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L`atomo - Benedetto Raspanti

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L`atomo - Benedetto Raspanti
L’ATOMO
struttura, particelle e legami
La struttura atomica
Protone
Neutrone
Elettrone
Nube elettronica
Nucleo
La struttura atomica
Il PROTONE è una delle particelle subatomiche
di cui è composto l’atomo. E’ dotato di carica
elettrica positiva. E’, a sua volta, composto da
sub – particelle elementari: i quark. Per la
precisione, da due quark up e un quark down.
Protone
La sua composizione, come già detto, è di due quark up e un quark down,
appartiene alla famiglia degli Adroni, inserito nel gruppo Barione. Avendo uno
spin semi-intero (letteralmente “giro vorticoso”), viene classificato come Fermione
(se avesse uno spin intero sarebbe classificato come Bosone). I Fermioni, così
chiamati in onore di Enrico Fermi, assieme ai Bosoni, sono una delle due classi
fondamentali in cui si dividono le particelle. I Fermioni devono sempre avere una
massa, mentre i Bosoni, in diversi casi, ne sono privi. Tutta la materia conosciuta
è composta da Fermioni, che sono responsabili della massa rilevabile in natura.
Il Protone lo si può trovare libero (Idrogeno) o legato in un nucleo atomico.
La legge dell’attrazione elettrica (cariche elettriche diverse si attraggono, cariche
uguali si respingono) pone un quesito fondamentale: com’è possibile che i
protoni, avendo carica elettrica positiva, possano rimanere uniti saldamente? Ciò
trova risposta nelle “Interazioni Fondamentali”.
La struttura atomica
In fisica, il termine interazioni o forze
fondamentali, si riferisce alle interazioni o forze
della natura non riconducibili ad altre forze, che
sono alla base dei fenomeni fisici e responsabili
della struttura della materia e dell’universo.
Protone
Sono state individuate quattro forze o interazioni fondamentali: l’interazione
gravitazionale, l’interazione elettromagnetica, l’interazione nucleare debole e
l’interazione nucleare forte.
L’interazione gravitazionale (o più semplicemente forza di gravità) è la più debole
di tutte in quanto per essere determinante necessita della presenza di grandi
masse di materia.
L’interazione elettromagnetica è quella che attira gli elettroni verso il nucleo.
Anche questa è una forza abbastanza debole.
L’interazione nucleare debole è responsabile del decadimento di alcune particelle
nucleari: non tutti gli atomi sono stabili al loro interno, a volte capita che perdano
La struttura atomica
per strada qualche particella e che sprigionino
così dell’energia, oltre a dare origine a nuove
particelle.
Protone
Il decadimento di un atomo è detto radioattività.
L’interazione nucleare forte è la forza che permette ai protoni di rimanere uniti tra
di loro. La sua azione incollante è la più forte delle quattro e permette di
contrastare efficacemente la repulsione coulombiana (forza esercitata dal campo
elettrico su di una carica elettrica; si tratta della forza che agisce tra oggetti
elettricamente carichi).
Grazie a quest’ultima forza, non solo rimangono uniti i protoni fra loro, ma anche i
neutroni. Protoni e neutroni si trasformano gli uni negli altri in continuazione.
Anche i quark vengono tenuti insieme tra loro dalla interazione nucleare forte. I
quark a volte si trasformano da up in down e viceversa, causando il
cambiamento dei protoni i quali diventano neutroni e viceversa. Il decadimento
dei quark produce altre particelle, tra le quali i Bosoni e gli antineutrini. Questo
decadimento è detto decadimento beta e comporta la radioattività. Fu scoperto
da Fermi.
La struttura atomica
In fisica delle particelle, il quark è un fermione
elementare che partecipa all’interazione forte. In
natura i quark non si trovano mai isolati, ma solo
uniti in particelle composte dette Adroni, come
per esempio il Protone e il Neutrone.
Protone
La struttura atomica
Il Neutrone è una particella subatomica costituita
da due quark down e un quark up.
Neutrone
Ha carica elettrica neutra. In quanto formato da
quark appartiene alla famiglia degli Adroni, e in
particolare, al gruppo dei Barioni. Avendo spin semi-intero è un Fermione. Ha
una massa leggermente superiore a quella del Protone, e ad eccezione del più
comune isotopo dell’Idrogeno, il Neutrone compone i nuclei insieme al Protone
con il quale si trasforma in continuazione.
Se un Neutrone viene posto fuori dal nucleo, ha una ermivita di circa 15 minuti.
Decade in un Protone emettendo un Elettrone e un Antineutrino, antiparticella del
Neutrino (particella subatomica elementare di massa piccolissima).
