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L'atomo

Atomo deriva da atomos (= indivisibile), ed infatti si tratta del più piccolo componente della materia, in situazioni naturali inscindibile. Artificialmente, comunque, l'atomo può essere scisso nelle sue particelle subatomiche. L'atomo è formato da due parti fondamentali: il nucleo (1) e la corteccia (2). Nel nucleo risiedono i protoni, i positroni e i neutroni, mentre nella corteccia, giacenti sulle orbite dell'atomo stanno gli elettroni.

I protoni sono carichi di elettricità positiva ma non hanno una loro massa, mentre i neutroni sono elettricamente stabili, ed hanno una massa propria. Gli elettroni sono carichi di elettricità negativa ed hanno una massa talmente piccola da essere considerata nulla. L'atomo se non viene eccitato è di carica neutra e cioè i protoni hanno lo stesso numero degli elettroni. Il suo stato di quiete è quindi neutro.

Il numero atomico (z) di un atomo ci dice quanti elettroni e quanti protoni possiede quell'atomo. Il peso atomico è invece la somma del peso degli elettroni e dei protoni (gli elettroni infatti non hanno peso) Esistono diversi tipi di atomi, ognuno per ogni diverso tipo di elemento presente in natura; questi atomi differiscono tra di loro per il numero atomico dell'atomo e l'elemento costituito da un atomo ha le stesse proprietà dell'atomo stesso.

È importante notare dal punto di vista energetico che la natura impiega un certo quantitativo di energia per tenere insieme tutte le particelle che compongono l'atomo; ogni volta che un elettrone va ad aggiungersi ad un atomo si consuma dell'energia per legare l'elettrone al nucleo, così come, quando l'elettrone va a disgiungersi dall'atomo, si libera quel quantitativo di energia che era servito in precedenza a legare l'elettrone al nucleo.


La teoria della meccanica classica dice che ogni corpo, consumando dell'energia, deve fermarsi. La teoria della meccanica quantistica, afferma invece che esistono diverse orbite dove l'elettrone può girare senza consumare energia dentro un atomo. Queste orbite vengono chiamate stati stazionari. Anche la Terra, girando intorno al Sole, ha una sua ben determinata orbita, girando intorno alla quale non consuma energia.

Bohr (1885-1962) riuscì anche a calcolare la distanza (Numero quantico) del nucleo dallo stato stazionario di un elettrone. Ma Bohr credeva che le orbite fossero circolari e quindi che bastasse avere solamente una distanza per trovare, appunto, la distanza del nucleo dallo stato stazionario.

Ma più tardi, scienziati come Sommerlfied (1868-1951) capirono che le orbite non erano circolari, bensì ellittiche, e per questo bisognava avere almeno due numeri quantici:

  • N - Il numero quantico principale (per l'asse maggiore)
  • L - Il numero quantico secondario o angolare (per l'asse minore)
Oersted affermava inoltre che la corrente elettrica produceva anche un campo magnetico e c'era quindi bisogno di un altro numero quantico che ne tenesse conto:
  • M - Il numero quantico magnetico
Gli elettroni, oltre a girare intorno al nucleo, girano intorno a se stessi e possono farlo sia in senso orario che in senso antiorario. Per questo esiste anche un quarto valore:
  • Ms - Il numero quantico di Spin
  • N = 1 o 2 o 3 o 4 o 5 o 6 o 7 (ovvero le sette orbite)
  • L = N - 1
  • M = +L … -L
  • Ms = -½ o +½
N 1 2 3 4
L 0 1 2 3
M 0 +1
0
-1
+2
+1
0
-1
-2
+3
+2
+1
0
-1
-2
-3
Ms -½ o +½ -½ o +½ -½ o +½ -½ o +½

Le orbite sono formate da più orbitali:

Nella prima orbita è presente solo un orbitale, nella seconda 2, nella terza 3 e così via. Gli orbitali sono:

  1. s -
  2. p - - -
  3. d - - - - -
  4. f - - - - - - -

L'orbita non è proprio una "linea" immaginaria come di solito noi la disegniamo; va considerata come uno strato, anch'esso avente i suoi sottostrati (gli orbitali).


Nel primo sottostrato può gravitare una coppia di elettroni, nel secondo tre, nel terzo cinque, nel quarto sette e così via.
Strati (livelli) Sottostrati (sottolivelli) Coppie degli orbitali Numero Totale elettroni
K; n = 1 s – 1 coppia 2 elettroni totale: 2
L; n = 1 s –
p – – –
1 coppia
3 coppie
2 elettroni
6 elettroni
totale: 8
M; n = 1 s –
p – – –
d – – – – –
1 coppia
3 coppie
5 coppie
2 elettroni
6 elettroni
10 elettroni
totale: 18
N; n = 4 s –
p – – –
d – – – – –
f – – – – – – –
1 coppie
3 coppie
5 coppie
7 coppie
2 elettroni
6 elettroni
10 elettroni
14 elettroni
totale: 32

Gli elettroni possono passare da un'orbita a quella immediatamente successiva più lontana dal nucleo se l'atomo viene eccitato. In questo modo si produce un maggior quantitativo di energia che viene poi liberata sotto forma di energia luminosa. I quanti ("pacchetti minimi") di energia luminosa vengono chiamati fotoni

Potassio: z = 19 (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s1) Questo perché l'elettrone, invece di andare su d, preferisce andare sul 1° sottostrato del 4° livello; cerca in questo modo di occupare gli spazi con maggiore carica elettrica e quindi preferiscono andare su 4s, poiché questo sottostrato, anche se più distante da d, è comunque meno carico di elettricità e quindi gli elettroni saltano. La condizione ideale di un atomo (stabilità) è quella di avere nelle orbite più esterne 8 elettroni.

Il potassio nell'ultimo orbitale ha 9 elettroni: sarà quindi propenso a cedere un elettrone; in questo modo si carica positivamente, perché il numero dei protoni sarà maggiore rispetto a quello degli elettroni, e quindi sarà prevalente la carica positiva.

Un atomo che cede o acquista uno o più elettroni è detto ione. Quando un atomo cede un elettrone rimane caricato positivamente (catione) Quando un atomo acquista un elettrone rimane caricato negativamente (anione)

La condizione di stabilità, è comunque soltanto naturale: un atomo è stabile solo se nell'ultima orbita è presente un ottetto, ma quell'atomo non può raggiungere questa condizione tramite il legame covalente, e quindi non deve essere uno ione.

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