Struttura dell'atomo- Numero atomico e Numero di massa

La struttura dell’atomo è costituita da un nucleo all’interno del quale sono presenti protoni e neutroni e da elettroni che ruotano all’esterno di esso.
- Protoni – particelle subatomiche cariche positivamente
- Neutroni – particelle subatomiche senza carica
- Elettroni – particelle subatomiche cariche negativamente

Carica protone (+) 1,602*10-19 C
Carica elettrone (-) 1,602*10-19 C
Carica neutrone 0 C
NB. Le cariche dell’elettrone e del protone sono uguali come valore assoluto ma hanno segno opposto. Dal momento che l’atomo è elettricamente neutro è possibile concludere che: IN UN ATOMO IL NUMERO DI PROTONI ED ELETTRONI è UGUALE


Massa protone: 1,673*10-27 Kg
Massa neutrone: 1,675*10-27 Kg
Massa elettrone: 9,109*10-31 Kg
Esaminando con attenzione le masse delle particelle subatomiche si può notare come le masse di protone e neutrone siano perfettamente identiche mentre quella dell’elettrone sia sensibilmente più bassa. In modo particolare si può evidenziare come la massa dell’elettrone sial lo 0,05% rispetto a quello del neutrone e pertanto può considerarsi trascurabile. Per tale ragione si può concludere che in realtà la massa dell’atomo è costituita da protoni e neutroni.
Alla luce di queste considerazioni è possibile introdurre due nuove grandezze che sono:
Numero atomico (Z) - numero di protoni presenti all’interno del nucleo
Numero di massa (A) - somma di protoni e neutroni presenti all’interno del nucleo
*L’unità di misura per poter esprimere il numero di massa (A) è l’unità di massa atomica “u” o “uma” o Dalton. 1 u = 1,66 * 10-24 g (circa uguale alla massa di un protone o neutrone)
La differenza tra A e Z costituisce il numero di neutroni presenti nell’atomo
Il numero atomico Z è di grandissima importanza per identificare uno specifico elemento nella Tavola Periodica. A uno specifico elemento della Tavola Periodica corrisponde uno e uno solo numero atomico. Per esempio il carbonio è l’unico elemento della tavola periodico che ha 6 protoni ovvero ha Numero Atomico 6. L’ossigeno è l’unico elemento della tavola periodica che ha 8 protoni ovvero ha Numero Atomico 8.
Un modo per rappresentare un elemento della tavola periodica è il seguente:
Numero di neutroni presenti A-Z=6
Pertanto il carbonio è costituito da:
- 6 protoni
- 6 neutroni
- 6 elettroni
Per identificare un elemento chimico è necessario conoscere il suo numero atomico. Come già detto in precedenza il numero atomico rappresenta l’impronta digitale di uno specifico elemento. Tuttavia uno specifico elemento della Tavola Periodica che ha solo uno e uno solo Numero Atomico (Z) può avere diversi Numeri di Massa (A), ovvero può differire per il numero di neutroni. Due atomi che possiedono lo stesso numero atomico ma diversi numeri di massa vengono denominati isotopi.

Esempio pratico:

Nella figura sopra sono riportati tre isotopi del carbonio. Come si può osservare tutti e tre possiedono 6 protoni e 6 elettroni ma differiscono per il numero di neutroni. I numeri 12; 13;14 riportati al fianco del termine carbonio rappresentano il numero di massa di quello specifico elemento (somma di protoni e neutroni) e rappresenta un modo più agevole per distinguere tra loro diversi isotopi. Questo concetto è stato introdotto perché in natura uno specifico elemento esiste sotto forma di diversi isotopi. In natura infatti esistono tutti e tre gli isotopi del carbonio con tuttavia una prevalenza quasi totale dell’isotopo 12. In natura abbiamo le seguenti abbondanze relative degli isotopi del carbonio:
12C- 99%; 13C<1% ; 14C<10-12%


Guardano la Figura sopra si osserva come nella Tavola Periodica per il carbonio sia riportato un numero di massa pari a 12,01. Questo apparentemente non sembra avere senso perché il carbonio non può essere costituito da 6 protoni e 6,01 neutroni (le particelle subatomiche sono indivisibili).
La risposta è che nella Tavola Periodica i numeri di massa riportati sono mediati rispetto all’abbondanza dei singoli isotopi in natura. Infatti avevamo detto in precedenza che il carbonio è presente in natura sottoforma dei tre isotopi e secondo le seguenti abbondanze relative:
12C- 99%; 13C<1% ; 14C<10-12%
Per determinare il numero di massa dell’elemento tenendo conto delle abbondanze relative dei seguenti isotopi bisogna compiere il seguente calcolo:
u = 0,99 x 12 u + 0,01 x 13 u = 12,01 u (si è considerata trascurabile l’abbondanza relativa del 14C)
Questo valore 12,01 u rappresenta la massa atomica del carbonio
Questo discorso applicato al carbonio lo si può estendere anche a tutti gli altri elementi della Tavola Periodica.