Atomo: differenze tra le versioni
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{{nota disambigua
{{Infobox particella
| immagine = Helium atom QM.svg
| didascalia = Una rappresentazione di un atomo di [[elio]] allo stato fondamentale. Si distinguono il [[Nucleo atomico|nucleo]] (rosa) e la ''nube elettronica'' (nero). La barra nera riporta la lunghezza di un [[ångström]].
| nome = Atomo
| composizione = [[Elettrone|Elettroni]] e un [[Nucleo atomico|nucleo]] composto da [[protoni]] e [[neutroni]]
| classificazione =
| famiglia =
| gruppo =
| interazione = [[Interazione gravitazionale|Gravitazionale]], [[Interazione elettromagnetica|elettromagnetica]], [[Interazione debole|debole]], [[Interazione forte|forte]]
| antiparticella = [[antiparticella]]
| teorizzata =
| scoperta =
| simbolo =
| massa = da 1,67 × 10<sup>−27</sup> a 4,52 × 10<sup>−25</sup> [[chilogrammo|kg]]
| carica_elettrica = zero (neutro), o la carica dello [[ione]]
| spin =
}}
L{{'}}'''atomo''' (dal [[Lingua greca antica|greco]] ἄτομος ''átomos'': ''indivisibile'') è la struttura nella quale la [[materia (fisica)|materia]] è organizzata in unità fondamentali che costituiscono gli [[elemento chimico|elementi chimici]]. Gli atomi si aggregano frequentemente in unità stabili dette [[molecole]] che caratterizzano molte [[sostanza pura|sostanze]].
Concepito come l'unità più piccola e indivisibile della materia secondo la dottrina atomistica dei [[filosofia greca|filosofi greci]] [[Leucippo]], [[Democrito]] ed [[Epicuro]], e teorizzato su base scientifica all'inizio del [[XIX secolo]], verso la fine dell'[[XIX secolo|Ottocento]], con la scoperta dell'[[elettrone]], fu dimostrato che l'atomo è composto da [[particella subatomica|particelle subatomiche]] (oltre all'elettrone, il [[protone]] e il [[neutrone]]).
Se nel mondo fisico abituale la materia, nei suoi [[stato della materia|stati]] [[solido]], [[liquido]] e [[gassoso]], è costituita dalle unità elementari degli atomi, a valori di [[pressione]] e [[temperatura]] sufficientemente elevati la loro esistenza non è possibile, determinandosi lo stato di [[plasma (fisica)|plasma]].
== Storia ==
Il modello atomico oggi riconosciuto è l'ultima tappa di una serie di ipotesi che sono state avanzate nel tempo. In [[età antica]] alcuni filosofi greci, quali Leucippo ([[V secolo a.C.]]), Democrito (V-[[IV secolo a.C.]]) ed Epicuro (IV-[[III secolo a.C.]]), e [[filosofia latina|romani]], quali [[Tito Lucrezio Caro]] ([[I secolo a.C.]]), ipotizzarono che la materia non fosse continua, ma costituita da particelle minuscole e indivisibili, fondando così la "teoria atomica". Questa corrente filosofica, fondata da Leucippo, venne chiamata "[[atomismo]]". Si supponeva che i diversi "atomi" fossero differenti per forma e dimensioni.
Democrito propose la "teoria atomica", secondo cui la materia è costituita da minuscole particelle, diverse tra loro, chiamate atomi, la cui unione dà origine a tutte le [[sostanza chimica|sostanze]] conosciute. Queste particelle erano la più piccola entità esistente e non potevano essere ulteriormente divise: per questo erano chiamate atomi.
In contrasto con questa teoria [[Aristotele]] (IV secolo a.C.), nella teoria della continuità della [[materia (fisica)|materia]], sostenne che una [[sostanza chimica|sostanza]] può essere suddivisa all'infinito in [[particella elementare|particelle]] sempre più piccole e uguali tra loro. Queste ipotesi rimasero tali in quanto non verificate con metodologie basate sull'osservazione e sull'esperimento.
