Benvenuto [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
Tutto ciò che puoi vedere, toccare, annusare o assaggiare proviene dagli atomi. [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
Il tuo corpo. L'aria. Lo schermo su cui stai leggendo questo. La stella più lontana. [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
Gli atomi sono così piccoli che una singola goccia d'acqua contiene più atomi di quanti siano le stelle nell'universo observable. [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
In questa lezione, andremo a ingrandire: molto in profondità: e scopriremo cosa sono gli atomi, come si ver
Warm-Up
Prima di immergerci, iniziamo con la tua immaginazione.
Anatomia di un Atomo
Le Parti di un Atomo
Ogni atomo ha tre tipi di particelle:
Protoni: carichi positivamente, si trovano nel nucleo (centro)
Neutroni: privi di carica, anch'essi nel nucleo
Elettroni: carichi negativamente, orbitano intorno al nucleo in una nuvola elettronica
Il nucleo è incredibilmente piccolo rispetto all'intero atomo. Se un atomo fosse grande come uno stadio di calcio, il nucleo sarebbe una biglia sulla linea delle 50 yard. Gli elettroni sarebbero moscerini che ronzano sui sedili superiori.
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Ecco il fatto chiave: il numero di protoni definisce a quale elemento appartiene un atomo. Questo numero è chiamato numero atomico. [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
Ogni atomo di idrogeno ha esattamente 1 protone. Ogni atomo di carbonio ha esattamente 6. Ogni atomo di oro ha esattamente 79. [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
Cambia il numero di protoni e cambi completamente l'elemento. [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
Cosa rende un elemento? [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
L'oro ha 79 protoni. Il ferro ha 26 protoni. Hanno un aspetto diverso, una sensazione diversa e si comportano diversamente. [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
Ma entrambi sono semplicemente insiemi di protoni, neutroni ed elettroni. [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
La Mappa di Mendeleev
Il Foglio di Trucchi Più Potente della Scienza
Nel 1869, un chimico russo di nome Dmitri Mendeleev fece qualcosa di brillante. Scrisse gli elementi noti su delle carte e li dispose in base al peso atomico.
Notò che gli elementi con proprietà simili apparivano a intervalli regolari: un modello periodico.
Li dispose in una tabella con righe (periodi) e colonne (gruppi).
La mossa geniale: Mendeleev lasciò degli spazi vuoti. Prese che elementi non ancora scoperti li avrebbero riempiti: e aveva ragione. Il gallio e il germanio furono scoperti anni dopo, corrispondendo quasi perfettamente alle sue previsioni.
Periodi (righe): Ogni riga rappresenta un nuovo guscio elettronico che si riempie.
Gruppi (colonne): Gli elementi nella stessa colonna hanno lo stesso numero di elettroni esterni: ed è per questo che si comportano in modo simile.
La tabella si divide approssimativamente in metalli (a sinistra e al centro: lucenti, conduttori, malleabili), non metalli (in alto a destra: gas, solidi fragili), e metalloidi (lungo la linea a scala: proprietà di entrambi).
E poi ci sono i gas nobili nella colonna più a destra: elio, neon, argon. Hanno gusci elettronici esterni completi, quindi quasi mai reagiscono con niente. Sono i solitari della tavola periodica.
Modelli nella Tavola
Litio, sodio e potassio sono tutti nella colonna 1 della tavola periodica. Tutti e tre sono metalli morbidi che reagiscono violentemente con l'acqua.
Fluoro, cloro e bromo sono tutti nella colonna 17. Tutti e tre sono non metalli altamente reattivi che amano sottrarre elettroni da altri atomi.
Come si Connettono gli Atomi
Perché gli atomi formano legami
La maggior parte degli atomi non è stabile da sola. Desiderano avere un guscio elettronico esterno completo: come quello dei gas nobili.
Per raggiungerlo, gli atomi formano legami con altri atomi in due modi principali:
Legami ionici: un atomo trasferisce elettroni a un altro.
