L'atomo è la più piccola porzione di materia che conserva le proprietà chimiche di un elemento; conoscerne la struttura significa comprendere perché esistono sostanze diverse e perché si combinano tra loro.
La materia che ci circonda, dall'acqua che beviamo al ferro di un cancello, è costituita da particelle estremamente piccole chiamate atomi. Per secoli i filosofi hanno discusso se la materia fosse divisibile all'infinito, ma a partire dall'Ottocento gli esperimenti chimici hanno mostrato che esiste un livello oltre il quale non si può scendere senza perdere l'identità della sostanza. Oggi sappiamo che ogni atomo possiede una struttura interna ordinata, fatta di particelle ancora più piccole disposte secondo regole precise. Studiare questa struttura ci permette di classificare gli elementi, prevederne il comportamento e capire come si formano i composti.
La struttura dell'atomo
Ogni atomo è formato da un nucleo centrale, piccolissimo ma molto denso, attorno al quale si muovono gli elettroni in regioni di spazio chiamate orbitali. Nel nucleo si trovano due tipi di particelle: i protoni, che portano una carica elettrica positiva, e i neutroni, che sono privi di carica. Gli elettroni, invece, hanno carica negativa e una massa quasi duemila volte inferiore a quella di un protone. In un atomo neutro il numero di protoni è esattamente uguale al numero di elettroni, in modo che le cariche positive e negative si bilancino perfettamente. Il numero di protoni presenti nel nucleo si chiama numero atomico e si indica con la lettera Z: è questo valore che identifica l'elemento, perché ogni elemento ha un Z diverso da tutti gli altri. La somma di protoni e neutroni è invece il numero di massa, indicato con A, e ci dà un'idea della massa complessiva dell'atomo.
Elementi, isotopi e tavola periodica
Un elemento chimico è una sostanza pura formata da atomi che hanno tutti lo stesso numero atomico, cioè lo stesso numero di protoni nel nucleo. Esistono in natura circa novanta elementi diversi, ai quali se ne aggiungono altri prodotti artificialmente nei laboratori, e ciascuno viene rappresentato con un simbolo di una o due lettere, come H per l'idrogeno o Fe per il ferro. Atomi dello stesso elemento possono però avere un numero diverso di neutroni: in questo caso si parla di isotopi, che condividono le proprietà chimiche ma hanno massa leggermente diversa. Per esempio, il carbonio esiste come carbonio-12, con sei protoni e sei neutroni, e come carbonio-14, con sei protoni e otto neutroni, usato per datare i reperti archeologici. Tutti gli elementi conosciuti sono ordinati nella tavola periodica, costruita da Mendeleev e poi perfezionata, dove gli elementi sono disposti per numero atomico crescente in righe chiamate periodi e colonne chiamate gruppi. Gli elementi di uno stesso gruppo presentano proprietà chimiche simili perché hanno la stessa configurazione degli elettroni esterni, e questo spiega regolarità come la reattività dei metalli alcalini o l'inerzia dei gas nobili.
Ricorda
- L'atomo è formato da un nucleo con protoni e neutroni, circondato da elettroni; il numero atomico Z indica i protoni e identifica l'elemento, mentre il numero di massa A è la somma di protoni e neutroni.
- Atomi dello stesso elemento con diverso numero di neutroni sono detti isotopi; nella tavola periodica gli elementi sono ordinati per Z crescente e quelli dello stesso gruppo hanno proprietà chimiche simili.
- Verifica attiva: sul quaderno disegna lo schema di un atomo di litio (Z=3, A=7), indicando con chiarezza quanti protoni, neutroni ed elettroni contiene e dove si trovano; poi scrivi una frase che spieghi perché l'atomo risulta elettricamente neutro.