Il [[corpuscolarismo]] è il postulato del XIII secolo dell'alchimista [[Jabir ibn Hayyan|Geber]], secondo il quale tutti i corpi fisici posseggono uno strato interno e uno esterno di particelle minuscole. La differenza con l'atomismo è che i corpuscoli possono essere divisi, veniva per questo teorizzato che il [[mercurio (elemento chimico)|mercurio]] potesse penetrare nei metalli modificandone la struttura interna. Il corpuscolarismo rimase la teoria dominante per i secoli successivi. Tale teoria servì come base a [[Isaac Newton]] per sviluppare la [[teoria corpuscolare della luce]].
[[File:A New System of Chemical Philosophy fp.jpg|thumb|Vari atomi e molecole rappresentati nella prima pagina di "A New System of Chemical Philosophy", di [[John Dalton]], pubblicato nel 1808]]
Tra gli atomisti dell'[[età moderna]] ci fu [[Pierre Gassendi]], per via del suo recupero dell'[[epicureismo]].
=== Origine del modello scientifico ===
Solo all'inizio del [[XIX secolo]] [[John Dalton]] rielaborò e ripropose la teoria di Democrito fondando la teoria atomica moderna, con la quale diede una spiegazione ai fenomeni chimici. Propose una legge secondo la quale le diverse quantità in peso di un elemento che si combinano con la stessa quantità di un altro elemento per formare composti diversi stanno tra loro in rapporti esprimibili mediante numeri interi piccoli ([[legge delle proporzioni multiple]]), ipotizzando quindi che la materia fosse costituita da atomi. Nel corso dei suoi studi Dalton si avvalse delle conoscenze chimiche e fisiche del tempo (la [[Legge della conservazione della massa (chimica)|legge della conservazione della massa]], formulata da [[Antoine Lavoisier]], e la [[legge delle proporzioni definite]], formulata da [[Joseph Louis Proust]]) ed espose la sua teoria nel libro ''A New System of Chemical Philosophy'', pubblicato nel 1808. La teoria atomica di Dalton si fondava su cinque punti:
* la [[materia (fisica)|materia]] è formata da piccolissime [[particelle elementari]] chiamate atomi, che sono indivisibili e indistruttibili;
* gli atomi di uno stesso [[elemento chimico|elemento]] sono tutti uguali tra loro;
* gli atomi di elementi diversi si combinano tra loro (attraverso [[reazione chimica|reazioni chimiche]]) in rapporti di numeri interi e generalmente piccoli, dando così origine a [[composto chimico|composti]];
* gli atomi non possono essere né creati né distrutti;
* gli atomi di un elemento non possono essere convertiti in atomi di altri elementi.
In definitiva questa è la definizione di atomo per Dalton: "Un atomo è la più piccola parte di un elemento che mantiene le caratteristiche chimiche di quell'elemento".
Questa viene considerata la prima teoria atomica della materia perché per primo Dalton ricavò le sue ipotesi per via empirica.
=== I
{{Vedi anche|Modello atomico di Thomson|Modello atomico di Nagaoka|Modello atomico di Rutherford|Modello atomico di Bohr}}[[
Con la scoperta della [[radioattività]] naturale si intuì successivamente che gli atomi non erano particelle indivisibili, bensì erano oggetti composti da parti più piccole. Nel 1902 [[Joseph John Thomson]] propose il primo modello fisico dell'atomo<ref>Caforio e Ferilli, Physica, Ed. Le Monnier, pag. 251.</ref>, successivamente alle sue ricerche sul rapporto tra la massa e la carica dell'elettrone.<ref name=lip7>{{Cita|Liptrot|p. 7}}.</ref> Egli immaginò che un atomo fosse costituito da una sfera fluida di materia caricata positivamente (protoni e neutroni non erano stati ancora scoperti) in cui gli elettroni (negativi) erano immersi ('''[[modello a panettone]]''', in inglese ''plum pudding model''<ref name=lip7/> o '''modello ad atomo pieno'''), rendendo neutro l'atomo nel suo complesso.<ref name=lip7/>
Questo modello fu superato quando [[Ernest Rutherford]] scoprì la presenza di un [[nucleo atomico]] caricato positivamente. Nel 1910, due allievi di Rutherford ([[Hans Wilhelm Geiger|Geiger]] e [[Ernest Marsden|Marsden]]) svolsero un [[Esperimento di Rutherford|esperimento cruciale]], con lo scopo di convalidare il modello di Thomson.<ref name=lip8>{{Cita|Liptrot|p. 8}}.</ref> Essi bombardarono un sottilissimo foglio di [[oro]], posto fra una sorgente di [[Particella α|particelle alfa]] e uno schermo.<ref name=lip8/> Le particelle, attraversando la lamina, lasciarono una traccia del loro passaggio sullo schermo. L'esperimento portò alla constatazione che i raggi alfa non venivano quasi mai deviati; solo l'1% dei raggi incidenti era deviato considerevolmente dal foglio di oro (alcuni venivano completamente respinti).
