo di fermione (leptoni) e non è costituito da nessun altro elemento.
Neutroni
È la particella neutra subatomica dell'atomo, cioè ha la stessa quantità di carica positiva e negativa. La sua massa è leggermente superiore a quella dei protoni, con cui forma il nucleo dell'atomo.
Come i protoni, i neutroni sono composti da tre quark: due discendenti o discendenti con carica -1/3 e uno ascendente o ascendente con carica +2/3, risultando in una carica totale pari a zero, che gli conferisce neutralità. Un neutrone da solo non può esistere al di fuori del nucleo, poiché la sua vita media al di fuori del nucleo è di circa 15 minuti.
La quantità di neutroni in un atomo non determina la sua natura, a meno che non sia un isotopo.
Isotopi
Sono un tipo di atomi, la cui composizione nucleare non è equa; cioè, ha lo stesso numero di protoni ma un numero diverso di neutroni. In questo caso, gli atomi che compongono lo stesso elemento saranno diversi, differenziati dal numero di neutroni che contengono.
Esistono due tipi di isotopi:
- Naturale, presente in natura, come l'atomo di idrogeno, che ne ha tre (protio, deuterio e trizio); o l'atomo di carbonio, che ne ha anche tre (carbonio-12, carbonio-13 e carbonio-14; ciascuno con utilità diverse).
- Artificiali, che vengono prodotti in ambienti controllati, in cui le particelle subatomiche vengono bombardate, essendo instabili e radioattive.
Esistono isotopi stabili, ma questa stabilità è relativa, poiché, sebbene siano radioattivi allo stesso modo, il loro periodo di disintegrazione è lungo rispetto all'esistenza del pianeta.
Come vengono definiti gli elementi di un atomo
Un atomo sarà differenziato o definito da diversi fattori, vale a dire:
- Quantità di protoni: la variazione di questo numero può risultare in un elemento diverso, in quanto determina a quale elemento chimico appartiene.
- Numero di neutroni: specifica l'isotopo dell'elemento.
La forza con cui i protoni attirano gli elettroni è elettromagnetica; mentre quello che attrae protoni e neutroni è quello nucleare, la cui intensità è maggiore del primo, che respinge tra loro i protoni caricati positivamente.
Se il numero di protoni in un atomo è alto, la forza elettromagnetica che li respinge diventerà più forte di quella nucleare, c'è una probabilità che i nucleoni vengano espulsi dal nucleo, producendo la disintegrazione nucleare, o quella che è anche conosciuta come radioattività; per provocare successivamente la trasmutazione nucleare, che è la conversione di un elemento in un altro (alchimia).
Cos'è un modello atomico
È uno schema che aiuta a definire cos'è un atomo, la sua composizione, la sua distribuzione e le caratteristiche che presenta. Dalla nascita del termine sono stati sviluppati diversi modelli atomici, che ci hanno permesso di comprendere meglio la strutturazione della materia.
I modelli atomici più rappresentativi sono:
Modello atomico di Bohr
Il fisico danese Niels Bohr (1885-1962), dopo aver studiato con il suo professore, il chimico e anche fisico Ernest Rutherford, si è ispirato al modello di quest'ultimo per esporre il proprio, prendendo come guida l' atomo di idrogeno.
Il modello atomico di Bohr consiste in una sorta di sistema planetario, in cui il nucleo è al centro e gli elettroni si muovono attorno ad esso come pianeti, in orbite stabili e circolari, dove il più grande immagazzina più energia. Include l'assorbimento e l'emissione di gas, la teoria della quantizzazione di Max Planck e l'effetto fotoelettrico di
Albert Einstein
Gli elettroni possono saltare da un'orbita all'altra: se passa da un'orbita a una più alta, aumenterà un quanto di energia per ogni orbita che raggiunge; L'opposto accade quando passa da un'energia più alta a una più bassa, dove non solo diminuisce, ma la perde anche sotto forma di radiazione come la luce (fotone).
Tuttavia, il modello atomico di Bohr aveva dei difetti, poiché non era applicabile ad altri tipi di atomi.
Modello atomico Dalton
John Dalton (1766-1844), matematico e chimico, ha aperto la strada alla pubblicazione di un modello atomico con una base scientifica, in cui ha affermato che gli atomi erano simili alle palle da biliardo, cioè sferiche.
