La struttura subatomica dell'atomo

La Struttura Subatomica dell'Atomo

La scoperta della struttura subatomica dell'atomo è stata una pietra miliare nella fisica moderna. Il modello atomico di Rutherford, emerso dai suoi esperimenti di diffusione di particelle alfa, ha rivelato che l'atomo è composto da un nucleo centrale denso, contenente protoni con carica positiva e neutroni privi di carica elettrica. Gli elettroni, scoperti da J.J. Thomson prima dell'esperimento di Rutherford, sono particelle subatomiche con carica negativa e massa molto inferiore rispetto ai protoni, orbitanti attorno al nucleo in una nube elettronica. La massa di un elettrone è approssimativamente 1/1836 di quella di un protone. Il neutrone, la cui esistenza fu confermata sperimentalmente da James Chadwick, contribuisce alla massa dell'atomo senza influenzarne la carica elettrica totale. Il modello atomico che ne risulta prevede un nucleo composto da protoni e neutroni, circondato da elettroni in movimento.

Il Numero Atomico e il Numero di Massa

Il numero atomico (Z) identifica univocamente un elemento chimico e corrisponde al numero di protoni nel nucleo di un atomo di quell'elemento. Poiché gli atomi sono elettricamente neutri, il numero atomico determina anche il numero di elettroni nella nube elettronica. Per esempio, l'idrogeno, con un solo protone, ha un numero atomico di 1. Il numero di massa (A) è la somma dei protoni e dei neutroni nel nucleo. Per calcolare il numero di neutroni, si sottrae il numero atomico dal numero di massa. Gli isotopi di un elemento hanno lo stesso numero atomico ma differiscono nel numero di massa a causa del diverso numero di neutroni nel nucleo.

Gli Isotopi e le loro Proprietà

Gli isotopi sono forme di un elemento che possiedono lo stesso numero atomico ma un diverso numero di neutroni, risultando in un diverso numero di massa. Il carbonio, ad esempio, ha tre isotopi naturali: carbonio-12, carbonio-13 e carbonio-14, con 6, 7 e 8 neutroni rispettivamente. Dal punto di vista chimico, gli isotopi di un elemento si comportano in modo quasi identico, ma possono avere proprietà fisiche distinte, come la stabilità e la radioattività. Il carbonio-14, ad esempio, è radioattivo e viene utilizzato nella datazione radiometrica, mentre il carbonio-12 e il carbonio-13 sono stabili.

La Tavola Periodica degli Elementi

La tavola periodica è un sistema di classificazione degli elementi basato sul numero atomico crescente, che riflette l'incremento del numero di protoni ed elettroni. Gli elementi sono organizzati in 7 periodi orizzontali e 18 gruppi verticali, con elementi dello stesso gruppo che mostrano proprietà chimiche simili a causa delle configurazioni elettroniche analoghe. I periodi rappresentano i livelli energetici occupati dagli elettroni, con il primo periodo che include solo l'idrogeno e l'elio. La tavola periodica è in continua evoluzione con l'aggiunta di nuovi elementi sintetizzati e attualmente ne conta 118, di cui circa 90 si trovano in natura e il resto sono stati creati artificialmente.

Massa Atomica e Identificazione degli Elementi

La massa atomica di un elemento è un valore medio ponderato che tiene conto dell'abbondanza relativa dei suoi isotopi naturali e delle loro masse. Viene espressa in unità di massa atomica (u), definita come un dodicesimo della massa di un atomo di carbonio-12. Nella tavola periodica, ogni elemento è rappresentato da una casella che include il suo simbolo chimico, il numero atomico e la massa atomica. Quest'ultima fornisce informazioni essenziali per il calcolo delle masse atomiche relative e per comprendere le proprietà chimiche e fisiche degli elementi.