[[File:Rutherford atom.svg|thumb|L'atomo nel modello formulato da [[Ernest Rutherford|Rutherford]] è composto da un [[nucleo atomico]] positivo con gli [[elettrone|elettroni]] negativi che gli orbitano attorno come i [[pianeta|pianeti]] fanno attorno al Sole]]
Attraverso questo esperimento Rutherford propose un modello di atomo in cui quasi tutta la massa dell'atomo fosse concentrata in una porzione molto piccola, il nucleo (caricato positivamente) e gli elettroni gli ruotassero attorno così come i [[pianeti]] ruotano attorno al [[Sole]] ('''modello planetario''').<ref>{{Cita|Silvestroni|p. 2}}.</ref> L'atomo era comunque largamente composto da spazio vuoto, e questo spiegava il perché del passaggio della maggior parte delle particelle alfa attraverso la lamina. Il nucleo è così concentrato che gli elettroni gli ruotano attorno a distanze relativamente enormi, con orbite aventi un diametro da {{formatnum:10000}} a {{formatnum:100000}} volte maggiore di quello del nucleo. [[Ernest Rutherford|Rutherford]] intuì che i [[protoni]] (particelle cariche nel nucleo) da soli non bastavano a giustificare tutta la massa del nucleo e formulò l'ipotesi dell'esistenza di altre particelle, che contribuissero a formare l'intera massa del nucleo.
{{Approfondimento
|allineamento = sinistra
|titolo = Elettroni nel nucleo?
|style = "text-align:right"
|contenuto = Dopo l'[[scattering Rutherford|esperimento di Rutherford]] era abbastanza evidente che gli elettroni non potessero trovarsi all'interno del nucleo. Si può, però, pensare a una dimostrazione per assurdo: si supponga, per un momento, l'esistenza degli elettroni nel nucleo. Il suo raggio può essere stimato nell'ordine dei cinque [[femtometro|fm]].
L'[[quantità di moto|impulso]] dell'elettrone, nell'atomo, allora sarà:
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:<math>p = \frac {2 \pi \hbar}{\lambda} = \frac {2 \pi 193,7 MeV fm}{\lambda c}</math>
dove ''c'' è la [[velocità della luce]] e ''
A questo punto si fissa una [[lunghezza d'onda]] massima in
:''E''<sup>2</sup> = ''p''<sup>2</sup>''c''<sup>2</sup> + ''m''<sup>2</sup>''c''<sup>4</sup> = 125 MeV
Quindi, se ci fossero elettroni nel nucleo, la loro energia sarebbe 250 volte maggiore rispetto alla loro intera massa: elettroni così energetici, però, non sono mai stati emessi da alcun nucleo. L'unico indiziato, l'elettrone emesso nel [[decadimento beta]] dei nuclei, ha un intervallo di energia che va da pochi MeV
}} Il modello di Rutherford aveva incontrato una palese contraddizione con le leggi della [[fisica classica]]: secondo la teoria [[elettromagnetismo|elettromagnetica]], una carica che subisce un'[[accelerazione]] emette [[energia]] sotto forma di [[radiazione elettromagnetica]]. Per questo motivo gli elettroni dell'atomo di Rutherford, che si muovono di [[moto circolare]] intorno al nucleo, avrebbero dovuto emettere onde elettromagnetiche e quindi, perdendo energia, cadere nel nucleo stesso ('''teoria del collasso'''), cosa che evidentemente non accade.<ref>Il fenomeno dell'[[annichilazione]] invece avviene tra [[fisica delle particelle|particella]] e [[antiparticella]].</ref> Inoltre un elettrone, nel perdere energia, potrebbe emettere onde elettromagnetiche di qualsiasi [[lunghezza d'onda]], operazione preclusa nella teoria e nella pratica dagli studi sul [[corpo nero]] di [[Max Planck]] (e successivamente di [[Albert Einstein]]). {{chiarire|Solo la presenza di livelli di energia quantizzati per quanto riguarda gli stati degli elettroni poteva spiegare i risultati sperimentali: la stabilità degli atomi rientra nelle proprietà spiegabili mediante la [[meccanica quantistica]], crescenti con il numero atomico degli elementi secondo incrementi dei tempi di stabilità via via decrescenti ([[ottetto elettronico|regola dell'ottetto]] e [[regola dei 18 elettroni]]).}}
[[File:Bohr atom model.svg|thumb|upright=1.2|Nel modello di Bohr dell'[[atomo di idrogeno]], un elettrone può percorrere solamente alcune determinate traiettorie classiche. Queste traiettorie sono stabili e discrete, indicate con un numero intero progressivo <math>n = 1, 2, 3, \dots</math> Ogni qual volta l'elettrone scende a un'orbita inferiore emette radiazione elettromagnetica, sotto forma di un [[fotone]], di energia corrispondente all'energia persa in accordo con le evidenze sperimentali dello [[spettro dell'atomo di idrogeno]]).]]
