LA POSIZIONE INCERTA DEGLI ELETTRONI

Dopo il video sulla grandezza dell'atomo, passiamo ad un altro video, molto interessante, sugli elettroni e sulla loro localizzazione intorno al nucleo. E' in inglese, ma si capisce benissimo; inoltre ci sono i sottotitoli.

Buona visione, è molto carino!

                           

COME SI DISPONGONO GLI ELETTRONI INTORNO AL NUCLEO

Gli elettroni non sono distribuiti a caso nello spazio intorno al nucleo; In realtà essi non si muovono lungo orbite fisse (come un treno lungo i binari), ma si allontanano e si avvicinano al nucleo, viaggiando a una velocità così elevata (prossima alla velocità della luce, circa 300.000 km al secondo), che è praticamente impossibile stabilire contemporaneamente, in un determinato istante, la loro posizione e la loro velocità (principio di indeterminazione di Heisenberg).
Di ogni elettrone possiamo solamente definire lo spazio tridimensionale intorno al nucleo all’interno del quale abbiamo un’elevata probabilità di trovare l’elettrone stesso. È come se l’elettrone fosse “contenuto” (con alta probabilità) all’interno di una nube (di dimensioni, forma e orientamento spaziale definiti matematicamente), che chiamiamo orbitale.

L’orbitale è quindi la porzione di spazio tridimensionale disposta intorno al nucleo, all’interno della quale abbiamo un’alta probabilità (più del 90%) di trovare l’elettrone.

Il primo stato è quello di raggio più piccolo e può contenere al  massimo due elettroni; il secondo strato è più grande e può contenere al massimo 8 elettroni; il terzo è ancora più grande e può contenere al massimo 18 elettroni, tuttavia negli elementi più semplici ne contiene 8.

Gli atomi più complessi giungono ad avere fino a 7 strati, ma ( ad eccezione del primo strato) l'ultimo ne può contenere al massimo 8. Gli atomi che hanno 8 elettroni nell'ultima orbita sono molto stabili e non tendono a formare legami chimici, come vedremo.

 Puoi trovare la configurazione elettronica di tutti gli elementi in questa tavola periodica  interattiva , molto utile per capire perchè gli atomi siano stati disposti così.

Naturalmente questa è una spiegazione ultra semplificata rispetto alla realtà, tuttavia questo per voi può bastare.

Aggiungo una App, dal sito http://lnx.sinapsi.org/wordpress/2011/09/28/costruisci-latomo/, intuitiva, semplice, molto carina !

Ma forse più bella ancora è questa app dalla Colorado University, dice anche quando un nucleo è instabile!

                                                            

L'ATOMO IN PILLOLE

L'atomo, la particella che come un mattone costituisce tutta la materia, non è un corpicciolo semplice. Esso è a sua volta composto da particelle elementari piccolissime: i protoni, i neutroni e gli elettroni.

I protoni e i neutroni formano insieme quello che possiamo definire il cuore dell'atomo: il nucleo.

Queste due particelle hanno più o meno la stessa massa, cioè sono formate da una quantità di materia quasi uguale. Il protone, però, è diverso dal neutrone perché ha una proprietà, chiamata carica elettrica positiva, che il neutrone non possiede. 

Attorno al nucleo ruotano rapidissimamente gli elettroni, che sono carichi negativamente e la cui massa è di circa 2.000 volte inferiore a quella di un protone, precisamente ne servono 1836 per uguagliare la massa di un protone. I fisici hanno calcolato che un elettrone pesa mediamente 9X10-28 grammi, il che significa che per ottenere un grammo di elettroni dovremmo accumularne novecento miliardi di miliardi di miliardi. 

In un atomo in condizioni normali il numero degli elettroni è sempre uguale a quello dei protoni: a un certo numero di cariche positive corrisponde un ugual numero di cariche negative. L'atomo, dunque, risulta neutro, né positivo né negativo.

Gli elettroni, il cui numero varia da elemento a elemento,  come abbiamo detto, sono in continuo movimento e ruotano attorno al nucleo come i pianeti intorno al sole, con la sola differenza che le orbite sono meno precise. Le ridottissime dimensioni e l'altissima velocità, tipiche degli elettroni, fanno si che l'orbita tracciata da questa piccola particella appaia all'occhio umano come una specie di onda luminosa, in cui è impossibile individuare la posizione dell'elettrone.

 Il numero di protoni ( e quindi degli elettroni ) nel nucleo è detto numero atomico e si abbrevia con la lettera maiuscola Z; Con il numero di massa si indica la somma del numero dei neutroni  e dei protoni.

Pur essendo tutti formati dalle stesse particelle, gli atomi non sono tutti uguali tra loro: alcuni sono più piccoli, altri più grandi e questo dipende dal numero di protoni del suo nucleo. 

Immagine dell'orbita di un elettrone in un atomo di idrogeno H

L'atomo che possiede 7 protoni è quello dell'azoto, una sostanza presente nell'aria; l'atomo con numero atomico 8, cioè con 8 protoni, è l'ossigeno.

Ecco qui  il nome di altri atomi: carbonio, rame, ferro, oro, argento, sodio, cloro...

Ogni elemento chimico, per brevità, è indicato con un simbolo, che deriva dal nome dell'atomo. Ogni simbolo è formato dalla prima o dalle prime due lettere del nome dell'atomo, per non creare confusione tra atomi i cui nomi hanno la stessa iniziale

Per esempio il simbolo del carbonio è C (si legge ci), quello del calcio è Ca (si legge ci-a) e quello del cloro è Cl (si legge ci-elle). Ci sono poi alcuni elementi il cui simbolo è molto diverso da quello del loro nome.

Così il simbolo dell'oro è Au, perché è ricavato dal termine latino aurum; quello del rame è Cu, perché gli antichi romani chiamavano il rame cuprum. 

Il nucleo è circa 100 000 volte più piccolo dell'intero atomo, esso perciò è estremamente denso, tra i diametri del nucleo e dell’atomo c’e un rapporto pari a quello fra la capocchia di uno spillo e la cupola della basilica di San Pietro a Roma. Poiché tutto sulla terra è fatto di atomi, ciò vuol dire che il nostro corpo e la sedia su cui siamo seduti, sono composti da una quantità di spazio vuoto un milione di milioni di volte maggiore dello spazio occupato dalla materia.

La tavola periodica degli elementi è lo schema col quale vengono ordinati gli atomi sulla base del loro numero atomico.  Ideata dal chimico russo Mendeleev nel 1869, inizialmente contava numerosi spazi vuoti, previsti per gli elementi che sarebbero stati scoperti in futuro, taluni nella seconda metà del 1900. 

A questo punto verrebbe naturale domandarsi: che cosa tiene uniti i protoni, che sono di carica positiva? I protoni sono legati fra loro da una forza cento volte più forte di quella elettrica; questa forza misteriosa prende il nome di interazione forte. I neutroni hanno la funzione di stabilizzare il nucleo, ma quando i protoni sono molti, l'atomo diventa instabile ed emette radiazioni o particelle ( elettoni, protoni, raggi gamma)