Sandbox · simulazione in tempo reale
Aggiungete un protone e cambiate l'elemento. Aggiungete un neutrone e cambiate l'isotopo. Aggiungete un elettrone e create uno ione. Tutto ciò che segue si aggiorna nel momento in cui lo fate.
trascina per ruotare · scorri per ingrandire
VAI A
MODALITÀ SFIDA
La modalità sfida è disattivata.
Attivatela per dodici rompicapi in cui costruire il nuclide.
Che cosa state osservando
Il numero di protoni — il numero atomico, Z — è l'elemento. Sei protoni sono il carbonio, e nient'altro può essere carbonio. Cambiate Z e avete trasformato un elemento in un altro, proprio ciò che volevano gli alchimisti e che fanno i reattori nucleari.
I neutroni aggiungono massa e, soprattutto, diluiscono la repulsione elettrostatica tra i protoni. Se sono troppo pochi o troppi, il nucleo decade. Stesso elemento, numero di neutroni diverso = un isotopo diverso: il carbonio-12 è stabile per sempre, il carbonio-14 ha un tempo di dimezzamento di 5.730 anni.
La chimica è interamente una storia di elettroni. Rimuovetene uno e ottenete un catione positivo; aggiungetene uno e ottenete un anione negativo. Gli atomi acquistano, perdono e condividono elettroni per raggiungere un guscio esterno completo — questa singola tendenza spiega quasi ogni reazione che studierete.
Il verdetto della stabilità
Rappresentate ogni nuclide conosciuto con i protoni su un asse e i neutroni sull'altro: quelli stabili formano una stretta banda curva — la valle della stabilità. Gli elementi leggeri si trovano vicino a N = Z. All'aumentare di Z, i protoni si respingono più fortemente e il nucleo ha bisogno proporzionalmente di più neutroni per restare legato, quindi la banda si incurva verso l'alto in direzione di N ≈ 1,5 Z.
Se vi allontanate sopra la banda, il nuclide è ricco di neutroni: un neutrone si trasforma in un protone ed emette un elettrone (decadimento β⁻). Se vi allontanate sotto, è ricco di protoni, quindi un protone si trasforma in un neutrone ed emette un positrone (decadimento β⁺). Oltre il bismuto (Z = 83), la valle semplicemente termina: nessuna disposizione di neutroni può tenere insieme così tanti protoni indefinitamente.
Neutroni (verticale) rispetto ai protoni (orizzontale) · la vostra costruzione è contrassegnata
Domande comuni
Un isotopo differisce per il numero di neutroni — stesso elemento, massa diversa, stessa chimica. Un ione differisce per il numero di elettroni — stesso elemento, stessa massa, chimica molto diversa. Carbonio-12 e carbonio-14 sono isotopi l'uno dell'altro; Na e Na⁺ sono un atomo e il suo ione. Se cambiate invece i protoni, avete cambiato completamente elemento.
La fisica classica dice che una carica in orbita irradia energia e dovrebbe collassare in circa 10⁻¹¹ secondi. Non accade, e questo fallimento ha costretto la meccanica quantistica a nascere. Un elettrone in un atomo non orbita affatto: occupa un'onda stazionaria con un'energia minima fissa. Non esiste uno stato inferiore in cui possa cadere. Gli anelli disegnati qui sono una comodità — il visualizzatore dell'orbitale nella pagina di ogni elemento mostra la reale nube di probabilità.
Il guscio n contiene al massimo 2n² elettroni: 2, 8, 18, 32 e così via. Tuttavia, i gusci non si riempiono rigorosamente in ordine — il 4s si riempie prima del 3d perché si trova a un'energia inferiore, secondo la regola di Madelung seguita da questo strumento. Proprio quest'ordine spiega perché i metalli di transizione formano un blocco al centro della tavola periodica.
Il ferro-56 (e il nichel-62) si trovano al picco della curva dell'energia di legame per nucleone. Fondere qualsiasi cosa più leggera libera energia; scindere qualsiasi cosa più pesante libera energia; il ferro non fa né l'una né l'altra cosa. Ecco perché la fusione in una stella massiccia si arresta al ferro, perché poi il nucleo collassa e perché ogni elemento più pesante del ferro presente nel vostro corpo si è formato in una supernova o nella collisione tra stelle di neutroni, anziché durante la normale combustione stellare.
Non qui, e neppure in laboratorio, per ora. Questo strumento si ferma a 118 perché è lì che termina attualmente la tavola periodica. Da oltre un decennio, gruppi in Giappone, Russia e Stati Uniti bombardano bersagli di attinoidi nel tentativo di ottenere il 119 e il 120; i nuclei si disgregano più rapidamente di quanto qualsiasi rivelatore possa registrarli.