Nel 1913 [[Niels Bohr]] propose una modifica concettuale al modello di Rutherford. Pur accettandone l'idea di ''modello planetario'' postulò che gli elettroni avessero a disposizione orbite fisse, dette anche "orbite quantizzate", queste orbite possedevano un'energia quantizzata (ossia un'energia già prestabilita identificata da un numero detto numero quantico principale N) nelle quali gli elettroni non emettevano né assorbivano energia (questa infatti rimaneva costante): in particolare, un elettrone emetteva o assorbiva energia sotto forma di [[Radiazione elettromagnetica|onde elettromagnetiche]] solo se effettuava una transizione da un'orbita all'altra, e quindi passava a uno stato a energia minore o maggiore. In seguito, [[Arnold Sommerfeld|Sommerfeld]] propose una correzione al modello di Bohr, secondo cui si aveva una buona corrispondenza fra la teoria e le osservazioni degli [[spettro (fisica)|spettri]] della radiazione emessa o assorbita degli atomi.
Molti elementi del modello non erano compatibili con le leggi della fisica classica di [[Isaac Newton|Newton]], poiché era fondato sulle idee dell'allora nascente [[meccanica quantistica]]. Ciò nonostante, il modello di Bohr-Sommerfeld si basava ancora su postulati e soprattutto funzionava molto bene per l'atomo di [[idrogeno]], ma non con quelli più complessi.
=== La meccanica ondulatoria e il modello atomico contemporaneo ===
{{vedi anche|Principio di indeterminazione di Heisenberg|Equazione di Schrödinger|Orbitale atomico}}
I punti deboli del modello di Bohr-Sommerfeld vennero riesaminati alla luce anche del [[principio di indeterminazione]] introdotto da [[Werner Karl Heisenberg]] nel 1927, il quale convinse la comunità scientifica che fosse impossibile descrivere esattamente il moto degli elettroni attorno al nucleo, motivo per cui ai modelli [[determinismo|deterministici]] fino ad allora proposti si preferì ricercare un modello [[probabilismo|probabilistico]], che fosse in grado di descrivere qualsiasi atomo con una buona approssimazione. Ciò fu reso possibile grazie ai successivi risultati della [[meccanica ondulatoria]].
Fu abbandonato il concetto di orbita e fu introdotto il concetto di [[orbitale atomico|orbitale]]. Secondo la meccanica quantistica non ha più senso infatti parlare di [[traiettoria]] di una particella: da ciò discende che non si può neanche definire con certezza dove un elettrone si trova in un dato momento. Ciò che è possibile conoscere è la [[probabilità]] di trovare l'elettrone in un certo punto dello [[spazio (fisica)|spazio]] in un dato istante di [[tempo]]. Un orbitale quindi non è una traiettoria su cui un elettrone (secondo le idee della fisica classica) può muoversi, bensì una porzione di spazio intorno al nucleo definita da una ''superficie di equiprobabilità'', ossia entro la quale c'è il 95% della probabilità che un elettrone vi si trovi.
In termini più rigorosi un orbitale è definito da una particolare [[funzione d'onda]], soluzione dell'[[equazione di Schrödinger]], caratterizzata da tre [[numero quantico|numeri quantici]] associati rispettivamente all'energia, alla forma e all'orientamento nello spazio dell'orbitale.
