Gli atomi sono meglio pensati come i più piccoli pezzi indivisibili della materia ordinaria. In effetti, il loro nome deriva dal greco "non può essere tagliato". Gli atomi sono costituiti da protoni, neutroni ed elettroni, sebbene il tipo più piccolo e semplice, l'atomo di idrogeno, non contenga neutroni.
Un elemento è materia costituita da un solo tipo di atomo. Quando guardi la tavola periodica degli elementi, ogni scatola che vedi è occupata da una sostanza con una disposizione unica di protoni e neutroni. Nel caso speciale di un solo atomo di un elemento presente, la definizione di "atomo" e "elemento" sono identiche. In alternativa, potresti avere 10 o 100 o 1.000.000 di tonnellate di materia costituite da un solo elemento, purché ogni atomo in quella massa gigantesca sia identico. Detto in modo leggermente diverso, quando gli viene presentato un atomo e un elemento e gli viene detto che solo uno è microscopico, sai qual è un esempio di un elemento (sebbene non tutte le aggregazioni di un singolo elemento, ovviamente, siano abbastanza grandi da essere viste ad occhio nudo o anche con un convenzionale microscopio).
Quali sono alcuni esempi di atomi?
Esempi di atomi di cui sei praticamente certo di aver sentito parlare, a meno che tu non sia appena atterrato qui da un altro pianeta, o forse in un universo parallelo in cui gli atomi stessi sono sconosciuti - includi idrogeno, ossigeno e carbonio, come minimo. L'idrogeno e l'ossigeno sono i due atomi nell'acqua, con la formula chimica dell'acqua che è H2Oh perché uno molecola di acqua contiene due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno. Nota che l'acqua, sebbene non possa perdere nessuno dei suoi atomi costituenti ed essere ancora acqua, non è un elemento, perché non tutti i suoi atomi sono identici. Invece è un composto. (Più presto su questa nomenclatura.)
Ogni atomo può includere tre diversi componenti: protoni, neutroni ed elettroni. Infatti, ogni atomo oltre all'atomo di idrogeno ne contiene almeno uno di ciascuno; l'idrogeno è costituito da un protone e un elettrone, ma non ha neutroni. Protoni e neutroni hanno quasi la stessa massa, con quella di un protone che è 1,6726231 x 10-27 kg e quello di un elettrone essendo 1.6749286 x 10-27 kg. Gli elettroni sono ancora più piccoli, tanto che la loro massa combinata può essere trascurata per scopi pratici quando si calcola la massa di un dato atomo. Un elettrone ha una massa di 9.1093897 x 10-31 kg.
Gli atomi nella loro forma elementare contengono un numero uguale di protoni ed elettroni. Un protone porta una piccola carica elettrica positiva, indicata con +1, mentre un elettrone porta una carica di -1. I neutroni non portano carica, quindi un atomo ordinario non ha carica netta poiché la carica positiva del protone e la carica negativa dell'elettrone si annullano a vicenda. Alcuni atomi, tuttavia, hanno un numero disuguale di protoni ed elettroni, e quindi portano una carica netta (ad esempio, -2 o +3); questi atomi sono chiamati ioni.
Fisicamente, gli atomi sono disposti all'incirca come il sistema solare, con frammenti di materia più piccoli che ruotano attorno al centro molto più massiccio. In astronomia, tuttavia, la forza gravitazionale è ciò che fa girare i pianeti intorno al sole; negli atomi, è una forza elettrostatica. I protoni e i neutroni di un atomo si raggruppano per formare il centro, chiamato nucleo. Poiché il nucleo include solo componenti positivi e non portatori di carica, è caricato positivamente. Gli elettroni, nel frattempo, esistono in una nuvola attorno al nucleo, attratti dalla sua carica positiva. La posizione di un elettrone in ogni istante non può essere conosciuta con precisione, ma la sua probabilità di trovarsi in una data posizione nello spazio può essere calcolata con elevata precisione. Questa incertezza costituisce la base della fisica quantistica, un campo fiorente che si è spostato dal teorico a una serie di importanti applicazioni nell'ingegneria e nella tecnologia informatica.
