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Atomi e molecole: dall’idea visionaria degli indivisibili ( dal latino ătomus, a sua volta dal greco ἄτομος, formato da ἀ-, cioè “non” e dalla radice τέμνω cioè “tagliare”; significa quindi “che non si può tagliare” perciò “indivisibile ) del filosofo greco Democrito (Abdera, 460 a.C. – 370 a.C. circa) , al modello atomico del fisico Bohr (Copenaghen, 1885 – 1962) .
Atomi e molecole: Democrito.
Fin dall’antichità l’uomo si è chiesto quali fossero gli elementi fondamentali che costituivano tutto il mondo naturale. Che cosa poteva osservare se non il vento che soffiava, l’acqua che dava la vita, la terra che faceva germogliare le piante, li fuoco che bruciava… ? Ecco, questi erano gli elementi comuni della natura che i filosofi dell’antica Grecia pensavano come il principio di tutte le cose: l’aria da Anassimene, l’acqua da Talete, e il fuoco da Eraclito. A questa concezione oppose le proprie idee Democrito, il primo che 2500 anni fa introdusse il termine atomo. Empedocle (490-430 a.C.) aggiunse tra i principi la terra e concluse quindi che erano sufficienti solo “quattro elementi” base e non infiniti atomi per comprendere la pluralità della materia ed il suo reale divenire.
Secondo Democrito tutto è formato da atomi, particelle piccolissime diverse solo per forma e grandezza. Essi si muovono e si combinano dando origine a tutte le cose, anche all’anima dell’uomo! Ma la teoria atomica della natura trovò molti oppositori, tra cui il grande filosofo Aristotele, che ritornò alla concezione basata sui quattro elementi. La grandezza dei pensiero di Aristotele fu tale che le sue idee non vennero quasi mai contestate, anche quando erano evidentemente sbagliate. E fu così che di atomi non si parlò più per quasi 2000 anni.
Atomi e molecole.
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.
Intorno al nucleo si muovono rapidissimamente altre particelle: gli elettroni. Essi hanno una massa così piccola che ne servono 1836 per uguagliare la massa di un protone. Anche gli elettroni hanno una carica elettrica, ma essa è diversa da quella del protone: è una carica elettrica negativa.
Atomo neutro.
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.
Numero atomico.
Pur essendo tutti formati dalle stesse particelle, gli atomi non sono tutti uguali tra loro: alcuni sono più piccoli, altri più grandi. La piccolezza o la grandezza di un atomo dipende dal numero di protoni del suo nucleo. L’atomo più piccolo ha il nucleo composto da un solo protone; il più grande in natura possiede ben 92 protoni.
Questi atomi hanno un diverso numero atomico, termine che indica quanti protoni sono presenti nel nucleo: il primo ha numero atomico 1 perché ha un solo protone e il secondo ha numero atomico 92 perché ha 92 protoni.
Il numero atomico permette di distinguere un atomo da un altro: questo consente anche di dare un nome a ciascuno di essi. L’atomo più piccolo, quello con un solo protone, è l’idrogeno; il più grande in natura si chiama uranio e ha 92 protoni. 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, il gas che ci permette di respirare. Imparerai il nome di molti altri atomi: carbonio, rame, ferro, oro, argento, sodio, cloro…
Essi si definiscono elementi chimici.
Atomi e molecole. Gli elementi chimici.
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.
Le molecole.
Gli atomi si possono unire tra loro, con un atomo dello stesso tipo o di tipo diverso. Si formano così le molecole. Ma che cos’è una molecola?
E la più piccola particella di una sostanza che ne conserva tutte le proprietà.
Per indicare le molecole si usano segni convenzionali (scelti e quindi riconosciuti da tutti gli studiosi): si scrivono i simboli degli atomi che le costituiscono e in basso a destra di ogni simbolo si indica un numero, che corrisponde al numero di atomi di quell’elemento presenti nella molecola stessa.
Un esempio di molecola è la molecola dell’acqua. Se potessimo spezzare questa particella, i suoi frammenti non sarebbero più acqua ma altre sostanze. La molecola dell’acqua è infatti costituita da tre atomi: due atomi di idrogeno (H) e uno di ossigeno (0) legati tra loro. Così accade per tutte le sostanze. La molecola dell’ammoniaca, cioè la più piccola quantità di materia che ha le caratteristiche di questa sostanza, per esempio, è formata da un atomo di azoto (N) e tre di idrogeno (H) tra loro uniti; la molecola dell’ossigeno, il gas che respiriamo, è formata da due atomi di ossigeno (0) legati tra loro.
Due gruppi di sostanze.
Osservando gli atomi che compongono una molecola possiamo distinguere tutte le sostanze in due grandi gruppi:
LE MOLECOLE NEGLI ELEMENTI: Gli elementi sono sostanze la cui molecola è costituita da atomi tutti uguali tra loro. L’ossigeno che respiriamo, per esempio, è un elemento, perché la sua molecola è formata da due atomi di ossigeno. Anche il rame è un elemento, perché è costituito da molecole formate ognuna da un atomo di rame.
LE MOLECOLE NEI COMPOSTI: I composti sono sostanze la cui molecola è costituita da atomi tra loro diversi. Il sale da cucina (o cloruro di sodio), in cui sono presenti atomi di cloro e atomi di sodio, è appunto un composto, e così l’ammoniaca, nella quale sono legati un atomo di azoto e atomi di idrogeno e il carbonato di cobalto, in cui ci sono atomi di cobalto, carbonio e ossigeno.