Nel 1932 [[James Chadwick|Chadwick]] scoprì il [[neutrone]], per cui si pervenne presto a un modello dell'atomo pressoché completo, in cui al centro vi è il nucleo, composto di protoni (elettricamente positivi) e neutroni (elettricamente neutri) e attorno ruotano gli elettroni (elettricamente negativi).
Lo studio del [[nucleo atomico]] e dei suoi componenti è legato allo sviluppo della [[fisica delle particelle]]; è stato possibile determinare in modo più completo la struttura del nucleo, per esempio tramite esperimenti con [[acceleratori di particelle]]. Secondo il [[modello standard]] delle particelle i protoni e i neutroni sono a loro volta formati da [[Quark (particella)|quark]]. La composizione del nucleo e l'interazione di protoni e neutroni all'interno di esso sono descritti da diversi [[modelli nucleari]].
== Componenti ==
L'atomo è composto principalmente da tre tipologie di [[particella subatomica|particelle subatomiche]] (cioè di dimensioni minori dell'atomo): i [[protone|protoni]], i [[neutrone|neutroni]] e gli [[elettrone|elettroni]].
In particolare:
* i protoni ([[carica elettrica|carichi]] positivamente<ref>[http://goldbook.iupac.org/P04906.html IUPAC Gold Book, "proton"].</ref>) e i neutroni (privi di carica<ref>[http://goldbook.iupac.org/N04116.html IUPAC Gold Book, "neutron"].</ref>) formano il "[[nucleo atomico|nucleo]]" (carico positivamente); protoni e neutroni sono detti quindi "[[Nucleone|nucleoni]]";<ref>[http://goldbook.iupac.org/N04247.html IUPAC Gold Book, "nucleon"].</ref> esiste anche la possibilità che un atomo non contenga neutroni<ref name="thermo">{{en}} [http://www.thermopedia.com/content/571 Thermopedia, "Atom"].</ref> (è il caso del [[Prozio (chimica)|prozio]], l'[[isotopo]] più comune dell'[[idrogeno]]);
* gli elettroni (carichi negativamente<ref>[http://goldbook.iupac.org/E01975.html IUPAC Gold Book, "electron"].</ref>) sono presenti in un atomo neutro nello stesso numero dei [[protone|protoni]]<ref>[http://goldbook.iupac.org/A00493.html IUPAC Gold Book, "atom"].</ref> e ruotano attorno al nucleo senza seguire un'orbita precisa (l'elettrone si dice quindi "delocalizzato"), rimanendo confinati all'interno degli [[Orbitale atomico|orbitali]] (o "livelli energetici"). Se il numero di elettroni presenti nell'atomo è differente dal numero di protoni, l'atomo perde la sua neutralità e si parla di "[[ione]]".<ref name=thermo/>
Esistono in realtà anche atomi costituiti da particelle differenti, detti "[[atomo esotico|atomi esotici]]". Tali atomi hanno comunque una vita molto breve.
In proporzione, se il nucleo atomico fosse grande quanto una mela, gli elettroni gli ruoterebbero attorno a una distanza pari a circa un [[chilometro]]; un nucleone ha massa quasi {{formatnum:1800}} volte superiore a quella di un elettrone.
Avendo la stessa carica positiva i protoni si dovrebbero respingere tra loro; ciò non avviene perché sono tenuti insieme dalla cosiddetta [[interazione forte|forza nucleare forte]].
La tabella seguente riassume alcune caratteristiche delle tre [[particelle subatomiche]] anzidette:<ref>L'elettrone, il protone e il neutrone non sono le uniche particelle subatomiche; infatti dopo la loro scoperta seguirono le scoperte di molte altre particelle subatomiche.</ref>
{| class="wikitable"
|-
!Particella
!Simbolo
!Carica
!Massa
!Note
|- style="font-size:90%"
|[[Elettrone]]
|''e<sup>−</sup>''
| −1,6 × 10<sup>−19</sup> [[Coulomb|C]]
|9,109 382 6 × 10<sup>−31</sup> kg
(0,51099 891 [[Elettronvolt|MeV]]/c²)
|Scoperto da [[Joseph John Thomson|Thomson]] in base alle esperienze sui [[raggi catodici]] di [[William Crookes]]. Con l'[[esperimento della goccia d'olio]] [[Robert Millikan|Millikan]] ne determinò la carica.