Quali sono i nomi degli atomi?
La tavola periodica degli elementi è un mezzo universale per scienziati e studenti principianti per beginning familiarizzare con i nomi di tutti i diversi atomi, insieme a un riassunto delle loro criticità proprietà. Questi si trovano in tutti i libri di testo di chimica e in infiniti posti online. Dovresti averne uno a portata di mano quando consulti questa sezione.
La tavola periodica contiene i nomi e le abbreviazioni di una o due lettere di tutti i 103 elementi o, se preferisci, i tipi di atomi. 92 di questi sono presenti in natura, mentre i più pesanti 11, numerati da 93 a 103, sono stati prodotti solo in condizioni di laboratorio. Il numero di ogni elemento nella tavola periodica corrisponde al suo numero atomico e quindi al numero di protoni che contiene. Il riquadro nella tabella corrispondente a un elemento di solito mostra la sua massa atomica – cioè la massa totale dei suoi protoni, neutroni ed elettroni – sul fondo del riquadro, sotto il nome dell'atomo. Poiché ai fini pratici ciò equivale alla massa dei soli protoni e neutroni, e poiché protoni e neutroni hanno una massa molto vicina alla stessa massa, puoi dedurre quanti neutroni ha un atomo sottraendo il suo numero atomico (il numero di protoni) dalla massa atomica e arrotondando spento. Ad esempio, il sodio (Na) è il numero 11 nella tavola periodica e ha una massa di 22,99 unità di massa atomica (amu). Arrotondando questo a 23, puoi quindi calcolare che il sodio deve avere 23 - 11 = 12 neutroni.
Da tutto quanto sopra, puoi dedurre che gli atomi diventano più pesanti quando ci si sposta da sinistra a destra e dall'alto verso l'alto. in fondo alla tabella, come leggere una pagina di un libro in cui ogni nuova parola è solo un po' più grande della precedente parola.
Gli elementi possono esistere come solidi, liquidi o gas nel loro stato nativo. Il carbonio (C) è un esempio di solido; il mercurio (Hg), che si trova nei termometri "vecchia scuola", è un liquido; e l'idrogeno (H) esiste come gas. Possono essere raggruppati, con l'aiuto della tavola periodica, in categorie sulla base delle loro proprietà fisiche. Un modo conveniente per dividerli è in metalli e non metalli. I metalli includono sei sottotipi, mentre i non metalli ne presentano solo due. (Boro, arsenico, silicio, germanio, antimonio, tellurio e astato sono considerati metalloidi.)
La tavola periodica include 18 colonne, sebbene non tutto lo spazio possibile in ogni colonna sia occupato. La prima riga completa, ovvero la prima istanza di tutte le 18 colonne contenenti un elemento, inizia con l'elemento numero 19 (K o potassio) e termina con il numero 36 (Kr o krypton). Questo sembra imbarazzante a prima vista, ma assicura che gli atomi con proprietà simili in termini di loro comportamento di legame e altre variabili rimangono in righe, colonne o altri gruppi facilmente identificabili all'interno del tavolo.
Quali sono i diversi tipi di atomi?
Gli isotopi sono atomi diversi che hanno lo stesso numero atomico, e quindi sono lo stesso elemento, ma hanno un diverso numero di neutroni. Pertanto variano nella loro massa atomica. Maggiori informazioni sugli isotopi appaiono in una sezione successiva.
Il comportamento di legame è uno dei vari criteri con cui gli atomi possono essere separati. Ad esempio, i sei elementi naturali nella colonna 18 (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) sono chiamati gas nobili perché sono essenzialmente non reattivi con altri elementi; questo ricorda come, nei tempi antichi, i membri delle classi nobili non si mescolassero con la gente comune.
