Le posizioni di protoni, neutroni ed elettroni all'interno di una struttura atomica

Puoi confrontare la struttura di un atomo con il sistema solare, dove gli elettroni orbitano attorno al nucleo in un modo più o meno simile ai pianeti che orbitano attorno al sole. Il sole è la cosa più pesante del sistema solare e il nucleo contiene la maggior parte della massa dell'atomo. Nel sistema solare, la gravità mantiene i pianeti nelle loro orbite; l'elettricità e altre forze tengono insieme l'atomo.

Il nucleo di un atomo è il suo corpo centrale, contenente particelle chiamate protoni e neutroni. Il numero di protoni nel nucleo è il numero atomico dell'elemento; per esempio, un atomo di elio ha sempre due protoni e il carbonio ne ha sempre sei. Diversi numeri di neutroni per lo stesso elemento formano "cugini" atomici chiamati isotopi. La maggior parte degli atomi di idrogeno, per esempio, non ha neutroni, ma pochi ne hanno uno e pochi ne hanno ancora due. Una forza speciale che gli scienziati chiamano "Forza forte" tiene insieme protoni e neutroni all'interno del nucleo.

I protoni sono le uniche particelle subatomiche caricate positivamente in un atomo. La sua carica elettrica è 1,6022 * 10^-19 coulomb, la stessa di quella di un elettrone, sebbene la carica di un elettrone sia negativa. La massa del protone, 1,67 * 10^-27 chilogrammi, è molto vicina a quella di un neutrone ed è circa 1.837 volte più pesante di un elettrone.

Gli elettroni, solitamente rappresentati dal simbolo "e", sono le uniche particelle caricate negativamente che si trovano in un atomo. La massa di un elettrone è 1,1 * 10^-31 kg. Gli elettroni sono raggruppati in distinti "gusci" situati all'esterno del nucleo; ogni shell contiene un numero limitato di elettroni e il numero dipende dal tipo di shell. I gusci di elettroni sono relativamente lontani dal nucleo, rendendo l'atomo più del 99% di spazio vuoto.

I neutroni, che non hanno carica elettrica, risiedono all'interno del nucleo insieme ai protoni. Tutti gli elementi hanno almeno un neutrone ad eccezione dell'idrogeno. La massa di un neutrone è 1,6749 * 10^-27 kg. Alcuni elementi radioattivi, come l'uranio, espellono alcuni dei loro neutroni; quando ciò accade, il neutrone vaga per una media di circa 15 minuti al di fuori dell'atomo prima di disintegrarsi in un protone e un elettrone.