Cosa sono un atomo, un elettrone, un neutrone e un protone?

L'atomo, derivato da una parola greca che si traduce liberamente in "ciò che non può essere diviso", è ampiamente considerato l'unità fondamentale di tutta la materia. Gli atomi sono costituiti da particelle subatomiche chiamate protoni, neutroni ed elettroni, con i primi due che risiedono nel nucleo dell'atomo e che rappresentano quasi tutta la sua massa, e gli elettroni confinati agli orbitali sul bordo del atomo. Il numero di protoni negli atomi naturali varia da 1 a 92; questi diversi atomi corrispondono a elementi che hanno proprietà elettrochimiche differenti a causa delle loro masse variabili e della disposizione unica delle loro minuscole particelle costituenti nello spazio.

Gli atomi sono particelle estremamente piccole e non possono essere ulteriormente divisi se non con mezzi straordinari. Pensa ai pezzi che compongono un puzzle. Questi possono essere tecnicamente separati in pezzi più piccoli di cartone e carta distruggendoli, ma per scopi pratici, questi pezzi sono gli elementi fondamentali e indivisibili dei puzzle.

Gli atomi sono costituiti da protoni, che trasportano una carica elettrica positiva; elettroni, che portano una carica negativa; e neutroni, che non portano carica. Quindi in un atomo ordinario, elettricamente neutro, il numero di protoni e il numero di elettroni sono uguali.

La massa atomica di un atomo è approssimativamente uguale al numero di protoni più il numero di elettroni, poiché la massa degli elettroni è praticamente trascurabile.

Il protone è, in effetti, la particella indice di qualsiasi atomo. È il numero di protoni in un atomo che determina l'identità dell'elemento a cui appartiene un atomo; in altre parole, se due atomi hanno un diverso numero di protoni, non sono lo stesso elemento.

Il numero di protoni in un elemento determina il suo numero atomico, Z. L'idrogeno è l'elemento più leggero e possiede un protone (Z = 1); l'uranio è l'elemento naturale più pesante e ha 92 protoni (Z = 92). Ogni protone, a cui è assegnata una massa di 1.00728 unità di massa atomica (amu), ha una carica designata come +1.

Gli atomi possono esistere con solo un protone nel loro nucleo, come nel caso degli atomi di idrogeno. Un nucleo senza almeno un protone di accompagnamento, tuttavia, non è un atomo.

I neutroni sono di dimensioni simili ai protoni, con un amu di 1.00867, e abitano anche nel nucleo degli atomi. Il numero di neutroni in un atomo nella configurazione più stabile di un elemento è solitamente maggiore del numero di protoni, con questa disparità che diventa maggiore all'aumentare del numero atomico. Un atomo di idrogeno, per esempio, ha un protone ma non neutroni, mentre un atomo di elio ne ha due di ciascuno. Lo stagno, invece, ha 50 protoni e 69 neutroni, mentre l'uranio ne ha rispettivamente 92 e 146.

Il numero di protoni più neutroni in un atomo è il suo numero di massa, M. Quindi il numero di neutroni in un atomo è il suo numero di massa atomica meno il suo numero atomico, o M – Z.

Se un atomo guadagna o perde neutroni, rimane lo stesso elemento ma diventa un isotopo di quell'elemento. I diversi isotopi sono identificati aggiungendo M nell'angolo in alto a sinistra dell'abbreviazione per quell'elemento. Per esempio, ¹⁴C è un isotopo del carbonio (Z = 6) che ha otto neutroni invece dei soliti sei.

Gli elettroni sono minuscole (0,000549 amu), particelle cariche negativamente che sono descritte come orbitanti attorno ai protoni e ai neutroni che compongono il nucleo di un atomo, alla maniera dei pianeti che orbitano attorno al sole. Questa è nella migliore delle ipotesi una descrizione approssimativa, poiché i progressi della fisica quantistica hanno portato al concetto di orbitali discreti attorno al nucleo tra i quali gli elettroni possono "saltare". Questi orbitali corrispondono a diversi livelli di energia elettromagnetica e prendono nomi come s, p, d e f. Il movimento degli elettroni deriva dal fatto che hanno una carica di -1 e sono attratti dal nucleo caricato positivamente.

Normalmente, il numero di elettroni in un atomo è uguale a Z, rendendo questi atomi neutri nella carica complessiva. Alcuni atomi hanno un numero diverso di protoni ed elettroni, risultando in una carica netta positiva o negativa. Questi atomi sono chiamati ioni.