struttura dell'atomo mappa concettuale

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La struttura dell'atomo riguarda la composizione della più piccola unità che conserva l'identità chimica di un elemento. Al centro si trova il nucleo, formato da protoni con carica positiva e neutroni elettricamente neutri, attorno al quale si muovono gli elettroni negativi. La mappa collega i modelli atomici storici, dal modello di Bohr alla meccanica quantistica, con la configurazione elettronica, gli isotopi e le proprietà periodiche, mostrando come la disposizione degli elettroni determini il comportamento chimico.

Dai modelli meccanici alla meccanica quantistica
I modelli atomici si sono evoluti con le evidenze sperimentali. Dalton propose sfere indivisibili per spiegare le leggi delle proporzioni. Thomson, studiando i raggi catodici, scoprì l'elettrone e immaginò un atomo con cariche immerse in una massa positiva. L'esperimento di Rutherford con fogli d'oro mostrò che quasi tutta la massa è concentrata in un nucleo minuscolo, lasciando gran parte dell'atomo vuota. Bohr introdusse livelli di energia quantizzati per spiegare gli spettri dell'idrogeno, ma il modello funziona bene solo per atomi con un elettrone. La meccanica quantistica, con Schrödinger e Heisenberg, sostituì le orbite definite con orbitali, regioni di probabilità di trovare l'elettrone.

Configurazione elettronica e regole di riempimento
Gli elettroni si distribuiscono nei livelli e sottolivelli seguendo regole precise. Il principio di Aufbau indica di riempire prima gli orbitali a energia più bassa, seguendo l'ordine crescente di energia. Il principio di Pauli stabilisce che un orbitale contiene al massimo due elettroni con spin opposto, mentre la regola di Hund richiede di occupare singolarmente gli orbitali dello stesso sottolivello prima di accoppiarli. Gli elettroni più esterni, detti di valenza, determinano la reattività: gli atomi tendono a raggiungere configurazioni stabili, spesso con otto elettroni esterni, come mostra l'ottetto dei gas nobili. Le eccezioni, come cromo e rame, derivano dalla particolare stabilità dei sottolivelli d semipieni o pieni.

Isotopi e massa atomica
Gli isotopi di un elemento hanno lo stesso numero di protoni, quindi lo stesso numero atomico e comportamento chimico analogo, ma differiscono per il numero di neutroni e quindi per la massa. Il carbonio-12 è il riferimento per la scala delle masse atomiche, il carbonio-14, radioattivo, è usato per datare reperti organici. La massa atomica riportata nella tavola periodica è una media ponderata delle masse degli isotopi naturali, pesata in base alla loro abbondanza relativa: per questo il cloro, con isotopi 35 e 37, ha una massa di circa 35,45. Alcuni isotopi instabili subiscono decadimento radioattivo emettendo particelle o radiazioni.

Struttura elettronica e proprietà periodiche
La disposizione degli elettroni spiega la struttura della tavola periodica. Gli elementi dello stesso gruppo hanno lo stesso numero di elettroni di valenza e proprietà chimiche simili: gli metalli alcalini, con un elettrone esterno, reagiscono facilmente cedendolo. Scendendo lungo un gruppo il raggio atomico aumenta perché si aggiungono livelli; lungo un periodo, da sinistra a destra, il raggio diminuisce per la maggiore carica nucleare che attira gli elettroni. L'energia di ionizzazione e l'elettronegatività crescono verso destra e verso l'alto. Queste tendenze sono regolari ma non assolute, con irregolarità dovute alla stabilità di configurazioni particolari.