I metalli possono essere suddivisi in sei tipi (alcali, alcalino-terrosi, di transizione, post-transizione e gli actinoidi e i lantanoidi). Questi cadono tutti in regioni distinte nella tavola periodica. La maggior parte degli elementi sono metalli di qualche tipo, ma i 17 non metalli includono alcuni degli atomi più noti, tra cui ossigeno, azoto, zolfo e fosforo, tutti essenziali per la vita.
Cosa sono i composti e le molecole?
Un composto è costituito da uno o più elementi. Ad esempio, l'acqua è un composto. Ma puoi anche avere uno o più elementi o composti disciolti in un altro composto liquido (di solito acqua), come lo zucchero sciolto nell'acqua. Questo è un esempio di soluzione perché le molecole nel soluto (il solido disciolto) non si legano alle molecole di soluto (come acqua, etanolo o quant'altro).
La più piccola unità di un composto è chiamata molecola. La relazione degli atomi con gli elementi rispecchia la relazione tra molecole e composti. Se hai un pezzo di sodio puro, un elemento, e lo riduci alla sua dimensione più piccola possibile, ciò che rimane è un atomo di sodio. Se si dispone di una raccolta di cloruro di sodio puro (sale da cucina; NaCl) e ridurlo al minimo che può prendere mantenendo tutte le sue proprietà fisiche e chimiche, ti rimane una molecola di cloruro di sodio.
Quali sono gli elementi principali?
I 10 elementi più abbondanti sulla Terra costituiscono circa il 99 percento della massa di tutti gli elementi presenti in tutto il pianeta, inclusa l'atmosfera. L'ossigeno (O) da solo rappresenta il 46,6% della massa terrestre. Il silicio (Si) rappresenta il 27,7 percento, mentre l'alluminio (Al) si attesta all'8,1 percento e il ferro (Fe) al 5,0 percento. I successivi quattro più abbondanti esistono tutti come elettroliti nel corpo umano: calcio (Ca) al 3,6 percento, sodio (Na) al 2,8 percento, potassio (K) al 2,6 percento e magnesio (Mg) al 2,1 percento.
Gli elementi trovati in quantità considerevoli in forma visibile, o elementi che sono semplicemente noti, possono essere considerati elementi principali in un certo senso. Quando guardi l'oro puro, sia esso una piccola scaglia o un grande mattone (quest'ultimo è improbabile!), stai guardando un singolo elemento. Quel pezzo d'oro sarebbe ancora considerato oro anche se rimanesse tutto tranne un singolo atomo. D'altra parte, come osserva la NASA, una moneta d'oro potrebbe avere circa 20.000.000.000.000.000.000.000 (20 settillion) di atomi d'oro a seconda delle dimensioni della moneta.
Cosa sono gli isotopi?
Un isotopo è una variante di un atomo, un po' come un Doberman Pinscher è una variante di un cane. Una proprietà importante di un dato tipo di atomo, ricorderete, è che il suo numero atomico, e quindi il numero di protoni che contiene, non può cambiare. Pertanto, se gli atomi devono presentarsi in varianti, questa variazione deve essere il risultato di differenze nel numero di neutroni.
La maggior parte degli elementi ha un singolo isotopo stabile, che è la forma in cui l'elemento si trova più comunemente. Alcuni elementi, tuttavia, esistono naturalmente come una miscela di isotopi. Ad esempio, il ferro (Fe) è costituito da circa il 5,845% di 54Fe, 91,754% di 56Fe, 2,119 percento di 57Fe e 0,282 percento di 58Fe. Gli apici sul lato sinistro delle abbreviazioni degli elementi indicano il numero di protoni più neutroni. Poiché il numero atomico del ferro è 26, gli isotopi sopra elencati, nell'ordine, hanno 28, 30, 31 e 32 neutroni.
Tutti gli isotopi di un dato atomo hanno le stesse proprietà chimiche, il che significa che il loro comportamento di legame è lo stesso. Le loro proprietà fisiche, come le loro masse, punti di ebollizione e punti di fusione, sono diverse e sono i mezzi utilizzati per distinguerle.