A. Panoramica degli elementi e degli atomi
La differenza tra elementi e atomi è spesso confusa nella conversazione casuale. Entrambi i termini descrivono la materia, sostanze con massa. Diversi elementi sono diversi tipi di materia distinti da diverse proprietà fisiche e chimiche. A sua volta, l’atomo è l’unità fondamentale della materia…, cioè di un elemento.
Il numero di protoni carichi positivamente e di neutroni neutri in un nucleo atomico rappresenta la maggior parte della massa di un atomo. Ogni elettrone caricato negativamente che orbita attorno ad un nucleo è circa 1/2000 della massa di un protone o di un neutrone. Quindi, non aggiungono molto alla massa di un atomo. Gli elettroni rimangono nelle orbite atomiche a causa delle forze elettromagnetiche, cioè la loro attrazione verso i nuclei con carica positiva. La dimensione nucleare (massa) e la nuvola di elettroni intorno al nucleo definiscono la struttura di un atomo. E questa struttura detta le diverse proprietà degli elementi.
Ricorda che gli atomi sono chimicamente più stabili quando sono privi di carica elettrica, con un numero uguale di protoni ed elettroni. Gli isotopi dello stesso elemento sono atomi con lo stesso numero di protoni ed elettroni, ma un diverso numero di neutroni. Pertanto, gli isotopi sono anche chimicamente stabili, ma possono non essere fisicamente stabili. Per esempio, l’isotopo più abbondante dell’idrogeno contiene un protone, un elettrone e nessun neutrone. Il nucleo dell’isotopo deuterio dell’idrogeno contiene un neutrone e quello del trizio ne contiene due. Entrambi gli isotopi si trovano nelle molecole d’acqua. Il deuterio è stabile. Al contrario, l’atomo di trizio è radioattivo, soggetto a decadimento nucleare nel tempo. Che siano fisicamente stabili o meno, tutti gli isotopi di un elemento condividono le stesse proprietà chimiche ed elettromagnetiche e si comportano allo stesso modo nelle reazioni chimiche.
Le forze elettromagnetiche che mantengono gli elettroni in orbita attorno ai loro nuclei permettono la formazione di legami chimici nelle molecole. Modelliamo gli atomi per illustrare la posizione fisica media degli elettroni (il modello orbitale) da un lato, e i loro livelli di energia potenziale (il modello Bohr, o shell) dall’altro. Guarda i modelli per l’elio illustrati qui sotto.
Fino a due elettroni si muovono in uno spazio definito come orbitale. Oltre ad occupare diverse aree intorno al nucleo, gli elettroni esistono a diversi livelli di energia, muovendosi con diversa energia cinetica. Gli elettroni possono anche assorbire o perdere energia, saltando o cadendo da un livello energetico ad un altro.
Un unico numero atomico (numero di protoni) e una massa atomica (solitamente misurata in Dalton, o Da) caratterizzano diversi elementi. Un simbolo unico con un numero atomico in apice e un numero di massa atomica in pedice definisce ogni elemento. Prendiamo per esempio l’isotopo più comune del carbonio (C). Il suo numero atomico è 6 (il numero di protoni nel suo nucleo) e la sua massa è 12 Da (6 protoni e 6 neutroni a 1 Da ciascuno!). Ricorda che la massa degli elettroni in un atomo di carbonio (C) è trascurabile!
Trova l’atomo di C e guarda alcuni degli altri atomi di elementi nella tavola periodica parziale qui sotto.
Questa tavola periodica parziale mostra gli elementi essenziali per tutta la vita in maggiore o minore quantità, così come alcuni che possono essere essenziali anche nell’uomo.
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