Gli atomi, le molecole e gli elementi

Tutto ciò che ci circonda, dall'aria al banco di scuola, è fatto di materia, e la materia è formata da particelle minuscole chiamate atomi. La parola "atomo" deriva dal greco e significa "indivisibile", perché in passato si pensava che non si potesse dividere ulteriormente. Oggi sappiamo che l'atomo ha una struttura interna. Al centro si trova il nucleo, formato da protoni, che hanno carica elettrica positiva, e da neutroni, che non hanno carica. Intorno al nucleo si muovono gli elettroni, che hanno carica negativa e sono molto più leggeri delle altre particelle. In un atomo neutro il numero di protoni è uguale a quello degli elettroni, perciò le cariche si compensano.

Un elemento è una sostanza pura formata da atomi tutti dello stesso tipo, cioè con lo stesso numero di protoni nel nucleo. Questo numero si chiama numero atomico e distingue un elemento dall'altro. L'ossigeno, il ferro, l'oro e il carbonio sono esempi di elementi. Un composto, invece, è una sostanza formata da atomi di elementi diversi legati tra loro in proporzioni precise. L'acqua, per esempio, è un composto di idrogeno e ossigeno, mentre il sale da cucina è un composto di sodio e cloro. Le proprietà di un composto possono essere molto diverse da quelle degli elementi che lo formano.

Per indicare gli elementi in modo semplice e uguale in tutto il mondo, i chimici usano i simboli chimici. Ogni simbolo è formato da una lettera maiuscola, a volte seguita da una lettera minuscola. Per esempio H indica l'idrogeno, O l'ossigeno, C il carbonio, Na il sodio e Fe il ferro. Alcuni simboli derivano dal nome latino dell'elemento, ed è per questo che il sodio (Na, dal latino natrium) e l'oro (Au, dal latino aurum) hanno simboli che sembrano non corrispondere al loro nome italiano.

Gli elementi conosciuti sono organizzati nella tavola periodica, una grande tabella ideata nell'Ottocento e perfezionata nel tempo. Gli elementi sono disposti in ordine crescente di numero atomico e sono divisi in righe, dette periodi, e in colonne, dette gruppi. Gli elementi dello stesso gruppo hanno proprietà simili. La tavola distingue inoltre i metalli, che di solito conducono bene il calore e l'elettricità, dai non metalli, come lo zolfo e l'ossigeno. Grazie a essa è possibile prevedere il comportamento di un elemento osservando la sua posizione.

Quando due o più atomi si uniscono con un legame covalente, formano una molecola. Esistono molecole di elementi, come quella dell'ossigeno, formata da due atomi di ossigeno e indicata con O₂, e molecole di composti, come quella dell'acqua, formata da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno, scritta H₂O. Una formula chimica mostra proprio quali atomi compongono una molecola e in quale quantità. Le molecole sono i mattoni di moltissime sostanze, e capire come sono fatte permette di spiegare perché i materiali si comportano in modi diversi.