L’atomo in mille parole iniziando con 3: Protone, Neutrone ed Elettrone.
Cos’è il Protone?
Il Protone ha carica elettrica positiva e ha una massa di 1,6726×10^−27 kg o 938,27 MeV/c².
Un Protone solo, non legato ad altro, costituisce il primo nucleo della storia: il nucleo dell’elemento naturale più semplice: l’idrogeno. Quel che contraddistingue un elemento da un altro, ad esempio l’oro dal piombo è il numero di protoni del nucleo e non altro: il nucleo dell’oro ha 79 protoni e il nucleo del piombo ha 82 protoni.
Z il numero atomico
Il numero di protoni di un atomo è il suo numero atomico, per cui il numero atomico dell’oro è 79, il numero atomico del piombo è 82. Il numero atomico è indicato solitamente con Z, l’oro è Z 79.
Cos’è il Neutrone?
Il Neutrone non ha carica elettrica e ha una massa di 1,6749 ×10^ −27 o 939,57 MeV/c², leggermente superiore a quella del protone: + 0,13%.
Neutroni e protoni si trasformano continuamente fra loro con perdita o guadagno di massa.
Fino a numero atomico di 20, ad ogni protone corrisponde un neutrone; oltre il 20 il numero dei neutroni aumenta, tanto un atomo molto grosso come il piombo ha 82 protoni e addirittura 125,2 neutroni. Poi capiremo perchè 125,2 anzichè 125 secco.
Il Neutrone tiene legati a sè i protoni, infatti senza neutroni i protoni avendo carica positiva si rispingerebbero l’un l’altro, non si formerebbero i nuclei e quindi tutta la materia che abbiamo sotto gli occhi: un fiore, una farfalla, ecc., ma avremmo solo protoni che vagano nell’Universo come nel momento del Big Bang.
Il Nucleo atomico
Protoni e neutroni formano il nucleo. Il nucleo è la parte più interna dell’atomo.
I Neutroni dentro un nucleo “legano” i protoni, negli atomi più piccoli abbiamo ad ogni protone un neutrone, ma man mano che l’atomo diventa più grande, sono necessari più neutroni. Ad esempio l’oro ha 79 protoni e 128 neutroni (197-79).
A il numero di massa
Il numero di massa è la somma dei protoni e dei neutroni che compongono un nucleo atomico. Il piombo ha 82 protoni e 125,2 neutroni, quindi la massa del piombo è 207,2. Il numero di massa è indicato con A, quindi il piombo è A 207,2 e Z 82.
La densità di massa del nucleo è altissima 10^17 kg/mc.
La forma del nucleo è una sfera schiacciata come una lenticchia.
La differenza di massa N-P = 2,5 volte la piccola massa dell’elettrone.
Altre informazioni sul Nucleo atomico…
Cos’è l’Elettrone?
L’ Elettrone ha carica elettrica negativa e una massa piccolissima di 9,11×10^-31 kg, cioè lo 0,05% del protone.
L’Elettrone gira attorno al nucleo atomico, “quasi” come un pianeta attorno al Sole…
L’Elettrone ha il compito di legare fra loro due o più atomi per formare una molecola: questo legame si chiama covalente.
L’Elettrone è responsabile delle proprietà chimiche fondamentali della materia.
Gli Elettroni sono stati prodotti nel momento del big bang. Anche oggi gli Elettroni vengono prodotti continuamente nel decadimento radioattivo: un neutrone diventa protone e libera un elettrone.
Gli Orbitali
Gli elettroni ruotano attorno al nucleo dentro orbitali. Ogni orbitale contiene al massimo due elettroni. Gli elettroni ruotano molto distante dal nucleo, tanto che si può dire che la gran parte di in atomo è vuoto, per capirsi bisogna immaginare lo spazio che c’è tra Giove e il Sole, uno spazio enorme vuoto.
Gli orbitali più interni hanno forma sferica e quelli più esterni bilobati e polilobati.
Gli orbitali quasi si sovrappongono l’uno sull’altro come tante micro matriosche.
La disposizione degli elettroni all’interno degli orbitali definisce i quattro numeri quantici: n, l, m, s.
