Cosa sono gli elementi monoatomici e perché esistono?

Gli elementi monoatomici sono un tipo speciale di elementi chimici costituiti da singoli atomi . Cioè sono sostanze pure in cui tutti gli atomi sono uguali tra loro, e inoltre non presentano alcun tipo di legame chimico tra di loro.

La maggior parte di questi elementi è molto abbondante e può essere trovata naturalmente in tutto l’universo. Nonostante sia un concetto semplice, per capirlo bene è necessario capire, prima di tutto, cos’è un atomo, cos’è un elemento chimico e come riconoscere entrambi.

L’atomo

Alla base del concetto di elementi monoatomici c’è l’atomo. Tutta la materia è costituita da minuscole particelle invisibili chiamate atomi. Gli atomi sono costituiti da un nucleo in cui sono presenti protoni (con carica positiva) e neutroni (privi di carica elettrica), e da una nuvola di elettroni con carica negativa che gli si muovono attorno. Le proprietà fisiche e chimiche degli atomi dipendono dal numero di protoni ed elettroni che contiene. Infatti, il numero di protoni nel nucleo determina a quale elemento chimico appartiene un determinato atomo.

Cos’è un elemento chimico?

Per elemento chimico si intende quella sostanza pura che non può essere scomposta in altre sostanze più semplici o attraverso processi fisici o chimici. Microscopicamente, queste sostanze sono costituite da una sola classe di atomi.

Gli elementi chimici sono quelli elencati nella tavola periodica. Per ogni elemento chimico esiste un diverso tipo di atomo. Pertanto, l’elemento carbonio è costituito da atomi di carbonio uguali tra loro, ma diversi dagli atomi presenti in un campione dell’elemento mercurio (vedi foto), per esempio.

Gli elementi chimici possono apparire in diverse forme:

• In alcuni casi, gli atomi di un elemento possono formare specie in cui più atomi sono legati, formando così molecole. Alcuni esempi sono il cloro gassoso (Cl ₂ ) l’ozono (O ₃ ) e il fosforo bianco (P ₄ ).
• Altri elementi formano reti covalenti bidimensionali o tridimensionali con migliaia di atomi legati insieme, come la grafite e il diamante (entrambi costituiti da atomi di carbonio).
• Poi ci sono i metalli, che formano cristalli tridimensionali in cui ogni atomo è circondato da diversi altri atomi proprio come lui, e in cui sono legati dal legame metallico.

Tuttavia, ci sono altri elementi in cui gli atomi non formano alcun tipo di legame tra loro, come vedremo in seguito.

elementi monoatomici

Come abbiamo visto all’inizio, gli elementi monoatomici sono quegli elementi che, in condizioni ambientali, esistono come atomi individuali. Monatomico significa letteralmente “avere un singolo atomo” (il prefisso mono- significa “uno”). In altre parole, gli elementi monoatomici sono quelli che, in condizioni normali, non formano alcun tipo di legame chimico né condividono elettroni con altri atomi, né uguali né diversi da loro stessi.

Perché esistono gli elementi monoatomici?

In un mondo in cui la stragrande maggioranza degli elementi della tavola periodica sono legati tra loro o legati ad altri elementi, vale la pena porsi la domanda: perché esistono gli elementi monoatomici?

La ragione della loro esistenza ha a che fare con la struttura degli atomi che compongono questi elementi. Si scopre che tutti gli elementi monoatomici condividono tra loro una caratteristica fondamentale: hanno configurazioni elettroniche molto più stabili rispetto ad altri elementi, il che consente loro di esistere senza dover dare, ricevere o condividere elettroni con qualsiasi altro atomo.

Infatti, il motivo per cui tutti gli altri elementi della tavola periodica formano molecole e composti chimici in cui i loro atomi si scambiano elettroni tra loro è proprio perché, così facendo, acquistano la configurazione elettronica degli elementi monoatomici.

Proprietà degli elementi monoatomici

• Sono gas inerti a temperatura ambiente.
• Hanno punti di fusione e di ebollizione molto bassi.
• Sono elementi molto poco reattivi che di solito non si combinano con altri elementi.
• Due di loro sono radioattivi, di cui uno è un elemento sintetico (ottenuto artificialmente).

Esempi di elementi monoatomici

Gli elementi monoatomici sono quelli che appartengono al gruppo dei gas nobili. Corrispondono cioè ai 7 elementi del gruppo 18 (ex gruppo VIII-A) della tavola periodica, che sono:

• Elio (Lui)
• Neon (Ne)
• Argon (Ar)
• Cripton (Kr)
• Xeno (Xe)
• Radon (Rn)
• Oganeson (Og)

I metalli sono elementi monoatomici?

Una domanda frequente tra gli studenti di chimica è se i metalli siano considerati elementi monoatomici. Il motivo è che, come gli elementi monoatomici, i metalli sono sempre semplicemente rappresentati dal loro simbolo chimico, senza l’uso di pedici che suggeriscano che formino molecole.

Naturalmente, chiunque confrontasse i due casi senza ulteriori informazioni giungerebbe alla stessa conclusione. Tuttavia, come accennato un attimo fa, i metalli in realtà formano estesi reticoli cristallini tridimensionali di milioni di atomi collegati tra loro da legami metallici. Ciò che è rappresentato nelle reazioni non è altro che la loro formula empirica (poiché, non formando molecole, non hanno formula molecolare).

Quindi i metalli non sono elementi monoatomici. Non condividono nessuna delle caratteristiche di questi elementi né possono esistere, in condizioni normali, come specie monoatomiche separate tra loro.

“oro monoatomico”

Questo è un buon momento per chiarire che, essendo un metallo e sapendo che i metalli non sono elementi monoatomici, nemmeno l’oro lo è. In altre parole, l’oro monoatomico non esiste. La spiegazione viene dal fatto che, circa 50 anni fa, un contadino dell’Arizona, negli Stati Uniti, di nome David Hudson, dichiarò di aver scoperto una nuova forma di materia che chiamò “Orbitally Reranged Monatomic Elements” o ORMEs, per il loro acronimo in inglese. Secondo l’agricoltore, metalli come oro, argento e alluminio possono formare ORME che presumibilmente hanno proprietà miracolose.

Oggi, questi ORME sono venduti con vari nomi commerciali come cure miracolose contro il cancro, integratori per il potenziamento del sistema nervoso e una miriade di altre affermazioni prive di fondamento.

Anche se gli effetti di queste sostanze potrebbero anche essere dibattuti (sebbene la coerenza scientifica sia praticamente inesistente), quel che è certo è che non contengono in alcun modo elementi monoatomici, tanto meno singoli atomi di metalli di transizione come l’oro. È solo un nome commerciale fuorviante.

Riferimenti

Cabot Pol F., PF (2019, luglio). ORME (elementi monoatomici riorganizzati orbitalmente). Estratto da https://www.researchgate.net/publication/334452137_ORMEs_Orbitally_Rearranged_Monoatomic_Elements

La presenza, la preparazione e le proprietà dei gas nobili. (nd). recuperato da https://espanol.libretexts.org/@go/page/1963

La tavola periodica. (2020, 30 ottobre). Estratto da https://espanol.libretexts.org/@go/page/1806

National Geographic Spagna. (2021, 6 aprile). National Geographic. Estratto da https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/tabla-periodica-forma-ordenar-elementos-quimicos_15988