Com’è fatto un atomo?

Ogni atomo è costituito da un nucleo, formato a sua volta da due tipi di particelle, i protoni e i neutroni, intorno ai quali ruotano gli elettroni. Il protone è una particella a cui viene assegnata massa uguale a 1; ha carica elettrica positiva e il suo simbolo è p+. Il neutrone è una particella con massa all’incirca uguale a quella del protone, è elettricamente neutra e il suo simbolo è n. Intorno al nucleo ruotano gli elettroni: l’elettrone è una particella con massa pari a 1/1840 di quella del protone e quindi è praticamente trascurabile; ha carica negativa e viene indicato con il simbolo e-. Le dimensioni del nucleo sono circa 100000 volte inferiori a quelle dell’atomo. L’atomo è dunque formato essenzialmente dal vuoto; puoi immaginarlo come un grande guscio al cui interno c’è una capocchia di spillo. Gli elettroni si muovono nello spazio disponibile intorno al nucleo con una certa energia adatta a vincere le forze attrattive del nucleo, carico positivamente. In un atomo in condizioni normali, il numero di protoni è sempre uguale al numero di elettroni; perciò le cariche positive e negative si bilanciano e l’atomo risulta elettricamente neutro.

In natura esistono 92 tipi di elementi e molti altri sono stati ottenuti in laboratorio, alcuni anche solo per qualche secondo; ogni elemento è costituito da atomi di un certo tipo, perciò esistono tanti tipi di atomi quanti sono gli elementi.

Il disegno (35) è un altro modo usato per schematizzare un atomo; si tratta dell’atomo dell’elio, un particolare gas molto leggero. L’atomo dell’elio è caratterizzato dalla presenza di due protoni e due elettroni. Il numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo è detto numero atomico e rappresenta anche il numero degli elettroni. Ciò che differenzia un atomo dagli altri è proprio il numero atomico, a cominciare dall’atomo più semplice, quello dell’idrogeno, che ha un solo protone nel nucleo per finire a quello dell’uranio che ha 92 protoni. La somma di tutti i protoni e di tutti i neutroni contenenti nel nucleo si chiama numero di massa.

⁴He₂

Tutti gli atomi di un certo elemento hanno lo stesso numero di protoni ma talvolta il numero dei neutroni può cambiare e di conseguenza cambia anche il numero di massa. Si parla in questo caso di isotopi.

Gli elettroni non sono distribuiti intorno al nucleo a caso, ma si muovono ponendosi a distanze ben definite, in orbite particolari. Il primo a intuire che in un atomo gli elettroni ruotano mantenendo distanze precise intorno al nucleo fu Niels Bohr (1885-1962), fisico danese, che immaginò un modello di atomo in cui esistono attorno al nucleo centrale dei “gusci” concentrici, gli orbitali, posti a distanze precise l’uno dall’altro, all’interno dei quali si muovono gli elettroni. Oggi si sa che il modello atomico di Bohr non è del tutto corretto, ma può ugualmente servire per spiegare le diverse proprietà degli atomi.

I disegni rappresentano le configurazioni elettroniche, cioè la distribuzione degli elettroni, negli atomi di litio (Li), carbonio (C) e sodio (Na) ( 37 ).

Ogni “guscio” può ospitare un numero ben definito di elettroni: nel guscio più vicino al nucleo possono coesistere al massimo 2 elettroni, nel secondo e nel terzo guscio al massimo 8, dal quarto in poi il numero degli elettroni aumenta e le cose si complicano.

Il litio ha numero atomico uguale a 3 e quindi 3 elettroni; i primi 2 si sistemano nel primo guscio, mentre il terzo elettrone occupa il secondo guscio. Si dice allora che il litio ha un solo elettrone nel guscio periferico (quello più lontano dal nucleo). 

Il carbonio ha numero atomico uguale a 6 e quindi 6 elettroni; 2 nel primo guscio e 4 nel secondo guscio.

Il sodio ha numero atomico uguale a 11 e quindi 11 elettroni; 2 nel primo guscio, 8 nel secondo e 1 nel terzo.