Categoria: Chimica Pubblicato: 13 marzo 2014
No. Due atomi dello stesso elemento chimico non sono tipicamente identici. Prima di tutto, c’è una gamma di stati possibili che gli elettroni di un atomo possono occupare. Due atomi dello stesso elemento possono essere diversi se i loro elettroni sono in stati diversi. Se un atomo di rame ha un elettrone in uno stato eccitato e un altro atomo di rame ha tutti i suoi elettroni nello stato di terra, allora i due atomi sono diversi. L’atomo di rame eccitato emetterà un po’ di luce quando l’elettrone si rilassa fino allo stato di terra, mentre l’atomo di rame già nello stato di terra non lo farà. Poiché gli stati degli elettroni in un atomo sono ciò che determina la natura del legame chimico che l’atomo sperimenta, due atomi dello stesso elemento possono reagire diversamente se sono in stati diversi. Per esempio, un atomo di sodio neutro (per esempio, da un pezzo di sodio metallico) reagisce con l’acqua molto più violentemente di un atomo di sodio ionizzato (per esempio, da un pezzo di sale). I chimici lo sanno molto bene. Non basta dire quali atomi sono coinvolti se si vuole descrivere e prevedere completamente una reazione. Bisogna anche specificare gli stati di ionizzazione/eccitazione degli elettroni negli atomi. Anche se lasciato solo, un atomo spesso non si presenta con un numero uguale di protoni ed elettroni.
Ma cosa succede se due atomi dello stesso elemento hanno entrambi i loro elettroni negli stessi stati. Allora sono identici? No, non sono ancora identici. Due atomi dello stesso elemento e nello stesso stato elettronico potrebbero viaggiare o ruotare a velocità diverse, il che influenza la loro capacità di legarsi chimicamente. Gli atomi che si muovono più lentamente (come gli atomi nel ferro solido) hanno il tempo di formare legami stabili, mentre gli atomi che si muovono più velocemente (come gli atomi nel ferro liquido) non possono formare tali legami stabili. Un atomo di stagno che si muove lentamente si comporta diversamente da un atomo di stagno che si muove rapidamente.
Ma cosa succede se due atomi dello stesso elemento hanno entrambi i loro elettroni negli stessi stati, e gli atomi viaggiano e ruotano alla stessa velocità. Allora sono identici? No. Anche se due atomi di questo tipo sono essenzialmente identici dal punto di vista chimico (reagiranno chimicamente allo stesso modo), non sono completamente identici. Nell’atomo non ci sono solo gli elettroni. C’è anche il nucleo. Il nucleo di un atomo contiene neutroni e protoni legati strettamente insieme. Lo stesso elemento chimico può avere un numero diverso di neutroni ed essere ancora lo stesso elemento. Ci riferiamo agli atomi dello stesso elemento con un diverso numero di neutroni come “isotopi”. Mentre il particolare isotopo coinvolto non influisce su come un atomo reagirà chimicamente, determina come l’atomo si comporterà nelle reazioni nucleari. La reazione nucleare più comune sulla terra è il decadimento radioattivo. Alcuni isotopi decadono molto rapidamente in altri elementi ed emettono radiazioni, mentre altri isotopi non lo fanno. Se stai facendo la datazione al carbonio, il fatto che un atomo di carbonio-12 non sia identico a un atomo di carbonio-14 è essenziale per il processo di datazione. Il semplice conteggio del numero di atomi di carbonio in un campione non vi darà alcuna informazione sull’età di un campione. Bisogna invece contare il numero dei diversi isotopi di carbonio.
Ma se due atomi sono dello stesso elemento, hanno elettroni nello stesso stato, viaggiano e ruotano alla stessa velocità e hanno lo stesso numero di neutroni, allora sono identici? No. Proprio come gli elettroni, i neutroni e i protoni nel nucleo possono essere in vari stati eccitati. Inoltre, il nucleo nel suo insieme può ruotare e vibrare a varie velocità. Quindi, anche se tutto il resto è identico, due atomi d’oro possono avere i loro nuclei in diversi stati eccitati e comportarsi diversamente nelle reazioni nucleari.
Per riassumere, è molto difficile che due atomi dello stesso elemento siano esattamente identici. In effetti, riuscire a convincere un gruppo di atomi ad essere molto vicini all’identità è stato degno di un premio Nobel. Detto questo, non pensate che gli atomi abbiano identità individuali al di là di ciò che è stato menzionato qui. Se due atomi di carbonio si trovano esattamente nello stesso stato molecolare, atomico, elettronico e nucleare, allora quei due atomi di carbonio sono identici, non importa da dove vengono o cosa sia successo loro in passato.
Temi: atomo, atomi, carbonio, chimica, elettrone, stato elettronico, elemento, isotopo, nucleo