|- style="font-size:90%"
|[[Protone]]
|''p''
|1,6 × 10<sup>−19</sup> [[coulomb|C]]
|1,672 623 1 × 10<sup>−27</sup> kg
(9,3828 × 10<sup>2</sup> MeV/c²)
|Scoperto da [[Ernest Rutherford]] con l'esperimento dei raggi alfa, la sua esistenza fu ipotizzata già da [[Eugen Goldstein]], lavorando con i raggi catodici.
|- style="font-size:90%"
|[[Neutrone]]
|''n''
|0 [[Coulomb|C]]
|1,674 927 29 × 10<sup>−27</sup> kg
(9,39565 × 10<sup>2</sup> MeV/c²)
|Scoperto da [[James Chadwick]], la sua esistenza fu desunta a partire da contraddizioni studiate prima da [[Walther Bothe]], poi da [[Irène Joliot-Curie]] e [[Frédéric Joliot]].
|}
[[File:Atom.svg|thumb|Rappresentazione schematica di un atomo di [[elio]].<br />Attorno al nucleo, composto da due neutroni (in verde) e due protoni (in rosso), ruotano gli elettroni (in giallo).]]
Si definiscono due quantità per identificare ogni atomo:
* [[Numero di massa]] (''A''): la somma del numero di neutroni e protoni nel nucleo.<ref>[http://goldbook.iupac.org/M03726.html IUPAC Gold Book, "mass number"].</ref>
* [[Numero atomico]] (''Z''): il numero dei protoni nel nucleo,<ref>[http://goldbook.iupac.org/A00499.html IUPAC Gold Book, "atomic number"].</ref> che, allo stato neutro, corrisponde al numero di elettroni esterni a esso.<ref>Nel suo complesso ogni atomo presenta quindi carica elettrica nulla.</ref>
Per ricavare il numero dei neutroni si sottrae al numero di massa il numero atomico.
Esiste una grandezza che ne quantifica la massa, definita massa atomica, espressa in [[unità di massa atomica]] (o ''u''), dove una unità di massa atomica equivale alla dodicesima parte della massa di un atomo di [[Carbonio 12|carbonio-12]] (<sup>12</sup>C).<ref name="U06554">[http://goldbook.iupac.org/U06554.html IUPAC Gold Book, "unified atomic mass unit"].</ref> Il numero degli elettroni che ruotano attorno al nucleo è uguale al numero dei protoni nel nucleo: essendo le predette cariche di valore assoluto uguale, un atomo è normalmente elettricamente neutro e pertanto la materia è normalmente elettricamente neutra. Tuttavia esistono atomi o aggregati di atomi elettricamente carichi, chiamati [[ione|ioni]],<ref>[http://goldbook.iupac.org/I03158.html IUPAC Gold Book, "ion"].</ref> che possono essere generati per esempio da una [[Dissociazione (chimica)|dissociazione]] di [[entità molecolare|entità molecolari]] inizialmente neutre; gli ioni possono essere quindi di carica positiva o negativa.
Gli atomi aventi lo stesso numero atomico hanno le stesse proprietà chimiche: si è dunque convenuto a definirli appartenenti allo stesso [[elemento chimico|elemento]].<ref>[http://goldbook.iupac.org/C01022.html IUPAC Gold Book, "chemical element"].</ref>
Due atomi possono differire anche nell'avere numero atomico uguale ma diverso numero di massa (cioè uguale numero di protoni ma differente numero di neutroni): simili atomi sono detti [[isotopo|isotopi]]<ref>[http://goldbook.iupac.org/I03331.html IUPAC Gold Book, "isotopes"].</ref> e hanno medesime proprietà chimiche. Per esempio l'atomo di [[idrogeno]] ha più isotopi: in natura infatti esso è presente in grande maggioranza come <sup>1</sup>H (o [[Prozio (chimica)|prozio]], formato da un protone e un elettrone) e in minore quantità da <sup>2</sup>H (o [[deuterio]]<ref>Nell'[[acqua pesante]] gli atomi di idrogeno sono completamente sostituiti da quelli di deuterio.</ref>, che è formato da un protone, un neutrone e un elettrone) e <sup>3</sup>H (o [[trizio]], estremamente raro, formato da un protone, due neutroni e un elettrone). Dal punto di vista chimico, idrogeno, deuterio e trizio presentano identiche proprietà.
