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Gli atomi sono i mattoni fondamentali di tutto nell'universo. Le loro diverse proprietà li dividono in 118 elementi, che possono combinarsi in milioni di modi. Gli scienziati chiamano queste combinazioni di molecole e composti di atomi. Le molecole compongono ogni oggetto familiare che conosci, dall'aria che respiri ai polmoni che lo assorbono. Gli scienziati lavorano ampiamente con sostanze fatte di molecole, quindi è importante sapere che cos'è una molecola e quali proprietà ha.
Cosa sono le molecole e i composti?
Una molecola è composta da due o più atomi uniti chimicamente. Se almeno due diversi elementi compongono la molecola, viene chiamato un composto. Ad esempio, l'idrogeno gassoso (H2) e l'acqua (H2O) sono molecole, ma l'acqua è anche un composto perché è composta da idrogeno e ossigeno. Una molecola si comporta come una singola unità ed è il pezzo più piccolo di una sostanza che manterrà tutte le proprietà di quella sostanza. Ad esempio, se si decomponesse lo zucchero (C12H22O11) a qualcosa di più piccolo del suo livello molecolare, non sarebbe più lo zucchero. Sarebbero singoli atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno.
Come si formano le molecole?
Ogni atomo è costituito da protoni caricati positivamente ed elettroni caricati negativamente. Questi elettroni sono disposti in livelli chiamati orbitali o conchiglie. Gli elettroni più energetici risiedono nell'orbitale più esterno, chiamato guscio di valenza, e possono essere condivisi con altri atomi per formare una molecola. Il numero di elettroni che può contenere un orbitale determina il tipo di molecole che si formeranno. Ad esempio, il cloro (Na) può accettare solo un elettrone prima che il suo guscio di valenza sia pieno. Pertanto può combinarsi con un atomo di sodio per produrre sale da tavola (NaCl) ma non due per formare Na2Cl.
Tipi di molecole
Le molecole possono essere covalenti, polari covalenti, ioniche o metalliche. I composti covalenti si formano quando due atomi condividono equamente i loro elettroni. Perché ciò avvenga, entrambi gli atomi devono avere la stessa elettronegatività o tirare gli elettroni. Solo atomi identici hanno esattamente la stessa elettronegatività, quindi i veri legami covalenti si formano solo tra elementi che si legano a se stessi, come l'idrogeno gassoso (H2). Gli atomi che condividono i loro elettroni in modo leggermente irregolare sono chiamati molecole polari covalenti. In questo tipo di composto, un atomo ha una forza leggermente più forte sull'elettrone rispetto all'altro; pertanto l'elettrone trascorre più tempo attorno all'atomo più forte, creando un finale positivo e negativo temporaneo. I composti ionici si formano quando un atomo ha una forza molto più forte sull'elettrone rispetto all'altro atomo, facendolo controllare per la maggior parte del tempo. Gli atomi metallici condividono i loro elettroni liberamente con molti atomi, causando un flusso di elettroni, che li rende buoni conduttori di elettricità.
Composto vs. Miscela
Due elementi devono legarsi chimicamente per formare una molecola; cioè devono condividere elettroni. Se vengono combinati in modo tale da sembrare un'unica sostanza, ma non si sono uniti chimicamente, si tratta di una miscela. Ad esempio, l'acqua è un composto perché l'idrogeno e l'ossigeno condividono gli elettroni. L'acqua zuccherata è una miscela; sebbene i suoi componenti siano mescolati fisicamente, non si sono uniti chimicamente. Una miscela di solito assomiglia ai suoi componenti, proprio come l'acqua di zucchero ha un sapore dolce, come lo zucchero, e rimane un liquido, come l'acqua. I composti non manterranno le proprietà dei loro componenti. Ad esempio, il sale da tavola (NaCl) è composto da sodio, che scoppia in fiamme quando tocca l'acqua e cloro, che è un disinfettante. Tuttavia, quando li metti insieme, formano una sostanza stabile e commestibile.