Quanti protoni, neutroni ed elettroni ci sono in un atomo?

Per capire come determinare i protoni, gli elettroni e i neutroni in un atomo, dobbiamo prima sapere quali sono le caratteristiche di queste particelle subatomiche. Un atomo è la più piccola entità in cui un elemento può essere suddiviso senza perdere le sue proprietà chimiche . Gli atomi sono costituiti da particelle ancora più piccole, particelle subatomiche, e ce ne sono fondamentalmente tre: elettroni, protoni e neutroni.

Gli elettroni sono caricati negativamente e sono le particelle subatomiche più leggere che compongono gli atomi. La carica sui  protoni  è positiva e i protoni pesano circa 1.836 volte di più degli elettroni. Le uniche particelle subatomiche che non hanno carica elettrica sono  i neutroni,  che pesano all’incirca come i protoni.

I protoni ei neutroni sono raggruppati al centro dell’atomo formando il nucleo atomico, mentre gli elettroni si muovono descrivendo varie orbite intorno al nucleo dell’atomo.

Quali sono i passaggi da seguire per scoprire il numero di particelle subatomiche in un atomo

1. Ottenere informazioni sull’elemento di interesse

Possiamo trovare le informazioni di base su un elemento nella tavola periodica , incluso il numero di protoni ed elettroni. Il numero di protoni è uguale al numero atomico dell’elemento, rappresentato dalla lettera Z, e il numero di elettroni è uguale al numero di protoni. Alcune versioni della Tavola Periodica includono anche la composizione isotopica di ogni elemento, cioè quegli atomi che hanno lo stesso numero di protoni ma un diverso numero di neutroni.

2. Come scoprire il numero di protoni

Ogni elemento è definito dal numero di protoni presenti in ciascuno dei suoi atomi. Non importa quanti elettroni o neutroni abbia un atomo, l’elemento è sempre definito dal numero di protoni. In particolare, è possibile avere un atomo costituito da un solo protone: l’idrogeno ionizzato. La Tavola Periodica è organizzata secondo il numero atomico crescente degli elementi, quindi il numero di protoni è il numero dell’elemento nella tavola; Ad esempio, per l’idrogeno il numero di protoni è 1, per lo zinco il numero di protoni è 30.

Se hai la massa atomica di un isotopo, puoi trovare il numero di protoni sottraendo il numero di neutroni dalla massa atomica. Ma se hai il peso atomico,che è la media ponderata con l’abbondanza isotopica della massa atomica dei diversi isotopi che compongono un elemento, si possono verificare situazioni diverse. Vediamo alcuni esempi. Se hai un elemento con un peso atomico vicino a 2, l’unica possibilità è che sia composto principalmente da un isotopo di idrogeno, il deuterio, che ha un neutrone nel suo nucleo, poiché l’elemento successivo sulla tavola periodica, l’elio, loro non hanno alcun isotopo che abbia solo protoni, senza neutroni. Se invece il peso atomico è intorno a 4, è l’elio, il cui isotopo più abbondante ha 2 protoni e 2 neutroni nel nucleo (sebbene abbia anche un isotopo stabile con un solo neutrone e massa atomica 3). Ma cosa potremmo dire se il peso atomico è intorno a 3.

3. Come scoprire il numero di elettroni

In generale, il numero di elettroni in un atomo è uguale al numero di protoni e l’atomo ha quindi una carica netta zero o neutra, ma a volte il numero di protoni ed elettroni in un atomo non è lo stesso, quindi l’atomo ha una carica netta positiva o negativa ed è chiamato ione o atomo ionizzato. Se si conosce la carica netta dell’atomo, è possibile determinare il numero di elettroni sottraendo la carica, considerando il segno della carica, dal numero di protoni nel nucleo. Un atomo con una carica netta positiva e ha più protoni che elettroni è chiamato catione, mentre un anione ha una carica netta negativa e ha più elettroni che protoni. I neutroni non hanno carica elettrica netta, quindi il numero di neutroni nel nucleo non è rilevante in questo calcolo.

È importante notare che le reazioni chimiche non cambiano il numero di protoni in un atomo, il cui numero determina la carica netta dell’atomo perdendo o guadagnando elettroni nelle reazioni chimiche che si verificano. 

esempi

Se uno ione ha una carica netta positiva di due unità, come Zn ²⁺ , significa che il numero di protoni supera il numero di elettroni di due unità. Il numero atomico dello zinco (Zn) è 30 quindi, applicando la regola precedente, il numero di elettroni in questo atomo è 28: 30 – 2 = 28 elettroni.

Se uno ione ha una carica negativa netta di un’unità, come F ^– , allora il numero di elettroni supera il numero di protoni di un’unità. Il numero atomico del fluoro (F) è 9 quindi, applicando la regola precedente, il numero di elettroni in questo atomo è 10: 9 – (-1) = 10.

4. Come scoprire il numero di neutroni

Il numero di neutroni in un isotopo è calcolato come il suo numero di massa meno il numero di protoni. Per trovare il numero di neutroni in un atomo, è necessario conoscerne il numero di massa. Nella Tavola Periodica troviamo il peso atomico di ogni elemento che, come abbiamo già detto, è la media ponderata con l’abbondanza isotopica della massa atomica degli isotopi che lo compongono (ecco perché i pesi si trovano nella Tavola Periodica Tabella numeri atomici con numeri decimali mentre la massa atomica è un numero intero, da definirsi come la somma del numero di neutroni e protoni dell’isotopo). Va notato che il numero di neutroni dipende dall’isotopo di un elemento che consideriamo, quindi non è una proprietà dell’elemento stesso. Per esempio, L’isotopo più abbondante dell’idrogeno è quello con un solo protone e nessun neutrone, ma una piccola frazione degli atomi di idrogeno che si trovano in natura corrisponde all’isotopo che ha un neutrone, il deuterio. La maggior parte delle versioni della tavola periodica non include la composizione isotopica degli elementi, quindi non possiamo ottenere in questo caso l’informazione necessaria per determinare il numero di neutroni degli isotopi di un elemento, e dobbiamo cercare specificamente l’informazione dell’isotopo noi studiamo. In pratica un isotopo è definito dal numero di protoni, corrispondente all’elemento a cui appartiene, e dal suo numero di neutroni. La maggior parte delle versioni della tavola periodica non include la composizione isotopica degli elementi, quindi non possiamo ottenere in questo caso l’informazione necessaria per determinare il numero di neutroni degli isotopi di un elemento, e dobbiamo cercare specificamente l’informazione dell’isotopo noi studiamo. In pratica un isotopo è definito dal numero di protoni, corrispondente all’elemento a cui appartiene, e dal suo numero di neutroni. La maggior parte delle versioni della tavola periodica non include la composizione isotopica degli elementi, quindi non possiamo ottenere in questo caso l’informazione necessaria per determinare il numero di neutroni degli isotopi di un elemento, e dobbiamo cercare specificamente l’informazione dell’isotopo noi studiamo. In pratica un isotopo è definito dal numero di protoni, corrispondente all’elemento a cui appartiene, e dal suo numero di neutroni.

Fontana

WN Cottingham, DA Greenwood, DA Un’introduzione alla fisica nucleare . Pressa dell’Università di Cambridge, 2004.