Il modello atomico di Dalton afferma nel suo approccio (che ha chiamato "teoria atomica") che gli atomi non possono essere divisi. Stabilisce inoltre che gli atomi dello stesso elemento siano di qualità identiche, compreso il loro peso e massa; che sebbene possano essere combinati, rimangono indivisibili con relazioni semplici; e che possono essere combinati in proporzioni diverse con altri tipi di atomi per creare vari composti (unione di due o più tipi di atomi).
Questo modello atomico di Dalton era incoerente, perché non spiegava la presenza delle particelle subatomiche, poiché la presenza dell'elettrone e del protone era sconosciuta. Né potrebbe spiegare i fenomeni di radioattività o la corrente degli elettroni (raggi catodici); inoltre non tiene conto degli isotopi (atomi dello stesso elemento con massa diversa).
Modello atomico di Rutherford
Cresciuto dal fisico e chimico Ernest Rutherford (1871-1937), questo modello è un'analogia con il sistema solare. Il modello atomico di Rutherford stabilisce che la più alta percentuale della massa dell'atomo e la sua parte positiva si trovano nel suo nucleo (centro); e la parte negativa o gli elettroni, ruotano attorno ad essa in orbite ellittiche o circolari, con un vuoto tra di loro. Così, è diventato il primo modello a separare l'atomo in nucleo e guscio.
Il fisico condusse esperimenti, in cui calcolò l'angolo di diffusione delle particelle quando colpivano una lamina d'oro, e notò che alcune rimbalzavano ad angoli incongrui, concludendo che il loro nucleo doveva essere piccolo ma di grande densità. Grazie a Rutherford, che era uno studente di JJ Thomson, si ebbe anche la prima nozione sulla presenza di neutroni. Un altro risultato è stato sollevare interrogativi su come le cariche positive nel nucleo potessero stare insieme in un volume così piccolo, che in seguito ha portato alla scoperta di una delle interazioni fondamentali: la forza nucleare forte.
Il modello atomico di Rutherford era incoerente, poiché contraddiceva le leggi di Maxwell sull'elettromagnetismo; né spiegava i fenomeni di radiazione energetica nella transizione di un elettrone da uno stato di alta a bassa energia.
Il modello atomico di Thomson
Fu esposto dallo scienziato e vincitore del Premio Nobel per la fisica nel 1906, Joseph John Thomson (1856-1940). Il modello atomico di Thomson descrive l'atomo come una massa sferica caricata positivamente con elettroni inseriti al suo interno, come un budino di uva passa. Il numero di elettroni in questo modello era sufficiente per neutralizzare la carica positiva e la distribuzione della massa positiva e degli elettroni era casuale.
Ha sperimentato i raggi catodici: in un tubo a vuoto ha fatto passare i raggi di corrente con due piastre, producendo un campo elettrico che li deviava. Così determinò che l'elettricità era composta da un'altra particella; scoprire l'esistenza degli elettroni.
Tuttavia, il modello atomico di Thomson era breve, non avendo mai ricevuto l'accettazione accademica. La sua descrizione della struttura interna dell'atomo era errata, così come la distribuzione delle cariche, non teneva conto dell'esistenza dei neutroni e non si sapeva dei protoni. Né spiega la regolarità della tavola periodica degli elementi.
Nonostante ciò, i loro studi servirono come base per scoperte successive, poiché da questo modello si sapeva dell'esistenza di particelle subatomiche.
Massa atomica
Rappresentata con la lettera A, la massa totale di protoni e neutroni contenuti in un atomo è detta massa atomica, senza tener conto degli elettroni, poiché la loro massa è talmente piccola da poter essere scartata.
Gli isotopi sono variazioni di atomi dello stesso elemento con lo stesso numero di protoni, ma un numero diverso di neutroni, quindi la loro massa atomica sarà diversa anche quando sono molto simili.
Numero atomico
È rappresentato dalla lettera Z e si riferisce al numero di protoni contenuti in un atomo, che è lo stesso numero di elettroni in esso contenuti. La tavola periodica degli elementi di Mendeleev del 1869 è ordinata dal minimo al maggiore in base al numero atomico.
