Componenti dell’Atomo
particelle Subatomiche
Se la parola atomo originariamente indicato una particella che non può essere tagliato in particelle più piccole, nella scienza moderna utilizzo di “atomo” è composto di varie particelle subatomiche. Le particelle di base di un atomo sono costituite dall’elettrone, dal protone e, per gli atomi diversi dall’idrogeno-1, dal neutrone.,
L’elettrone è di gran lunga la meno massiccia di queste particelle a 9,11×10-31 kg, con una carica elettrica negativa e una dimensione così piccola da essere attualmente incommensurabile. I protoni hanno una carica positiva e una massa 1.836 volte quella dell’elettrone, a 1,67×10-27 kg, sebbene i cambiamenti di energia di legame atomico possano ridurlo. I neutroni non hanno carica elettrica e hanno una massa libera di 1.839 volte la massa degli elettroni. Neutroni e protoni hanno dimensioni comparabili-dell’ordine di 2,5×10-15 m-sebbene la “superficie” di queste particelle non sia molto definita.,
Sia i protoni che i neutroni sono ora considerati composti da particelle ancora più elementari, chiamate quark. Il quark forma uno dei due costituenti fondamentali della materia, l’altro è il leptone, di cui l’elettrone è un esempio. Esistono sei diversi tipi di quark e ognuno ha una carica elettrica frazionata di +2/3 o -1 / 3. I protoni sono composti da due quark up e un quark down, mentre un neutrone è costituito da un quark up e due quark down., I quark sono tenuti insieme dalla forte forza nucleare, mediata da particelle elementari chiamate gluoni.
Nucleo
Tutti i protoni e neutroni legati in un atomo costituiscono un nucleo atomico denso e massiccio, e sono collettivamente chiamati nucleoni. Sebbene la carica positiva dei protoni li faccia respingere l’un l’altro, sono legati insieme ai neutroni da un potenziale attraente a breve distanza chiamato forza forte residua., Il raggio di un nucleo è approssimativamente uguale a fm, dove A è il numero totale di nucleoni. Questo è molto più piccolo del raggio dell’atomo, che è dell’ordine di 105 fm.
Gli atomi dello stesso elemento hanno lo stesso numero di protoni, chiamato numero atomico. All’interno di un singolo elemento, il numero di neutroni può variare, determinando l’isotopo di tale elemento. Il numero di neutroni rispetto ai protoni determina la stabilità del nucleo, con alcuni isotopi sottoposti a decadimento radioattivo a causa della forza debole.,
Il numero di protoni e neutroni nel nucleo atomico può essere modificato, anche se questo può richiedere energie molto elevate a causa della forza forte. La fusione nucleare si verifica quando protoni o neutroni aggiuntivi si scontrano con il nucleo. La fissione nucleare è il processo opposto, causando il nucleo di emettere una certa quantità di nucleoni-di solito attraverso il decadimento radioattivo. Il nucleo può anche essere modificato attraverso il bombardamento di particelle subatomiche ad alta energia o fotoni., In tali processi che cambiano il numero di protoni in un nucleo, l’atomo diventa un atomo di un elemento chimico diverso.
La fusione di due nuclei che hanno numeri atomici inferiori rispetto al ferro e al nichel è un processo esotermico che rilascia più energia di quella necessaria per riunirli. È questo processo di rilascio di energia che rende la fusione nucleare nelle stelle una reazione autosufficiente. La perdita netta di energia dalla reazione di fusione significa anche che la massa dei nuclei fusi è inferiore alla massa combinata dei singoli nuclei., L’energia rilasciata (E) è descritta dalla formula di equivalenza massa-energia di Albert Einstein, E= mc2, dove m è la perdita di massa e c è la velocità della luce.
La massa del nucleo è inferiore alla somma delle masse delle particelle separate. La differenza tra questi due valori è l’energia vincolante del nucleo. È l’energia che viene emessa quando le singole particelle si uniscono per formare il nucleo. L’energia di legame per nucleone aumenta con l’aumentare del numero atomico fino al raggiungimento di ferro o nichel., Per i nuclei più pesanti, l’energia di legame inizia a diminuire. Ciò significa che i processi di fusione con nuclei che hanno numeri atomici più alti sono un processo endotermico. Questi nuclei più massicci non possono subire una reazione di fusione che produce energia in grado di sostenere l’equilibrio idrostatico di una stella. Alla fine, a numeri atomici sufficientemente alti, l’energia di legame diventa negativa, risultando in un nucleo instabile.
Nube di elettroni
Gli elettroni formano una nube di elettroni molto più grande che circonda il nucleo., Questi elettroni sono legati ai protoni nel nucleo dalla forza elettromagnetica. Il numero di elettroni associati a un atomo è più facilmente modificato, a causa della minore energia di legame degli elettroni.
Gli atomi sono elettricamente neutri se hanno un numero uguale di protoni ed elettroni. Gli atomi che hanno un deficit o un surplus di elettroni sono chiamati ioni. Gli elettroni che sono più lontani dal nucleo possono essere trasferiti ad altri atomi vicini o condivisi tra atomi., Con questo meccanismo gli atomi sono in grado di legarsi in molecole e altri tipi di composti chimici come i cristalli di rete ionica e covalente.
Ogni elettrone in un atomo esiste in un particolare stato energetico all’interno di una regione caratteristica del nucleo definita da un orbitale atomico. Questa funzione matematica descrive il comportamento ondulatorio dell’elettrone in un particolare stato quantistico. L’elettrone può cambiare il suo stato a un livello di energia più elevato assorbendo un fotone con energia sufficiente per aumentarlo nel nuovo stato quantico., Allo stesso modo, attraverso l’emissione spontanea, un elettrone in uno stato di energia superiore può scendere a uno stato di energia inferiore mentre irradia l’energia in eccesso come fotone. Questi valori energetici caratteristici, definiti dalle differenze nelle energie degli stati quantistici, sono responsabili delle linee spettrali atomiche.
La forma della nube di elettroni.
Torna all’inizio della pagina