Perché un atomo è elettricamente neutro?

Gli atomi sono gli elementi costitutivi dell'universo che vedi intorno a te. Sono elettricamente neutri, e questa è una buona cosa per le forme di vita come noi. Se gli atomi non fossero neutri, sarebbero instabili e probabilmente non saremmo qui. Perché gli atomi sono elettricamente neutri? La risposta è semplice: i loro componenti caricati negativamente (elettroni) sono completamente bilanciati con i loro componenti caricati positivamente (protoni). Comprendere questo ti introduce alle idee chiave per qualsiasi scienziato in erba e costituisce anche un ponte verso altri argomenti come l'esistenza di ioni non neutri.

TL; DR (troppo lungo; non letto)

Gli atomi sono elettricamente neutri perché contengono quantità uguali di protoni con carica positiva ed elettroni con carica negativa. Elettroni e protoni hanno cariche uguali ma opposte, quindi il risultato non è una carica netta.

Gli ioni sono atomi che hanno acquistato o perso elettroni. Di conseguenza, gli ioni hanno una carica netta.

Tre particelle importanti formano gli atomi e ognuna ha una carica diversa. Il nucleo contiene i protoni e i neutroni e gli elettroni occupano una "nuvola" intorno all'esterno. I neutroni non possiedono carica elettrica, come suggerisce il nome. I protoni e gli elettroni sono entrambi carichi ma in modo opposto. I protoni hanno una carica positiva di 1,6 × 10⁻¹⁹ coulomb e gli elettroni hanno una carica negativa di -1,6 × 10⁻¹⁹ coulomb. Ogni protone porta la stessa carica positiva e ogni elettrone porta l'opposto, quindi in molti casi gli scienziati dicono semplicemente +1 per i protoni e -1 per gli elettroni.

Gli elementi chimici sono definiti più semplicemente dal numero di protoni che hanno. Questo è chiamato il loro numero atomico e la tavola periodica è un elenco sequenziale di elementi con numeri atomici crescenti. L'idrogeno ha numero atomico uno (che significa un protone), l'elio ne ha due, il litio ne ha tre e così via. Ogni elemento ha lo stesso numero di elettroni che orbitano attorno al nucleo centrale. La carica negativa degli elettroni annulla la carica positiva dei protoni, quindi quando consideri il tutto, questi atomi sono tutti elettricamente neutri.

I neutroni siedono con i protoni anche nei nuclei della maggior parte degli elementi, ma poiché non sono carichi, non hanno un ruolo da svolgere nel motivo per cui gli atomi sono elettricamente neutri. Alcuni elementi esistono in più di una forma con un diverso numero di neutroni come diversi isotopi, ma ciò influisce sulla loro stabilità quando si tratta di decadimento radioattivo piuttosto che sulla loro carica.

Sebbene tutti gli atomi siano normalmente elettricamente neutri, ci sono alcune importanti eccezioni. Se un atomo perde un elettrone, i protoni sono più numerosi degli elettroni e c'è una carica netta di +1. Alcuni elementi guadagnano un elettrone e quindi un eccesso di carica negativa, dando loro una carica netta di -1.

Questi sono chiamati ioni, un "catione" per ioni con carica positiva e un "anione" per ioni con carica negativa. Sebbene ciò significhi che sono meno stabili elettricamente e attireranno ioni di carica opposta, alcuni elementi tendono a comportarsi in questo modo modo perché il loro guscio elettronico più esterno è a uno o due elettroni di distanza dall'essere "pieno" o solo uno o due elettroni in un nuovo conchiglia.