== Proprietà ==
=== Massa ===
Poiché la massa di un atomo deriva essenzialmente dai protoni e neutroni la massa totale di tali particelle in un atomo è chiamata [[massa atomica]]. Come [[unità di massa atomica]] si usa la dodicesima parte della massa di un atomo di [[carbonio]]-12 (<sup>12</sup>C); tale unità corrisponde a un [[Dalton (unità di misura)|dalton]] (Da)<ref>[http://goldbook.iupac.org/D01514.html IUPAC Gold Book, "dalton"].</ref> e vale approssimativamente {{M|1,66|e=-27}} kg.<ref name=U06554/>
=== Dimensione atomica ===
[[File:String theory.svg|thumb|left|La materia a diverse scale di grandezza:<br />1. [[Materia (fisica)|Materia]] (macroscopico)<br />2. [[Molecola|Struttura molecolare]] ('''atomi''')<br />3. '''Atomo''' ([[neutrone]], [[protone]], [[elettrone]])<br />4. [[Elettrone]]<br />5. [[Quark (particella)|Quark]]<br />6. [[Teoria delle stringhe|Stringhe]] (ipotetiche)]]
Gli atomi non hanno un contorno ben definito, in quanto la distanza degli elettroni rispetto al nucleo varia in ogni istante ed è influenzata dalle condizioni energetiche dell'atomo, in particolare aumenta all'aumentare della temperatura e diminuisce in seguito alla formazione di un legame chimico.
Per tale ragione le dimensioni degli atomi possono essere definite in diversi modi; in particolare si utilizzano le seguenti grandezze (che sono caratteristiche per ciascun elemento chimico):
* [[raggio atomico]]: è una grandezza definita nell'ambito della meccanica quantistica e si riferisce alla condizione di "atomo libero", cioè non legato a nessun altro atomo;<ref name=Barbucci>{{cita libro|autore= R. Barbucci, A. Sabatini, P. Dapporto|titolo= Tavola periodica e proprietà degli elementi|editore= Edizioni V. Morelli|città= Firenze|anno= 1998|cid= Tavola periodica e proprietà degli elementi|url= http://www.idelsongnocchi.it/online/vmchk/chimica/tavola-periodica-degli-elementi-iupac.html|urlmorto= sì|urlarchivio= https://web.archive.org/web/20101022060832/http://www.idelsongnocchi.it/online/vmchk/chimica/tavola-periodica-degli-elementi-iupac.html|dataarchivio= 22 ottobre 2010}}</ref>
* [[raggio covalente]]: corrisponde al raggio dell'atomo quando è legato ad altri atomi e può essere considerato pari alla distanza tra i nuclei dei due atomi uniti dal legame chimico; tale grandezza varia a seconda del tipo di legame chimico, il numero di atomi vicini (il numero di coordinazione) e lo [[spin]];
* [[raggio ionico]]: corrisponde alla grandezza dell'atomo quando è sotto forma di [[ione]].
Nella tavola periodica degli elementi il raggio atomico tende ad aumentare quando ci si muove dall'alto verso il basso lungo le colonne, mentre diminuisce andando da sinistra a destra (poiché l'aumento dei protoni nel nucleo aumenta la sua capacità di attrazione degli elettroni orbitanti); di conseguenza l'atomo con il raggio atomico più piccolo è l'atomo di [[elio]] (posizionato in alto a destra e avente raggio atomico di 49 pm),<ref name=Barbucci/> mentre uno degli atomi più grandi è l'atomo di [[Cesio (elemento chimico)|cesio]] (posizionato in basso a sinistra e avente raggio atomico di 334 pm).<ref name=Barbucci/> Queste dimensioni sono migliaia di volte più piccole della lunghezza d'onda della luce visibile (400–700 nm) e per tale ragione gli atomi non possono essere rilevati attraverso un microscopio ottico, mentre possono essere rilevati attraverso [[Microscopio elettronico a trasmissione|microscopi elettronici a trasmissione]] (TEM) o [[Microscopio a effetto tunnel|microscopi a scansione per effetto tunnel]] (STM).