L’Antineutrino ha carica neutra ed è solitamente prodotto nelle reazioni nucleari.
La struttura atomica
L’Elettrone è una particella subatomica con
carica elettrica negativa che, non essendo
composta da altri costituenti noti, si ritiene essere
una particella elementare.
Elettrone
Assieme a Protoni e Neutroni sono i componenti degli atomi e, sebbene
contribuiscano alla massa totale dell’atomo per meno dello 0,06%, ne
caratterizzano sensibilmente la natura e ne determinano le proprietà chimiche. Si
tratta di una particella molto studiata in diversi ambiti della fisica, in particolare
nell’elettromagnetismo e nella fisica dello stato solido. Il moto dell’elettrone
genera un campo magnetico; la variazione della sua energia e della sua
accelerazione causano l’emissione di fotoni; è, inoltre, responsabile della
conduzione della corrente elettrica e del calore.
L’Elettrone ha uno spin semi-intero quindi è un Fermione. Appartiene al gruppo
dei Leptoni. E’ soggetto all’interazione gravitazionale, all’interazione debole e a
quella elettromagnetica. L’antiparticella dell’Elettrone è il Positrone, il quale si
differenzia solo per la carica elettrica di segno opposto, cioè positiva.
Isotopo
Dal greco isos e topos (stesso posto), l’isotopo è un atomo di uno stesso
elemento chimico e quindi con lo stesso “numero atomico Z” (detto anche
numero protonico: corrisponde al numero di protoni presenti nel nucleo), ma con
differente “numero di massa A” (è pari al numero di nucleoni, cioè protoni e
neutroni presenti nel nucleo), e, quindi, differente “massa atomica M” (massa di
un atomo).
Massa atomica M o peso
Numero di massa A
atomico è la massa di un
È pari al numero di nucleoni (cioè
atomo.
Risulta
dalla
protoni e neutroni) presenti in un
somma della massa dei
atomo. Nell’atomo di Carbonio
12
12,0107
protoni e dei neutroni
rappresenta la somma dei suoi 6
6
protoni e 6 neutroni
C
Atomo del Carbonio
Numero atomico Z
Detto anche numero protonico,
corrisponde al numero di protoni
contenuti in un nucleo atomico
13
6
C
14
6
C
Isotopo
radioattivo
I legami chimici
Il legame ionico è un legame chimico di natura elettrostatica che si forma
quando gli atomi possiedono un'elevata differenza di elettro-negatività. In
termini stretti, esso si riferisce alla mutua attrazione elettrostatica che interviene
tra le cariche elettriche di un catione (ione con carica positiva) e di un anione
(ione con carica negativa) che instaurano tale genere di legame. Con il termine
ione si intende un’entità molecolare elettricamente carica. In pratica, quando un
atomo cede o acquista uno o più elettroni si trasforma in uno ione a causa dello
scompenso tra il numero di protoni e il numero di elettroni. Il legame ionico,
quindi, avviene quando un atomo, con un elettrone nell’ultimo livello, cede questo
elettrone ad un atomo che invece ne ha sette nell’ultimo livello. Es. il sodio (Na,
n.ro atomico 11) e il cloro (Cl, n.ro atomico 17) formano il Cloruro di sodio (NaCl)
grazie ad un legame di tipo ionico. Il sodio cedendo l’unico elettrone presente
nell’ultimo livello al cloro rende saturi tutti i livelli sottostanti e si carica
positivamente diventando uno ione +. Il cloro, acquistando l’elettrone dal sodio,
rende saturo il suo ultimo livello (7 + 1 acquistato = 8) ma diventa uno ione -. A
questo punto, i due ioni aventi cariche opposte si attraggono formando il cloruro
di sodio, elettricamente neutro.
I legami chimici
Na
Cl
Legame ionico
I legami chimici
Un legame covalente è un legame chimico in cui due atomi mettono in comune
delle coppie di elettroni. Ciò avviene perché gli atomi tendono al minor dispendio
energetico possibile ottenibile con la stabilità della loro configurazione elettronica
(ad esempio l‘ottetto). Gli orbitali atomici contenenti gli elettroni spaiati si
sovrappongono in orbitali molecolari, dando luogo ad una molecola. Ovviamente,
per avvenire tutto ciò devono esserci i presupposti: gli atomi che concorrono nel
legame covalente non devono avere nessuno, dei due, l’ultimo livello saturo. Es.
due atomi di idrogeno, n.ro atomico 1, formano una molecola di idrogeno grazie
ad un legame covalente. Un atomo di carbonio, n.ro atomico 6, forma con quattro
atomi di idrogeno una molecola di metano.
H
H
CH4 Metano
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