Chimica: la struttura dell'atomo

tramite: O2O
Difficoltà: media
16

Introduzione

Tutto ciò che ci circonda è composto da piccolissime unità di materia, chiamate "atomi", invisibili all'occhio umano ma visibili al SuperSTEM, un microscopio elettronico ad altissima precisione made in UK. Queste unità possono formare legami tra loro, più o meno duraturi nel tempo, e possono influenzarsi vicendevolmente se assumono una particolare posizione all'interno della conformazione di una molecola. Lo studio della chimica, sia organica che inorganica, richiede la conoscenza approfondita proprio di questo tema. In questa breve guida analizzeremo quindi la struttura dell'atomo, delle sue componenti e vedremo in che modo ognuno di essi si differenzia dagli altri.

26

Componenti principali, protoni, neutroni ed elettroni

L'atomo è formato da 3 componenti principali: protoni, neutroni ed elettroni. I primi 2 li troviamo accorpati all'interno di una regione centrale, detta "nucleo", mentre gli ultimi gravitano attorno, descrivendo specifiche orbite quantizzate di forma ellittica. I protoni sono particelle dotate di carica positiva, i neutroni sono dotati di carica neutra mentre gli elettroni sono dotati di carica negativa. La quantità di protoni ed elettroni all'interno di un atomo è assolutamente identica ed è nota come "numero atomico", rappresentato dal simbolo Z. Consideriamo ad esempio il caso dell'ossigeno. Come possiamo notare da quello che ci propone la tavola periodica degli elementi, l'ossigeno ha numero atomico pari ad 8: ciò vuol dire che 8 saranno i protoni ed 8 gli elettroni contenuti in un atomo di ossigeno. Il numero di neutroni, invece, potrebbe variare. È il caso degli isòtopi, che vedremo più avanti.

36

Variabili secondarie, isotopi e nucleoni

Protoni e neutroni vengono anche chiamati "nucleoni", o unità che che determinano la composizione del nucleo, e vengono descritti dal "numero di massa" indicato con la lettera A. Sempre tenendo in considerazione l'esempio dell'ossigeno, sappiamo che questo, possedendo 8 protoni ed 8 elettroni, deve possedere di sicuro anche 8 neutroni. Tuttavia, esistono atomi di ossigeno che ne contengono di più. Questi vengono chiamati "isòtopi" e sono tutti presenti in natura, sebbene in concentrazioni differenti. È possibile imbattersi in atomi diversi tra loro, ad esempio quello di carbonio e quello di azoto, che posseggono però lo stesso numero di massa (es. 14C e 14N). Questi vengono chiamati "nuclidi isòbari". Quando invece questi stessi atomi posseggono il medesimo numero di neutoni (o numero neutronico) ma non di protoni, vengono considerati "nuclidi isòtoni" (es. 13C e 14N che posseggono entrambi numero neutronico pari a 7).

Continua la lettura
46

Livelli energetici ed orbite

Come già accennato, gli elettroni, particelle cariche negativamente, ruotano attorno al nucleo, descrivendo orbite paraboliche. Ogni orbitale viene descritto dal numero quantico principale, da quello angolare e dal magnetico. Il numero quantico principale si indica con la lettera "n" minuscola e corrisponde al livello energetico. Ogni livello può contenere un numero massimo di elettroni pari a 2 n^2. Quindi, mentre nel primo livello (ossia n=1) potremo ospitare al massimo 2 elettroni, nel quarto (n=4 ossia 2 x 4^2) ne troveremo ben 32. Il numero quantico angolare specifica la forma degli orbitali. Questi possono essere infatti sferici (indicati con "s"), bilobati ("p") o complessi ("d" ed "f"). Il numero quantico magnetico o "m" indica la direzione del singolo orbitale.

56

Legami atomici ed effetti sterici

Gli atomi possono legarsi tra loro in maniera covalente o mediante interazioni più deboli. La posizione che prende un atomo all'interno di una molecola e la forza con sui si lega o respinge gli atomi adiacenti non è però mai casuale e decreta un ingombro sterico funzionale. I legami ionici sono quelli più blandi (assieme alle forze di Van der Waals), dal momento che tengono uniti due atomi solo mediante forze elettrostatiche. È quello che accade ad esempio se strofiniamo la superficie di un palloncino con della lana e poi lo avviciniamo a dei pezzetti di carta: questi aderiranno al palloncino, ma non saldamente e basterà un semplice soffio per farli staccare. I legami covalenti saldano invece due atomi in modo nettamente più forte, dal momento che questi metteranno in compartecipazione i propri elettroni. All'interno di una molecola, la posizione presa da un atomo o un sostituente formato da più atomi ne determina la struttura finale. È il tipico caso delle conformazioni "a barca" e "a sedia" dei monosaccaridi ed è alla base dei principi chimici di interazione tra enzimi e substrati (meccanismo chiave e serratura).