[[File:HAtomOrbitals.png|thumb|[[Orbitale atomico]]]]
Per avere un'idea della dimensione di un atomo può essere utile confrontare tale dimensione con quella di oggetti più grandi, per esempio:
* il diametro di un capello umano corrisponde a circa un milione di atomi di carbonio disposti in fila;
* una goccia d'acqua contiene {{M|2|e=21}} atomi di ossigeno e {{M|4|e=21}} atomi di idrogeno;
* se una mela diventasse della dimensione della [[Terra]], gli atomi nella mela sarebbero approssimativamente delle dimensioni della mela originale.
=== Proprietà chimiche ===
Le proprietà chimiche di un atomo, cioè la sua capacità a formare [[legame chimico|legami]] con altri atomi, dipendono principalmente dalla sua struttura elettronica<ref name=thermo/> (e quindi indirettamente dal numero di protoni, essendo uguale il numero di elettroni e protoni di un atomo), mentre non è influenzata dal numero di neutroni. Da ciò deriva l'utilità di classificare gli atomi nella [[tavola periodica degli elementi]], dove a ciascun elemento corrispondono gli isotopi aventi la stessa struttura elettronica, a prescindere dal numero di neutroni.
{{clear}}
==Fotografia==
Nel 2018 è stata scattata agli atomi di [[praseodimio]] una fotografia con la più alta risoluzione mai realizzata e ingrandita 100 milioni di volte, catturando uno spessore variabile da alcune decine a centinaia di atomi. Il risultato è entrato nel Guinness World Record del 2018.<ref>{{Cita web|lingua=it-IT|autore=Pasquale D'Anna|url=https://www.passioneastronomia.it/rilasciata-la-foto-di-un-atomo-con-la-piu-alta-risoluzione-mai-scattata/|titolo=Rilasciata la foto di un atomo con la più alta risoluzione mai scattata|sito=Passione Astronomia|data=2025-02-01|accesso=2025-02-02}}</ref>
La tecnica utilizzata la psicografia elettronica che prevede di sparare un fascio di circa un miliardo di elettroni al secondo sul materiale da analizzare. Se da un lato non è possibile conoscere l'esatta collocazione degli atomi, dall'altra è possibile calcolare dove si andranno a collocare i loro bersagli.
Sulla base del pattern di macchie generato dall’impatto di questi elettroni, gli algoritmi tecnologici possono calcolare dove si trovano gli atomi.<ref>{{Cita web|lingua=en|autore=Anna Blaustein|url=https://www.scientificamerican.com/article/see-the-highest-resolution-atomic-image-ever-captured/|titolo=See the Highest-Resolution Atomic Image Ever Captured|sito=Scientific American|data=2021-08-01|accesso=2025-02-02}}</ref>
== Note ==
<references/>
== Bibliografia ==
* {{cita libro | cognome= Silvestroni | nome= Paolo | titolo= Fondamenti di chimica | editore= CEA | città= | anno= 1996 | ed= 10 | isbn= 88-408-0998-8 | cid= Silvestroni}}
* {{cita libro | autore-capitolo-cognome=Asimov | autore-capitolo-nome=Isaac | titolo=Breve storia della chimica - Introduzione alle idee della chimica | annooriginale=1965 | editore=Zanichelli | città=Bologna | anno=1968 | wkautore-capitolo=Isaac Asimov | capitolo=5 | isbn=88-08-04064-X }}
* {{cita libro | cognome= Liptrot | nome= Geoffrey Frank | coautori = J. J. Thompson, G. R. Walker | titolo= Modern Physical Chemistry | editore= HarperCollins Publishers Limited | città= | anno= 1982 | lingua= inglese | isbn= 0-00-322318-3 | cid= Liptrot | url= http://books.google.co.uk/books?id=E0iSAAAACAAJ}}
== Voci correlate ==
* [[
* [[
* [[Atomo
* [[
* [[Molecola]]
* [[Sostanza pura]]
* [[Quark (particella)]]
* [[Costante di Avogadro]]
* [[Storia della chimica]]
* [[Atomo di Bohr]]
* [[Superatomo]]
== Altri progetti ==
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== Collegamenti esterni ==
* {{Collegamenti esterni}}
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