Forse sapete già che tutta la materia è composta di atomi
e che un atomo
è una particella davvero molto, molto, molto piccola.
Ogni atomo ha un nucleo,
composto da almeno
una particella carica positivamente
detta protone,
e, nella maggior parte dei casi,
da un certo numero di particelle neutre, chiamate neutroni.
Il nucleo è circondato
da particelle cariche negativamente, chiamate elettroni.
L'identità di un atomo è determinata
esclusivamente dal numero di protoni presenti nel suo nucleo.
L'idrogeno è idrogeno perché ha solo un protone,
il carbonio è carbonio perché ne ha sei,
l'oro è oro perché ne ha 79,
e così via.
Concedetemi una breve digressione.
Come facciamo a conoscere la struttura atomica?
Noi non siamo in grado di vedere protoni, neutroni o elettroni.
Allora facciamo un po' di esperimenti
e sviluppiamo un modello per quello che pensiamo ci sia dentro.
Poi facciamo ancora altri esperimenti
e vediamo se concordano con il modello.
Se sì, fantastico.
Se no, forse è tempo di sviluppare un nuovo modello.
Ci sono stati tanti modelli di atomi molto diversi
a partire da Democrito, nel 400 a.C.
e ce ne saranno quasi certamente
molti altri a venire.
Okay, digressione finita.
I nuclei degli atomi tendono a stare insieme,
ma gli elettroni sono liberi di muoversi,
ecco perché noi chimici amiamo gli elettroni.
Se potessimo sposarli,
probabilmente lo faremmo.
Ma gli elettroni sono strani.
Sembrano comportarsi o come particelle,
simili a piccole palle da baseball,
o come onde, onde d'acqua,
a seconda dell'esperimento che eseguiamo.
Una delle cose più strane sugli elettroni
è che non si può dire esattamente dove si trovino.
Non è che non abbiamo l'attrezzatura,
è che questa incertezza
fa parte del nostro modello di elettrone.
Quindi non siamo in grado di individuarli. Bene.
Però possiamo dire che c'è una certa probabilità
di trovare un elettrone in un dato spazio
attorno al nucleo.
Questo significa che siamo in grado di porre la seguente domanda:
Se disegnassimo una forma attorno al nucleo
tale da poter essere sicuri al 95%
di trovare un dato elettrone all'interno di quella forma,
a cosa potrebbe somigliare?
Ecco alcune di queste forme.
I chimici le chiamano orbitali,
e l'aspetto di ognuna
dipende, tra le altre cose,
da quanta energia possiede.
Più energia ha un orbitale,
più la maggior parte della sua densità
è lontana dal nucleo.
A proposito, perché abbiamo scelto il 95%
e non il 100%?
Beh, questa è un'altra stranezza
del nostro modello di elettrone.
Oltre una certa distanza dal nucleo,
la probabilità di trovare un elettrone
inizia a decrescere
in modo più o meno esponenziale,
il che significa che mentre si avvicinerà allo zero,
in realtà non toccherà mai lo zero.
Quindi, in ogni atomo,
c'è una qualche piccola probabilità, diversa da zero,
che per un periodo di tempo molto, molto breve
uno dei suoi elettroni
si trovi all'altra parte dell'universo conosciuto.
Ma, per lo più, gli elettroni stanno vicini al loro nucleo
come nuvole di densità con carica negativa
che si spostano e si muovono con il tempo.
Il modo in cui gli elettroni di un atomo
interagiscono con gli elettroni di un altro
determina quasi tutto.
Gli atomi rinunciare ai loro elettroni,
cedendoli ad altri atomi,
oppure possono condividere elettroni.
E le dinamiche di questo social network
sono quelle che rendono la chimica interessante.
Dalle semplici e antiche rocce
alla meravigliosa complessità della vita,
la natura di ogni cosa che vediamo
udiamo,
gustiamo,
odoriamo,
tocchiamo
e perfino percepiamo
è determinata a livello atomico.