L'atomo è la più piccola unità di materia che conserva le proprietà di un insieme più grande. Non è indivisibile, ma pezzi di atomi, specialmente i "pezzi" di componenti nucleari chiamati quark, sono davvero utili solo per creare atomi. Diversi tipi di atomi sono chiamati elementi, di cui circa 120 (92 dei quali presenti in natura) sono noti.
La maggior parte della materia è costituita da più tipi di atomi, disposti in gruppi di due o più e aventi formule specifiche; due o più atomi legati chimicamente insieme formano una molecola. Ad esempio, una molecola d'acqua ha la formula H2O, nel senso che è composto dagli elementi idrogeno (H) e ossigeno (O) in un rapporto atomico o molare di 2 a 1.
Calcio è un elemento ben noto, essendo essenziale per una buona salute delle ossa e altre funzioni nel corpo umano. L'atomo di calcio non è né un atomo piccolo né particolarmente ingombrante, il che lo rende un buon candidato per la costruzione di un progetto modello atomico tridimensionale per illustrare i punti salienti di questo struttura.
L'atomo: nozioni di base
Gli atomi sono costituiti da un numero uguale di protoni e elettroni nel loro stato di base (non ionizzato), numerazione da uno a 118 a partire dal 2020. Il numero di protoni, il numero atomico, definisce l'elemento. Tutti gli elementi tranne l'idrogeno hanno anche uno o più neutroni; protoni e neutroni hanno circa la stessa massa (dell'ordine di 10−27kg), mentre gli elettroni sono quasi 2.000 volte più piccoli.
Il numero di protoni e neutroni è approssimativamente uguale, sebbene man mano che ci si sposta verso l'alto attraverso la tavola periodica degli elementi, i neutroni iniziano a superare visibilmente i protoni nella maggior parte degli atomi. Vengono chiamate varianti di elementi che differiscono solo per il numero di neutroni isotopi.
Gli elettroni con carica negativa occupano spazi lontani, lontani dal protone, almeno sulla scala di un atomo, che è solo circa 1 × 10−10 m. Questi si trovano in livelli di energia o gusci, che per molti atomi includono sottoconchiglie. Le subshell a loro volta contengono orbitali, ognuno dei quali può contenere fino a due elettroni.
Ogni riga della tavola periodica rappresenta un guscio, con il numero di elettroni che un guscio può contenere pari a due, otto, otto e 18 nelle prime quattro righe della tavola periodica.
Atomo di modello 3D di calcio
Puoi vedere dalla tavola periodica che il calcio ha numero atomico 20 e an massa atomica di 40,78 dalton. Ciò significa che l'isotopo più stabile dell'elemento ha 20 neutroni (40 - 20). Potresti scegliere palline verdi per rappresentare protoni e palline arancioni di dimensioni simili per rappresentare neutroni e palline o biglie gialle più piccole per rappresentare gli elettroni.
Puoi organizzare i tuoi "protoni" e "neutroni" in un nucleo simile a una palla, magari incollandoli insieme, e quindi decidere come disporre i tuoi elettroni.
Dalla tabella si vede che il calcio ha due elettroni nel primo guscio (entrambi in quello che viene chiamato il subshell 1s), otto nel secondo guscio (2 nella subshell 2s, 6 nella subshell 2p), otto nella terza shell (2 nella subshell 3s, 3 nella subshell 3p) e due nella quarta conchiglia. Questi sono la valenza del calcio, o elettroni chimicamente reattivi.
Consultare diversi riferimenti online per vedere come vengono rappresentati i subshell di elettroni nello spazio 3D. Potresti disegnare un diagramma dell'atomo di calcio per accompagnare il tuo modello, in modo da coprire qualsiasi informazione che potresti trovare difficile da presentare visivamente.
Atomi aggiuntivi per la modellazione
Un modello di atomo al neon potrebbe familiarizzare gli spettatori con il concetto di gas nobili e gusci di valenza completa, per esempio, o un modello di atomo di sodio potrebbe servire come metallo semplice rappresentativo che si lega ad alogeni come cloro.