Struttra atomica

Panoramica

Tutta la materia è composta da atomi, le più piccole unità individuali di elementi. Ogni atomo è costituito da tre particelle subatomiche: protoni, neutroni ed elettroni. Insieme, queste tre particelle rappresentano la massa e la carica di un atomo.

La storia della teoria atomica

La prima persona a proporre che tutto sulla Terra fosse costituito da minuscole particelle fu il filosofo greco Democrito, intorno al 450 a.C. Ha usato il termine atomos, greco per “indivisibile”, da cui deriva il termine moderno “atomo”. La sua idea , tuttavia, non fu presa sul serio al momento e trascorsero molti secoli prima che il concetto dell’atomo venisse rilanciato. Nel XIX secolo, John Dalton propose la teoria atomica che è ancora in gran parte corretta oggi. Egli ha avanzato cinque postulati per spiegare come gli atomi hanno costituito il mondo che ci circonda: (1) tutta la materia è composta da particelle infinitamente piccole, o atomi; (2) tutti gli atomi di un dato elemento sono identici l’uno all’altro e (3) sono diversi dagli atomi di tutti gli altri elementi; (4) due o più elementi possono combinarsi in un rapporto fisso per formare un composto; e (5) gli atomi non possono essere creati o distrutti in una reazione chimica, ma possono essere riorganizzati per formare nuove sostanze.

Alla scoperta delle particelle subatomiche che compongono l’atomo

Dalton aveva solo parzialmente ragione sulle particelle che compongono la materia. Mentre gli atomi non possono essere ulteriormente scomposti da normali processi chimici o fisici, sono composti da tre particelle subatomiche più piccole. Il primo indizio sulla struttura subatomica arrivò alla fine del XIX secolo, quando J.J. Thomson scoprì l’elettrone. Gli scienziati sapevano che la carica complessiva di un atomo era neutra, ma il modello “plum pudding” dell’atomo (a budino) di Thomson tentò di conciliare questa nuova informazione circa l’esistenza di una particella carica negativamente, suggerendo che gli elettroni erano stati trovati circondati da un’area di carica positiva. Solo pochi anni dopo, Ernest Rutherford eseguì un esperimento che mostrò che la maggior parte della massa di un atomo è concentrata nel nucleo, dove i protoni rappresentano la carica positiva di un atomo, e i minuscoli elettroni carichi negativamente costituiscono la maggior parte dello spazio al di fuori del nucleo. Questo ha smentito il modello “plum pudding” di Thomson e ha portato gli scienziati un passo più vicino al familiare modello di atomo che conosciamo oggi. Il neutrone fu scoperto più tardi, nel 1932, da James Chadwick. Quest’ultimo pezzo del puzzle significava che gli scienziati avevano rappresentato tutta la massa presente in un atomo con protoni e neutroni, e tutta la sua carica con protoni ed elettroni.

La struttura di un atomo

I protoni si trovano nel nucleo di un atomo, hanno una carica positiva, e una massa di un’unità di massa atomica (AMU) ciascuno. Il numero di protoni è uguale al numero atomico sulla tavola periodica e determina l’identità dell’elemento. I neutroni si trovano anche nel nucleo. Non hanno alcuna carica, ma hanno la stessa massa dei protoni e quindi contribuiscono alla massa atomica di un atomo. Gli elettroni orbitano intorno al nucleo in orbite. Hanno una carica negativa e massa trascurabile, quindi contribuiscono alla carica complessiva di un atomo, ma non alla sua massa.