Il sale da cucina (NaCl) è l'esempio classico. Il sodio ha 1 elettrone esterno che vuole perdere. Il cloro ha 7 elettroni esterni e ne vuole uno in più. Il sodio cede il suo elettrone al cloro. Ora entrambi hanno gusci elettronici esterni completi: ma il sodio è carico positivamente (ha perso un elettrone) e il cloro è carico negativamente (ha guadagnato un elettrone). Le cariche opposte si attraggono e si uniscono.
Legami covalenti: gli atomi condividono gli elettroni.
L'acqua (H₂O) funziona così. L'ossigeno ha bisogno di 2 elettroni in più. Ogni idrogeno ne ha 1 da condividere. Quindi l'ossigeno condivide gli elettroni con due idrogeni. Nessuno rinuncia a nulla: cooperano.
I composti ionici tendono a formare cristalli e a sciogliersi in acqua. I composti covalenti tendono a formare molecole: unità individuali come H₂O o CO₂.
Perché il sale si scioglie
Quando fai cadere un cristallo di sale in un bicchiere d'acqua, esso scompare. Il solido si rompe e gli ioni di sodio e cloro si diffondono nell'acqua.
Questo accade perché l'acqua è una molecola polare: l'estremità dell'ossigeno è leggermente negativa e le estremità dell'idrogeno sono leggermente positive.
Cos'è una Reazione?
I reagenti diventano prodotti
Una reazione chimica avviene quando gli atomi riorganizzano i loro legami per formare nuove sostanze.
I materiali di partenza sono chiamati reagenti. I risultati sono chiamati prodotti.
Una regola assoluta: gli atomi non vengono mai creati né distrutti in una reazione chimica. Questa è la legge di conservazione della massa. Ogni atomo che entra deve uscire: solo riorganizzato.
Le reazioni possono essere esotermiche (rilasciano energia: fuoco, esplosioni, scaldamani) o endotermiche (assorbono energia: impacchi freddi, fotosintesi, cuocere un uovo).
La chimica è ovunque:
- Ruggine: ferro + ossigeno → ossido di ferro. Lenta, esotermica.
- Combustione: combustibile + ossigeno → anidride carbonica + acqua. Veloce, molto esotermica.
- Fotosintesi: anidride carbonica + acqua + luce solare → glucosio + ossigeno. Endotermica: la pianta immagazzina l'energia del sole nei legami chimici.
Ognuna di queste è semplicemente atomi che rompono vecchi legami e ne formano di nuovi.
Chimica della ruggine
Probabilmente hai visto la ruggine su vecchie automobili, attrezzi o chiodi. La ruggine si forma lentamente, ma è una vera reazione chimica.
L'equazione chimica è: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃
Questo significa: quattro atomi di ferro reagiscono con tre molecole di ossigeno per produrre due unità di ossido di ferro (ruggine).
La Chimica nella Tua Vita
Vivi Dentro un Laboratorio di Chimica
La chimica non è qualcosa che succede solo nelle becher. È presente tutto intorno a te, in ogni momento.
Cucina: Quando rosoli la carne o fai tostare il pane, si tratta della reazione di Maillard: amminoacidi e zuccheri che si riorganizzano in centinaia di nuovi composti aromatici.
Medicina: Ogni farmaco è una molecola progettata per adattarsi a un recettore specifico nel tuo corpo, come una chiave in una serratura.
Materiali: Lo schermo su cui stai leggendo questo testo esiste perché i chimici hanno scoperto come creare cristalli liquidi, semiconduttori e film polimerici.
Batterie: Il tuo telefono funziona grazie alla chimica degli ioni di litio: atomi di litio che spostano elettroni avanti e indietro tra gli elettrodi.
Il tuo corpo: In questo momento, gli enzimi nelle tue cellule stanno catalizzando migliaia di reazioni chimiche al secondo: scomponendo il cibo, costruendo proteine, copiando il DNA.
Ogni materiale, ogni medicina, ogni tecnologia ha origine dagli atomi che formano legami.
Il tuo turno
Collega la chimica al tuo mondo
Ora conosci atomi, elementi, legami e reazioni. Hai il vocabolario per descrivere da cosa sono fatte le cose e perché si comportano in un certo modo.