Atomi, elementi chimici e tavola periodica

Gli atomi

La materia che ci circonda è costituita da atomi. Gli atomi sono delle particelle molto piccole invisibili ad occhio nudo.

Gli atomi non sono indivisibili e sono costituiti da altre particelle più piccole che sono:

• i protoni (p), che sono particelle che hanno carica positiva (+);
  
• gli elettroni (e), che sono particelle che hanno carica negativa (-);
• i neutroni (n), che sono particelle neutre, ossia prive di carica.

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La struttura dell'atomo

L'atomo è costituito da un nucleo centrale che contiene i protoni e i neutroni. Gli elettroni ruotano intorno al nucleo, occupando una regione di spazio detta orbitale.

1.protone 2.neutrone 3.elettrone 4.orbitale 5.nucleo

Protoni e neutroni hanno massa molto piccola, dell'ordine di $$1,67*10^{-27} kg$$. L'elettrone ha una massa molto più piccola, di circa 1800 volte, rispetto a quella di neutroni e protoni.

Gli atomi sono neutri, cioè non hanno una carica elettrica. Infatti, in un atomo il numero dei protoni è uguale al numero degli elettroni, quindi le cariche si bilanciano.

Gli scienziati hanno scoperto che protoni e neutroni sono costituiti anch'essi da particelle ancora più piccole, chiamate quark. I quark sono particelle indivisibili, più piccole dell'elettrone. Le particelle indivisibili che costituiscono la materia sono dette elementari e sono raggruppate in tre famiglie:

• quark;
  
• leptoni (a cui appartiene l'elettrone);
• bosoni.

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​​Gli elementi chimici

Gli atomi che costituiscono la materia non sono tutti uguali ma si differenziano per il numero di protoni e neutroni che si trovano nel nucleo. Atomi che hanno lo stesso numero di protoni costituiscono un elemento chimico. Per identificare un elemento chimico si utilizza un simbolo. Spesso i simboli che indicano gli elementi sono ricavati dalle lettere iniziali del loro nome, la prima scritta in maiuscolo.

Esempio:

Il carbonio viene indicato col simbolo C, per l'ossigeno si usa il simbolo O. Per il ferro si usa Fe. Per il rame si usa il simbolo Cu, da Cuprum il suo nome in latino. 

La struttura del nucleo 

Gli atomi dello stesso elemento hanno lo stesso numero di protoni. Essi possono però differire nel numero di neutroni. La massa di un atomo è determinata da protoni e neutroni: visto che la massa di un elettrone è molto più piccola, essa è trascurabile. Per caratterizzare un atomo si usano:

Gli atomi di uno stesso elemento che posseggono lo stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni sono detti isotopi.

La differenza tra numero di massa e numero atomico (A-Z) indica il numero di neutroni contenuti nel nucleo.

Un elemento chimico viene indicato con il simbolo corrispondente, a cui si aggiunge il numero atomico, in basso a sinistra, e il numero di massa in alto a sinistra, ad esempio per un generico elemento X si scrive $$_Z^{A}X$$​. 

Esempio:

Indicare l'isotopo dell'atomo di carbonio che contiene 6 neutroni.

La notazione è $$_6^{12}C$$, che indica un isotopo del carbonio il cui numero atomico Z è pari a 6 e il numero di massa A è pari a 12.

La tavola periodica

Tutti gli elementi chimici sono stati ordinati in una tabella secondo un'ordine ideato dal chimico russo Dmitrij Mendeleev.

Elementi in rosso: non metalli Elementi in verde: metalli Elementi in blu: semimetalli

Nella tavola periodica gli elementi sono ordinati in 7 righe orizzontali e 18 colonne. Le righe orizzontali sono chiamate periodi. All'interno di un periodo le proprietà chimiche sono diverse da atomo ad atomo, ma mostrano una certa tendenza. Ad esempio, andando da sinistra a destra all'interno di un periodo la massa degli atomi aumenta. Le colonne sono chiamate gruppi. Gli elementi che appartengono allo stesso gruppo hanno proprietà chimiche simili. Per esempio gli elementi del gruppo 18 sono molto stabili e non reattivi. Esistono tre classi di elementi i metalli, i non metalli e i semimetalli che si distinguono tra loro per alcune proprietà fisiche.   Metalli sono lucenti e solidi a temperatura ambiente (tranne il mercurio che è liquido); sono duttili, cioè possono essere ridotti in fili sottili; sono buoni conduttori; sono malleabili, cioè può essere ridotto in strati sottili. Non metalli non riflettono la luce, possono essere opachi o trasparenti; possono essere solidi, liquidi o gassosi; sono isolanti cioè sono cattivi conduttori. Semimetalli hanno proprietà intermedie tra quelle dei metalli e dei non metalli.