atomo

Un atomo è la più piccola unità di particelle esistente come sostanza semplice e può intervenire in una combinazione chimica. Nel corso dei secoli, la conoscenza limitata che si aveva sull'atomo era solo oggetto di congetture e ipotesi, motivo per cui non si potevano ottenere dati concreti fino a molti anni dopo. Nel XVIII e XIX secolo, lo scienziato inglese John Dalton suggerì l'esistenza di atomi come un'unità estremamente piccola, di cui tutta la materia sarebbe stata composta, e assegnò loro la massa e li rappresentò come sfere solide e indivisibili.

Che cos'è un atomo

È l' unità minima della materia, di cui sono composti solidi, liquidi e gas. Gli atomi si raggruppano, 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 esistente nell'universo è costituito da atomi, poiché la materia oscura (che occupa più del 20% dell'universo) è costituita da particelle sconosciute, nonché 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 a.C.) ed Epicuro (341-270 a.C.).

Questi filosofi, che senza aver sperimentato, nella ricerca di una risposta alla domanda di cosa siamo fatti e la spiegazione della realtà, conclusero che era impossibile dividere la materia all'infinito, che doveva esserci un "tappo", il che significava che avrebbe raggiunto il limite minimo di cosa sono fatte tutte le cose. Detto "top" era chiamato un atomo, dato che quella particella minima non poteva più essere divisa e l'universo ne sarebbe stato composto, va aggiunto che questo concetto è ancora conservato oggi quando si parla di cosa sia un atomo.

È costituito da un nucleo, dove vi è almeno un protone e lo stesso numero di neutroni (la cui unione è chiamata "nucleo"), e almeno il 99, 94% della sua massa si trova in detto nucleo. 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 un anione; e se il numero di protoni supera gli elettroni, la loro carica sarà positiva e chiamerà un catione.

Le sue dimensioni sono così piccole (circa diecimila milionesimi di metro ) che se un oggetto dovesse essere diviso un numero considerevole di volte, non rimarrebbe nulla del materiale di cui era composto, ma piuttosto gli atomi degli elementi che, in combinazione, lo 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 hanno una carica positiva; 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 un 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. Forniscono circa il 50% della massa dell'atomo e la sua massa è equivalente a 1836 volte quella di un elettrone. Tuttavia, hanno una quantità leggermente inferiore di massa rispetto ai neutroni. Il protone non è una particella elementare, poiché è costituito da tre quark (che è un tipo di fermione, una delle due particelle elementari esistenti).

La quantità di protoni in un atomo è decisiva per definire il tipo di elemento. Ad esempio, l'atomo di carbonio ha sei protoni, mentre un atomo di idrogeno ha un singolo protone.

elettroni

Sono le particelle negative che stanno orbitando attorno al nucleo dell'atomo. La sua massa è così piccola che è considerata usa e getta. Normalmente, la quantità di elettroni in un atomo è uguale ai protoni, quindi entrambe le cariche si annullano a vicenda.

Elettroni di atomi diversi sono legati insieme dalla forza di Coulomb (elettrostatica) e, condividendo e scambiando da un atomo all'altro, provoca legami chimici. Ci sono elettroni che possono essere liberi, senza essere collegati a nessun atomo; e quelli che sono collegati a uno, possono avere orbite di dimensioni diverse (maggiore è il raggio orbitale, maggiore è l'energia contenuta in esso).

L'elettrone è una particella elementare, poiché è un tipo di fermione (leptoni) e nessun altro elemento lo costituisce.

neutrone

È la particella subatomica neutra 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 costituiti da tre quark: due discendenti o discendenti con una carica -1/3 e uno ascendente o su con una carica +2/3, con conseguente carica totale di zero, che gli conferisce neutralità. Un neutrone da solo non può esistere al di fuori del nucleo, poiché la sua durata 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 atomo, la cui composizione nucleare non è equa ; cioè, ha lo stesso numero di protoni ma un diverso numero di neutroni. In questo caso, gli atomi che compongono lo stesso elemento saranno diversi, differenziati per il numero di neutroni che contengono.

Esistono due tipi di isotopi:

• Naturale, trovato in natura, come nel caso dell'atomo di idrogeno, che 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 sono prodotti in ambienti controllati, in cui vengono bombardate particelle subatomiche, essendo instabili e radioattive.

