Panoramica della struttura atomica
Gli atomi sono costituiti da particelle chiamate protoni, neutroni ed elettroni, che sono responsabili della massa e della carica degli atomi.
Obiettivi di apprendimento
Discutere le proprietà elettroniche e strutturali di un atomo
Punti chiave
Punti chiave
- Un atomo è composto da due regioni: il nucleo, che è al centro dell’atomo e contiene protoni e neutroni, e la regione esterna dell’atomo, che tiene i suoi elettroni in orbita attorno al nucleo.
- Protoni e neutroni hanno approssimativamente la stessa massa, circa 1,67 × 10-24 grammi, che gli scienziati definiscono come una unità di massa atomica (amu) o un Dalton.
- Ogni elettrone ha una carica negativa (-1) uguale alla carica positiva di un protone (+1).
- I neutroni sono particelle senza carica che si trovano all’interno del nucleo.
Termini chiave
- atomo: La più piccola quantità possibile di materia che conserva ancora la sua identità di elemento chimico, costituita da un nucleo circondato da elettroni.
- protone: Particella subatomica con carica positiva che fa parte del nucleo di un atomo e determina il numero atomico di un elemento. Pesa 1 amu.
- neutrone: Una particella subatomica che fa parte del nucleo di un atomo. Non ha carica. Ha una massa uguale a quella di un protone o pesa 1 amu.
Un atomo è la più piccola unità di materia che conserva tutte le proprietà chimiche di un elemento. Gli atomi si combinano per formare molecole, che poi interagiscono per formare solidi, gas o liquidi. Per esempio, l’acqua è composta da atomi di idrogeno e ossigeno che si sono combinati per formare molecole d’acqua. Molti processi biologici sono dedicati alla scomposizione delle molecole nei loro atomi componenti in modo che possano essere riassemblati in una molecola più utile.
Particelle atomiche
Gli atomi sono composti da tre particelle di base: protoni, elettroni e neutroni. Il nucleo (centro) dell’atomo contiene i protoni (con carica positiva) e i neutroni (senza carica). Le regioni più esterne dell’atomo sono chiamate gusci di elettroni e contengono gli elettroni (caricati negativamente). Gli atomi hanno proprietà diverse in base alla disposizione e al numero delle loro particelle di base.
L’atomo di idrogeno (H) contiene solo un protone, un elettrone e nessun neutrone. Questo può essere determinato usando il numero atomico e il numero di massa dell’elemento (vedi il concetto sui numeri atomici e i numeri di massa).
Struttura di un atomo: Gli elementi, come l’elio, qui raffigurato, sono costituiti da atomi. Gli atomi sono costituiti da protoni e neutroni situati all’interno del nucleo, con gli elettroni negli orbitali che circondano il nucleo.
Massa atomica
Protoni e neutroni hanno circa la stessa massa, circa 1,67 × 10-24 grammi. Gli scienziati definiscono questa quantità di massa come un’unità di massa atomica (amu) o un Dalton. Anche se simili nella massa, i protoni sono caricati positivamente, mentre i neutroni non hanno carica. Pertanto, il numero di neutroni in un atomo contribuisce significativamente alla sua massa, ma non alla sua carica.
Gli elettroni sono molto più piccoli in massa dei protoni, pesando solo 9,11 × 10-28 grammi, o circa 1/1800 di una unità di massa atomica. Pertanto, non contribuiscono molto alla massa atomica complessiva di un elemento. Quando si considera la massa atomica, si usa ignorare la massa degli elettroni e calcolare la massa dell’atomo basandosi solo sul numero di protoni e neutroni.
Gli elettroni contribuiscono notevolmente alla carica dell’atomo, poiché ogni elettrone ha una carica negativa uguale alla carica positiva di un protone. Gli scienziati definiscono queste cariche come “+1” e “-1”. In un atomo neutro senza carica, il numero di elettroni che orbitano intorno al nucleo è uguale al numero di protoni all’interno del nucleo. In questi atomi, le cariche positive e negative si annullano a vicenda, portando ad un atomo senza carica netta.
| Protons, Neutrons, and Electrons | |||
|---|---|---|---|
| Charge | Mass (amu) | Location | |
| Proton | +1 | 1 | nucleus |
| Neutron | 0 | 1 | nucleus |
| Electron | −1 | 0 | orbitals |
Both protons and neutrons have a mass of 1 amu and are found in the nucleus. However, protons have a charge of +1, and neutrons are uncharged. Electrons have a mass of approximately 0 amu, orbit the nucleus, and have a charge of−1.
Exploring Electron Properties: Confronta il comportamento degli elettroni con quello di altre particelle cariche per scoprire le proprietà degli elettroni come la carica e la massa.
Volume degli atomi
Considerando le dimensioni di protoni, neutroni ed elettroni, la maggior parte del volume di un atomo – più del 99% – è, infatti, spazio vuoto. Nonostante tutto questo spazio vuoto, gli oggetti solidi non passano semplicemente uno attraverso l’altro. Gli elettroni che circondano tutti gli atomi sono carichi negativamente e fanno sì che gli atomi si respingano a vicenda, impedendo agli atomi di occupare lo stesso spazio. Queste forze intermolecolari ti impediscono di cadere attraverso un oggetto come la tua sedia.
Interattivo: Costruisci un atomo: Costruisci un atomo con protoni, neutroni ed elettroni e vedi come cambiano l’elemento, la carica e la massa. Poi fai un gioco per testare le tue idee!