La carica elettrica dell’atomo
Il nucleo ha una carica elettrica positiva data dai protoni, mentre gli elettroni hanno una carica elettrica negativa. In un atomo il numero di protoni corrisponde al numero di elettroni, in questo modo le due cariche opposte sono pari, e l’atomo nel suo insieme è neutro.
Il comportamento delle cariche
Le cariche elettriche uguali si respingono.
Le cariche elettriche diverse si attraggono.
La forza di attrazione o di repulsione fra due cariche elettriche dipende direttamente dall’intensità di ogni carica e inversamente dalla loro distanza.
L’Isotopo
Un atomo con diversi numeri di neutroni si chiama isotopo.
Con l’esempio dell’idrogeno chiariamo il concetto di isotopo: l’idrogeno ha per definizione un protone, essendo solo una particella con carica esso non ha bisogno di neutroni, infatti l’elemento che chiamiamo idrogeno non ha nessun neutrone. Eppure negli oceani ci sono piccole quantità di idrogeno con un neutrone, questo viene chiamato deuterio; nella fusione nucleare ci sono piccolissime quantità di idrogeno con due neutroni, questo viene chiamato trizio. Ebbene idrogeno-deuterio-trizio sono i tre isotopi dell’elemento composto da un solo protone.
La massa dell’idrogeno è 1,008. Perchè c’è un numero con la virgola ? Perchè è la media ponderata dei 3 isotopi di idrogeno presenti sulla Terra.
L’esempio del Cloro: numero atomico 17, massa 35,45. Significa che i neutroni sono mediamente 35,45 – 17 = 18,45. Quest’ultimo numero è la media ponderata dei neutroni degli isotopi del cloro presenti sulla Terra. Infatti il 75,77% del cloro presente sul nostro pianeta è cloro 35 e il 24,23% è cloro 37: calcolo la media ponderata ((75,77 x 35) + (24,23 x 37))/100 = 35,45.
Isotoni e Isobari
Isotoni sono atomi con lo stesso numero di neutroni
Isobari sono atomi con la stessa massa
Gli ioni
Gli ioni sono quegli atomi con numero di elettroni diverso dal numero di protoni, gli ioni non sono neutri ma con carica elettrica.
Quando un atomo perde uno o più elettroni diventa carico positivo, è uno ione positivo, anche detto catione.
Quando un atomo acquista uno o più elettroni diventa carico negativo, è uno ione negativo, anche detto anione.
Gli atomi a sinistra della tavola periodica perdono facilmente uno o più elettroni, quelli a destra acquisiscono facilmente uno o più elettroni.
Questa capacità di perdere o acquisire elettroni si riverbera nell’elettronegatività.
Perchè gli atomi hanno questa tendenze ? Perchè ogni atomo vuole avere il numero di elettroni pari agli elettroni del gas nobile a lui più vicino.
Il gruppo dei gas nobili si trova all’estrema destra della tavola periodica.
Elettronegatività
L’elettronegatività è la capacità di un atomo di attrarre uno o più elettroni, quindi gli atomi a sinistra della tavola periodica hanno elettronegatività bassa, mentre gli atomi a destra hanno elettronegatività alta.
Nella tavola periodica è indicato un numero che specifica l’elettronegatività di ogni atomo.
Esempio l’immagine sopra dell’idrogeno, vedi 2,2 su sfondo verde, quello è il numero di elettronegatività dell’idrogeno: 2,2.
Quando due atomi diversi si incontrano, un elettrone andrà verso l’atomo con numero di elettronegatività maggiore.
Esempio l’acqua è composta da idrogeno e ossigeno, l’elettronegatività dell’idrogeno è 2,2 e quella dell’ossigeno è 3,44: succede allora che un elettrone dell’idrogeno si avvicinerà all’ossigeno.
L’avvicinarsi dell’elettrone è il preludio del legame, e quindi della formazione delle molecole.
Legami chimici
Quando due più atomi si legano formano una molecola. Esistono due categorie di legami: forti e deboli.
Sono forti i legami covalente, ionico, metallico.
Sono deboli i legami di idrogeno, Wan der Walls, dipolo-dipolo.