Tutti gli atomi sono formati da 3 tipi di particelle più piccole (particelle subatomiche):
- Il protone il quale possiede la più piccola quantità di carica positiva finora osservata in natura (1,6.10-19 coulomb) e massa pari a 1,67.10-24 g.
- Il neutrone il quale non possiede carica elettrica e presenta una massa dello stesso ordine di grandezza del protone.
- l'elettrone il quale possiede la più piccola quantità di carica elettrica negativa finora osservata, pari ma di segno opposto a quella del protone. L'elettrone presenta una massa circa 2000 volte inferiore rispetto a quella di un protone (1/1836).
Ricordiamo che cariche dello stesso segno si respingono, mentre cariche di segno contrario si attraggono.
Gli atomi sono costituiti da una massiccia parte centrale positiva, formata da protoni e neutroni, dettanucleo, e da una nuvola di elettroni che orbitano a grandi distanze dal nucleo a velocità enormi dell'ordine di 108 km/s.
[biologia appunti]
Si noti come non sempre la misura precisa di una grandezza fisica sia interessante. A volte è sufficiente conoscere il suo ordine di grandezza. In tal caso è necessario esprimere le sue dimensioni come una potenza di 10 (notazione esponenziale). Il confronto tra ordini di grandezza è più significativo ed immediato, essendo sufficiente eseguire la differenza tra gli esponenti del 10.
Ad esempio, se vogliamo avere un’idea delle proporzioni di un atomo, possiamo confrontare le sue dimensioni con quelle del suo nucleo. Dunque praticamente tutta la massa dell'atomo é concentrata nel suo nucleo, in una regione delle dimensioni dell’ordine di 10-13 cm.
Ma il volume dell'atomo é costituito dalle orbite elettroniche, le quali danno all'atomo una dimensione totale dell'ordine di 10-8 cm (1 ångstrom), 5 ordini di grandezza superiore a quelle del nucleo (13-8=5).
Per renderci conto della distanza esistente tra nucleo ed elettroni, basti pensare che se il nucleo avesse un diametro di 1 cm, gli elettroni dovrebbero girare ad una distanza 105 = 100.000 volte maggiore, pari a 100.000 cm = 1 km. In tal modo possiamo affermare che la materia comune é formata più di vuoti che di pieni, una specie di colabrodo la cui apparenza di solidità é legata al moto vorticoso degli elettroni (un po' come un'elica di un aereo che, girando, ci appare come un muro impenetrabile).
Normalmente un atomo possiede tanti elettroni quanti protoni, per cui, complessivamente, esso risulta neutro.
Gli atomi si legano tra loro a formare i diversi composti chimici rimanendo a contatto con la superficie del guscio elettronico (i gusci elettronici non permettono infatti agli atomi di avvicinarsi oltre una certa distanza in virtù della repulsione elettrostatica esistente tra cariche dello stesso segno).
Cosa distingue dunque i 92 tipi di atomi tra loro, dato che sono costituiti tutti di protoni, neutroni ed elettroni? Cosa rende un atomo di Ferro diverso da un atomo di Oro?
La risposta é il numero di protoni. Tale numero é una specie di carta di identità per l'atomo e viene chiamatonumero atomico Z (dal tedesco Zahl = numero).
Un atomo con 6 protoni é solo ed esclusivamente l'atomo di Carbonio (simbolo chimico C).
Un atomo con 8 protoni é solo l'atomo di Ossigeno (simbolo chimico O).