1 La struttura dell’atomo

Da che cosa è composto un atomo? 
Che cosa sono i gusci elettronici? 
Che cos’è il numero atomico? 

La parola atomo deriva da un vocabolo greco che significa «indivisibile»; a lungo infatti si è pensato che questa particella elementare della materia, che costituisce tutti i corpi, non fosse ulteriormente scomponibile. I progressi della scienza hanno invece consentito di scoprire che gli atomi sono formati a loro volta da particelle ancora più piccole, definite subatomiche: protoni, neutroni ed elettroni.

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PROTONI, NEUTRONI, ELETTRONI

In ogni atomo, protoni e neutroni formano il nucleo, cioè il corpo centrale dell’atomo. Attorno al nucleo, lungo orbite molto distanti, si muovono gli elettroni, che sono in numero pari ai protoni.
La distanza degli elettroni dal nucleo è talmente elevata che il volume occupato da un atomo è in realtà in gran parte vuoto, perché in rapporto alle dimensioni del nucleo e degli elettroni, lo spazio vuoto tra essi è enorme (1).
La massa di protoni e neutroni è simile ed è quasi 2000 volte più grande della massa degli elettroni, che risulta quindi trascurabile rispetto a quella del nucleo.
Oltre alla massa, un’altra caratteristica fondamentale di queste particelle è la carica elettrica: i protoni hanno carica elettrica positiva (indicata con +), gli elettroni hanno carica elettrica negativa (indicata con il segno −) e i neutroni non hanno carica, sono cioè elettricamente neutri.

Una particolarità importante delle cariche elettriche è che cariche di segno opposto si attraggono, mentre cariche di segno uguale si respingono (2). Elettroni e protoni, dunque, avendo carica di segno opposto, si attraggono, ed è questo fenomeno che trattiene gli elettroni di un atomo attorno al suo nucleo nonostante siano così distanti. Possiamo così anche intuire perché in tutti gli atomi il numero di elettroni è uguale al numero di protoni: poiché la carica negativa di un elettrone è uguale e opposta a quella positiva di un protone, la carica positiva dei protoni che stanno nel nucleo può attrarre solo una carica negativa equivalente, cioè un numero di elettroni pari a quello dei protoni. Per questa ragione gli atomi sono elettricamente neutri, cioè in una condizione di equilibrio elettrico.

I GUSCI ELETTRONICI

Nel loro movimento, gli elettroni non seguono traiettorie definite, ma si spostano all’interno di spazi concentrici, simili agli strati di una cipolla, posti a distanze crescenti dal nucleo e chiamati gusci elettronici (3).
Ogni guscio elettronico può ospitare un numero massimo di elettroni: il primo guscio, quello più vicino al nucleo, ne può ospitare al massimo 2; il secondo e il terzo, posti immediatamente all’esterno, 8; i gusci ancora più esterni un numero via via superiore. Più vicini sono al nucleo, più i gusci risentono dell’attrazione tra cariche opposte; per questo gli elettroni “riempiono” prima i gusci più interni. Per esempio, un atomo con 2 elettroni ha solo il primo guscio elettronico; un atomo con 12 elettroni, come quello del magnesio (4), ha i primi due gusci completi e il terzo guscio con due soli elettroni.