Schema base della costituzione dell’atomo
L’atomo si può considerare formato come un minuscolo sistema planetario.
Al centro vi è il nucleo, che possiede la quasi totalità della massa dell’atomo, ed è dotato di carica elettrica positiva; attorno ad esso ruotano gli elettroni, secondo orbite stabilite per ognuno di essi e sono dotati di carica elettrica negativa.
Il nucleo e l’elettrone si attraggono vicendevolmente essendo carichi di elettricità di segno opposto.
Composizione del nucleo
- Neutrone: Particella priva di carica elettrica con massa uguale a quella dei protoni.
- Protone: particella con carica elettrica positiva
- Elettrone: particella con carica elettrica negativa
In condizioni di normale equilibrio, il numero degli elettroni orbitanti è uguale al numero di protoni del nucleo, in questo caso l’atomo è detto stabile. Quando questo equilibrio è disturbato si cominciano a vedere gli effetti dell’elettricità.
Dal numero dei protoni presenti nel nucleo si individua la natura dell’ atomo: l’idrogeno ne ha 1, l’elio 2, il boro 5, il carbonio 6, fino all’Uranio che ne possiede 92. Gli elettroni dell’orbita interna sono chiamati elettroni legati perché non possono essere facilmente portati fuori dall’orbita.
Gli elettroni dell’orbita più esterna possono essere spinti fuori dall’orbita e sono chiamati elettroni liberi. Sono questi ultimi che sono direttamente coinvolti negli effetti elettrici.
Un atomo neutro ha tanti elettroni quanti protoni (carica zero). Praticamente il numero di elettroni presenti sulle sue orbite, è pari ai protoni presenti nel suo nucleo (vedi figura).
Per determinare la carica dei atomi è sufficiente contare il numero di elettroni presenti e confrontarli con il numero dei protoni presenti nel nucleo:
- L’atomo centrale è composto da 10 elettroni e 14 protoni. Esso sarà di carica positiva (+)
- L’atomo di destra è composto da 10 elettroni e 9 protoni. Esso sarà di carica negativa (-)
Flusso degli elettroni
Gli atomi e i loro elettroni sono perennemente in movimento nella materia. Questo movimento tuttavia avviene in modo disordinato senza una specifica direzione. Gli elettroni in movimento si riferiranno a una situazione di circuito chiuso, in cui migrano dal polo negativo verso il positivo.
Viceversa quelli in quiete si riferiranno a un circuito aperto.
Per avere un flusso di elettroni deve esserci un movimento continuo e ordinato di elettroni liberi nella stessa direzione.
Creando un percorso (circuito elettrico) consentiamo agli elettroni di spostarsi nella materia da una carica negativa ad una carica positiva. Diamo modo così agli elettroni di spostarsi ordinatamente creando la corrente elettrica. Questa continuerà a circolare nel percorso precostituito finché non verrà interrotto, oppure finché la carica elettrica non sarà uguale in entrambi i materiali.
Secondo la teoria dell’elettrone, il flusso della corrente va sempre da un punto con eccedenza di cariche negative (-) verso un punto carente di cariche positive (+). Questa affermazione è vera se si considera la corrente elettrica come un flusso di elettroni.
Tuttavia per una convenzione stabilita prima che si sviluppasse la teoria dell’elettrone, si assume che il flusso della corrente circoli dal polo positivo al polo negativo.
Carica elettrica
La carica elettrica è una caratteristica di alcuni corpi tale da indurre delle forze di attrazione o repulsione tra di essi. È importante sapere che cariche di uguale segno si respingono, mentre cariche di segno opposto si attraggono.
La carica dell’elettrone è uguale a quella del protone, perciò un atomo è normalmente neutro.
Differenza tra materiali conduttori e isolanti
Il materiale composto da atomi i cui elettroni liberi si staccano facilmente, si definisce materiale conduttore; se ha caratteristiche incostanti è definito semiconduttore.
Se invece il distacco è difficilmente provocabile, il materiale si dice isolante.
I materiali solidi conduttori sono in genere metalli; il migliore conduttore conosciuto è l’argento, ma il più usato è il rame, per ovvi motivi di costo.
I materiali liquidi conduttori sono in genere soluzioni di particolari prodotti chimici in liquidi vari, per esempio soluzioni di sali o acidi in acqua. Tali sali o acidi potenziano la naturale conducibilità dell’acqua.