Esistono isotopi stabili, ma questa stabilità è relativa, poiché, sebbene siano anche radioattivi, il loro periodo di decadimento è esteso rispetto all'esistenza del pianeta.

Come sono 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 determinare un elemento diverso, poiché determina a quale elemento chimico appartiene.
• Quantità di neutroni: specifica l'isotopo dell'elemento.

La forza con cui i protoni attirano gli elettroni è elettromagnetica ; mentre quello che attira protoni e neutroni è nucleare, la cui intensità è maggiore della prima, che respinge l'uno dall'altro 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, causando il decadimento nucleare o ciò che è anche noto come radioattività. ; in seguito si tradurrà in 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:

Il modello atomico di Bohr

Il fisico danese Niels Bohr (1885-1962), dopo aver studiato con il suo professore, il chimico e anche il fisico Ernest Rutherford, si ispirò al modello di quest'ultimo di esporre il suo, prendendo l' atomo di idrogeno come guida.

Il modello atomico di Bohr consiste in una specie 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 risparmia più energia. Include l'assorbimento e l'emissione di gas, la teoria della quantizzazione Max Planck e l'effetto fotoelettrico di

Albert Einstein

Gli elettroni possono saltare da un'orbita all'altra: se passa da una di minore ad un'altra di maggiore energia, aumenterà un quanto o una quantità di energia per ogni orbita che raggiunge; il contrario accade quando passa da energia più alta a più bassa, dove non solo diminuisce, ma la perde sotto forma di radiazione come luce (fotone).

Tuttavia, il modello atomico di Bohr era imperfetto, in quanto non applicabile per altri tipi di atomi.

Modello atomico di Dalton

John Dalton (1766-1844), matematico e chimico, fu il pioniere della pubblicazione di un modello atomico scientificamente basato, in cui spiegò 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 hanno qualità identiche, incluso 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 composti diversi (unione di due o più tipi di atomi).

Il modello atomico di Dalton era incoerente, perché non spiegava la presenza di particelle subatomiche, poiché la presenza dell'elettrone e del protone era sconosciuta. Non era inoltre in grado di 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).

Il 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 percentuale più alta della massa dell'atomo e la sua parte positiva si trovano nel suo nucleo (centro); e la parte negativa, o elettroni, ruotano attorno ad essa in orbite ellittiche o circolari, tra loro c'è un vuoto. Pertanto, è diventato il primo modello a separare l'atomo in nucleo e crosta.

Il fisico effettuò esperimenti, in cui calcolò l'angolo di dispersione delle particelle quando le scontrò contro una lamina d'oro, e notò che alcuni rimbalzavano ad angoli incongrui, concludendo che il loro nucleo doveva essere piccolo ma di alta densità. Grazie a Rutherford, che era uno studente di JJ Thomson, ebbe anche la prima idea sulla presenza di neutroni. Un altro risultato è stato il sorgere di domande 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 forte forza nucleare.

Il modello atomico di Rutherford era incoerente, poiché contraddiceva le leggi di Maxwell sull'elettromagnetismo ; né ha spiegato i fenomeni di radiazione energetica nella transizione di un elettrone da uno stato di alta a bassa energia.

Thomson's Atomic Model

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 all'uvetta. 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 passato i raggi attuali con due piastre, producendo un campo elettrico che le ha deviate. Così ha determinato che l'elettricità era composta da un'altra particella; scoprire l'esistenza di elettroni.

Tuttavia, il modello atomico di Thomson fu breve, poiché non ebbe mai un'accettazione accademica . La sua descrizione della struttura interna dell'atomo era errata, così come la distribuzione delle cariche, non teneva conto dell'esistenza di neutroni e i protoni erano sconosciuti. Né spiega la regolarità della tavola periodica degli elementi.

Nonostante ciò, i suoi studi servirono come base per scoperte successive, poiché da questo modello era nota l'esistenza di particelle subatomiche.

Massa atomica

Rappresentata con la lettera A, la massa totale dei protoni e dei neutroni contenuti in un atomo, senza tener conto degli elettroni, è chiamata massa atomica, poiché la sua massa è così piccola che può essere scartata.

Gli isotopi sono variazioni di atomi dello stesso elemento con lo stesso numero di protoni, ma diversi numeri 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. La tavola periodica degli elementi di Mendeléiev del 1869, è ordinata dal minimo al maggiore secondo il numero atomico.