Elettroni ed energia

Materie:	Appunti
Categoria:	Biologia
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Data:	15.01.2001
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ELETTRONI ED ENERGIA
Gli atomi, le unità indivisibili degli elementi chimici, sono i mattoni per la costruzione di tutta la materia, sia essa vivente o non vivente. Eppure gli atomi sono costituiti principalmente da spazio vuoto. Quando gli elettroni si muovono intorno al nucleo ad una velocità prossima a quella della luce, la distanza fra un elettrone e il nucleo è, mediamente, circa 1000 volte il diametro del nucleo. Gli elettroni sono così straordinariamente piccoli che lo spazio è in sostanza vuoto.
La distanza di un elettrone dal nucleo è determinata dalla quantità d’energia potenziale posseduta dagli elettroni. L’energia potenziale, spesso chiamata “energia di posizione”, è l’energia immagazzinata che ogni oggetto, non solo un elettrone, possiede come conseguenza della sua particolare localizzazione. Maggiore è la quantità d’energia posseduta da un elettrone, maggiore sarà la distanza dal suo nucleo: perciò, un elettrone con una scarsa quantità d’energia si trova vicino al nucleo, ad un livello d’energia più basso; un elettrone con più energia è più lontano dal nucleo, ad un livello d’energia più alto.
Ci vuole energia per allontanare un elettrone carico negativamente da un nucleo carico positivamente; l’elettrone non può essere spinto fino a metà strada. Con un apporto d’energia, un elettrone può passare da un livello d’energia più basso a ciascuno dei diversi livelli d’energia più alti ma, non può raggiungere un livello energetico intermedio. Per passare da un livello energetico inferiore ad uno superiore, l’elettrone deve assorbire una precisa quantità d’energia, uguale alla differenza tra i due livelli d’energia. Quando l’elettrone ritorna al suo livello energetico originale, viene liberata la stessa quantità d’energia.
Nelle cellule verdi delle piante e delle alghe, l’energia radiante della luce solare fa passare gli elettroni a livelli energetici più alti. In una serie di reazioni, questi elettroni “scendono” da un livello energetico ad un altro, fino a raggiungere il loro livello di partenza. Nel corso di questi passaggi, l’energia radiante della luce del Sole si è trasformata in energia chimica da cui dipende tutta la vita sulla Terra.
LA DISPOSIZIONE DEGLI ELETTRONI:
Il modo in cui un atomo reagisce chimicamente è determinato dal numero e dalla disposizione dei suoi elettroni. Un atomo ha la massima stabilità quando tutti i suoi elettroni si trovano nei livelli energetici più bassi possibile. Perciò, gli elettroni di un atomo riempiono i livelli energetici secondo un ordine preciso: il primo è riempito prima del secondo, il secondo prima del terzo e così via…
Il primo livello energetico, il più vicino al nucleo, può contenere un massimo di due elettroni, perciò l’unico elettrone dell’idrogeno (numero atomico 1) si muove intorno al nucleo all’interno del primo livello energetico. I due elettroni dell’elio (numero atomico 2) si muovono anch’essi all’interno del primo livello energetico.
Atomi con numero atomico maggiore dell’elio hanno più di due elettroni. Poiché il primo livello energetico è già completo con due elettroni, gli elettroni in più devono occupare livelli energetici superiori, più lontani dal nucleo. Il secondo livello energetico può contenere al massimo otto elettroni, e così anche il terzo livello energetico fino al numero atomico 20 (che corrisponde al calcio).
PERCHE’SI VERIFICANO LE REAZIONI CHIMICHE:
Un atomo è più stabile quando tutti i suoi elettroni si trovano al loro livello energetico più basso possibile. Inoltre, un atomo che abbia il livello energetico più esterno completamente riempito da elettroni è più stabile di uno il cui livello più esterno sia riempito solo parzialmente. Per esempio, l’elio (numero atomico 2) ha due elettroni nel primo livello energetico, ciò significa che il suo livello energetico più esterno (che in questo caso coincide con il livello energetico più basso) è riempito completamente. L’elio è quindi estremamente stabile e in genere non reagisce chimicamente.
Negli atomi della maggior parte degli elementi, tuttavia, il livello di energia più esterno è riempito solo parzialmente. Questi atomi tendono ad interagire con altri atomi in modo tale che dopo la reazione abbiano completato i loro livelli di energia più esterni. Alcuni atomi perdono elettroni, altri li acquistano e, in molte delle più importanti reazioni chimiche che si svolgono nei sistemi viventi, gli atomi mettono in comune i loro elettroni con altri atomi.