Che cos'è un numero atomico?
Il numero atomico è il numero di protoni - particelle caricate positivamente - nel nucleo un atomo di un elemento chimico. Gli elementi si distinguono l'uno dall'altro per il numero di queste particelle che hanno, e quindi ogni elemento ha il suo numero atomico univoco. Le proprietà chimiche di un elemento sono determinate dal suo numero di elettroni, ma in un atomo neutro, questo è uguale al numero di protoni. Tuttavia, gli atomi possono guadagnare o perdere elettroni per formare ioni caricati negativamente o positivamente, quindi il numero atomico è definito come il numero di protoni, poiché questo è sempre lo stesso per un dato elemento.
Numero atomico, numero di massa e peso atomico
È possibile confondere questi valori, ma sono abbastanza distinti tra loro. Gli atomi sono costituiti da un nucleo contenente protoni caricati positivamente e neutroni elettricamente neutri, con elettroni che orbitano a una certa distanza. Protoni e neutroni sono relativamente pesanti e di peso simile, ma gli elettroni sono molto più leggeri e contribuiscono molto poco al peso di un atomo. Il numero di massa di un atomo è il numero di protoni più il numero di neutroni ed è quasi uguale al peso dell'atomo.
Il numero di neutroni in un elemento può variare. Le forme di un elemento con un numero diverso di neutroni sono conosciute come isotopi . Ad esempio, la forma più comune di idrogeno ha un protone e nessun neutrone, ma esistono altri due isotopi di idrogeno, il deuterio e il trizio, rispettivamente con uno e due neutroni. Gli elementi presenti in natura sono spesso miscele di diversi isotopi. Il carbonio è un altro esempio, costituito da isotopi con numeri di massa 12, 13 e 14. Questi hanno tutti sei protoni, ma hanno rispettivamente sei, sette e otto neutroni.
Sebbene i chimici del XIX secolo avessero stabilito buone approssimazioni dei pesi atomici degli elementi noti, i calcoli precisi non sono sempre semplici, a causa del verificarsi di diversi isotopi in proporzioni variabili. Spesso, il peso atomico è determinato come media, in base alla relativa abbondanza di isotopi. Poiché alcuni isotopi sono instabili, cambiando nel tempo in altri elementi, i pesi atomici possono variare e possono essere rappresentati come un intervallo, piuttosto che un singolo valore. Gli isotopi sono generalmente rappresentati con il numero atomico in basso a sinistra del simbolo chimico e il numero di massa, o peso atomico approssimativo, in alto a destra. Ad esempio il carbonio 13 verrebbe mostrato come 6 C 13 .
La tavola periodica
Nel 1860, il chimico russo Dimitri Mendeleev lavorò su una tabella degli elementi conosciuti in quel momento, elencandoli inizialmente in ordine di peso atomico e disponendoli in file che raggruppavano elementi con proprietà chimiche simili. In precedenza era stato notato da altri chimici che le proprietà degli elementi, se ordinate in base al peso, tendevano a ripetersi ad intervalli più o meno regolari. Ad esempio, litio, sodio e potassio sono tutti metalli reattivi che si combinano con i non metalli in modo simile, mentre l'elio, il neon e l'argon sono tutti gas completamente non reattivi. Per questo motivo, l'elenco di Mendeleev divenne noto come la tavola periodica.
La prima bozza di Mendeleev ha funzionato bene, ma c'erano alcune incongruenze. Ad esempio, elencato in ordine di peso, lo iodio veniva prima del tellurio. Il problema era che questo raggruppava iodio con ossigeno, zolfo e selenio e tellurio con fluoro, cloro e bromo. Secondo le loro proprietà chimiche, avrebbe dovuto essere il contrario, quindi prima di pubblicare il suo tavolo nel 1869, Mendeleev ha semplicemente scambiato questi elementi. Non è stato fino all'inizio del XX secolo, tuttavia, che è stata rivelata la ragione di queste incoerenze.
Nel 1913, il fisico HGJ Moseley stabilì una relazione tra le lunghezze d'onda dei raggi X prodotti da diversi elementi e la loro sequenza nella tavola periodica. Quando la struttura dell'atomo fu rivelata da altri esperimenti in questo periodo, divenne chiaro che questa relazione dipendeva dal numero di protoni nel nucleo di un elemento, in altre parole, dal suo numero atomico. La tavola periodica potrebbe quindi essere ordinata da questo numero, mettendo le proprietà chimiche osservate degli elementi su una solida base teorica. Le incoerenze occasionali nella tabella originale erano dovute al fatto che variazioni nel numero di neutroni potevano talvolta comportare un elemento con un peso atomico più elevato rispetto a un altro elemento con un numero atomico più elevato.
La moderna tavola periodica mostra gli elementi in riquadri disposti in file e colonne, con un numero atomico crescente lungo ciascuna riga. Ogni colonna raggruppa elementi con proprietà chimiche simili. Le colonne sono determinate dal numero e dalla disposizione degli elettroni negli atomi, che a sua volta è determinata dal numero di protoni. Ogni scatola contiene normalmente il simbolo chimico per l'elemento, con il numero atomico sopra.