Atomi e molecole

Tutte le varie forme di materia esistenti sono costituite da sostanze semplici, o elementi, e da sostanze composte, o composti, risultanti dalla combinazione di due o più elementi differenti.

Un elemento è una sostanza che non può essere scomposta in sostanze più semplici per mezzo di reazioni chimiche. La più piccola parte di un elemento che ne conserva tutte le caratteristiche chimiche e fisiche è detta atomo: ciascuno dei 92 elementi naturali è formato da un differente tipo di atomi. Due o più atomi di uno stesso elemento possono combinarsi tra loro formando aggregati detti molecole elementari.

Un composto è una sostanza formata da atomi di due o più elementi differenti, combinati secondo determinati rapporti fissi. Tali combinazioni sono dette molecole composte. Una molecola (elementare o composta) è la più piccola parte di un elemento o di un composto che ne conserva tutte le caratteristiche chimiche e fisiche.

•    Struttura dell'atomo

L'atomo è formato da tre tipi fondamentali di particelle: protoni (che portano una carica elettrica positiva), neutroni (elettricamente neutri) ed elettroni (che portano una carica elettrica negativa). Protoni e neutroni sono riuniti nel nucleo, intorno al quale si muovono gli elettroni; in un atomo elettricamente neutro il numero degli elettroni è uguale a quello dei protoni.

La quasi totalità della massa dell'atomo si concentra nel nucleo: infatti, la massa dell'elettrone è poco meno di 2000 volte inferiore a quelle del protone o del neutrone.

I diversi elementi sono caratterizzati dal diverso numero di protoni nel nucleo, detto numero atomico Z. La somma del numero di protoni e di neutroni è definito numero di massa A. L'unità di misura della massa atomica è fissata in 1/12 della massa del carbonio-12 (detto così perché costituito da 6 protoni e 6 neutroni).

Quasi tutti gli elementi possiedono atomi che, pur avendo uguale numero atomico, hanno diversa massa atomica, dovuta alla presenza nel nucleo di un differente numero di neutroni: tali atomi sono detti isotopi e alcuni sono instabili (isotopi radioattivi). È per la presenza degli isotopi che il numero di massa di un elemento non è un numero intero, in quanto risulta dalla media pesata dei numeri di massa dei vari isotopi.

•    La distribuzione degli elettroni nell'atomo

Gli elettroni si muovono intorno al nucleo in regioni dello spazio dette orbitali raggruppati in strati a distanze crescenti dal nucleo. Gli elettroni negli orbitali più vicini al nucleo hanno energia minore e quelli negli orbitali più lontani dal nucleo hanno energia via via maggiore. Passando da uno strato a quello successivo l'energia non varia in modo continuo, ma secondo quantità ben definite, cioè in modo discreto (l'energia risulta cioè quantizzata). Per tale motivo i gruppi di orbitali appartenenti a ciascuno strato sono anche chiamati livelli di energia (e ciascun orbitale è detto sottolivello di energia).

Nel primo livello di energia, quello più vicino al nucleo, è presente un solo orbitale, che può accogliere 2 elettroni. Al secondo livello di energia corrispondono quattro orbitali in cui possono sistemarsi fino a 8 elettroni. Al terzo livello di energia corrispondono nove orbitali che possono ospitare fino a 18 elettroni e così via.

Il numero degli elettroni del livello più esterno (detti elettroni di valenza) determina il comportamento chimico di un elemento (v. fig. 1.1).

Gli elettroni possono essere in parte perduti o acquistati da un atomo nel corso di una reazione chimica: se sono ceduti si forma uno ione positivo, o catione; se sono acquistati si forma uno ione negativo, o anione. L'individualità chimica dell'atomo rimane comunque inalterata.