66

Particelle subatomiche

Quando si parla della struttura dell'atomo, non ci si può riferire soltanto a protoni, neutroni ed elettroni. In verità, le particelle subatomiche sono parecchie, alcune elementari, altre composte. Tra le prime riconosciamo i fermioni (in onore di E. Fermi) o quark, i leptoni, i bosoni e il fotone. Tra le seconde possiamo elencare i barioni, i nucleoni (protoni + neutroni), gli iperoni, i mesoni e i pentaquark.

Potrebbe interessarti anche

Segnala contenuti non appropriati

Tipo di contenuto
Devi scegliere almeno una delle opzioni
Descrivi il problema
Devi inserire una descrizione del problema
Si è verificato un errore nel sistema. Riprova più tardi.
Verifica la tua identità
Devi verificare la tua identità
chiudi
Grazie per averci aiutato a migliorare la qualità dei nostri contenuti

Guide simili

Università e Master

Come determinare le caratteristiche chimiche degli elementi

Gentili lettori, all'interno della guida che seguirà, mi dedicherò a parlare di una materia specifica: la chimica. Nel particolare, questa sarà l'occasione per scrivere qualcosa sulla determinazione delle caratteristiche chimiche degli elementi.Ma...
Superiori

Come trovare il numero di protoni, neutroni ed elettroni

Problemi con la chimica? Non preoccuparti leggi questa guida che può chiarirti alcuni primi passi di questa materia. Vediamo in questa semplice guida come trovare il numero di protoni, neutroni ed elettroni di un atomo. Ricordiamo prima che i protoni...
Superiori

Come calcolare le particelle subatomiche

Fin dal VII secolo a. C. L'uomo iniziò ad osservare e ad interrogarsi riguardo il comportamento di alcuni materiali e sulla manifestazione di alcuni fenomeni naturali. Tra questi, i fenomeni elettrici come i fulmini. Appurata la presenza di cariche elettriche...
Superiori

Come determinare il numero di elettroni in un nucleo

Gli elettroni insieme ai neutroni e ai protoni sono gli elementi principali che compongono un atomo. Dai loro nomi si evince che i primi hanno una carica elettrica (negativa), mentre i protoni sono positivi, e i neutroni l’hanno invece neutra. La massa...
Superiori

Come calcolare la massa atomica relativa

La massa atomica relativa è una misura della massa di un atomo dell'elemento. In tutte le reazioni chimiche reagenti creare prodotti, e maggiore è la quantità di reagenti utilizzati, maggiore sarà anche la quantità di prodotti derivati dalle reazioni....
Superiori

Nozioni elementari di chimica

La chimica è una scienza alquanto complessa che si occupa di studiare la composizione, le proprietà, i comportamenti e i modi di reagire della materia. Esistono varie branche che compongono quest'affascinante materia e si specializzano in diversi campi....
Superiori

Come determinare il numero di elettroni in un elemento

Esistono materie che risultano piuttosto complicate per moltissimi ragazzi. Una delle materie più complesse oltre alla matematica, è sicuramente la chimica. La chimica è una materia molto tecnica e molto logica in cui è necessario capire i vari meccanismi...
Superiori

Appunti di chimica: i legami

La chimica spesso risulta di difficile comprensione e spesso non è un materia particolarmente gradita agli studenti delle scuole superiori: il motivo di questa sorta di antipatia verso tale scienza sta nel fatto che la descrizione dei fenomeni mediante...
I presenti contributi sono stati redatti dagli autori ivi menzionati a solo scopo informativo tramite l’utilizzo della piattaforma www.o2o.it e possono essere modificati dagli stessi in qualsiasi momento. Il sito web, www.o2o.it e Arnoldo Mondadori Editore S.p.A. (già Banzai Media S.r.l. fusa per incorporazione in Arnoldo Mondadori Editore S.p.A.), non garantiscono la veridicità, correttezza e completezza di tali contributi e, pertanto, non si assumono alcuna responsabilità in merito all’utilizzo delle informazioni ivi riportate. Per maggiori informazioni leggi il “Disclaimer »”.