Come spiegare atomi e molecole ai bambini e costruzioni

Viaggio nel mondo degli atomi

Se, in un cataclisma, tutta la conoscenza scientifica dovesse essere distrutta e solo una frase venisse trasmessa alla prossima generazione di creature, quale affermazione conterrebbe il maggior numero di informazioni nel minor numero di parole? Credo che sia l'ipotesi atomica (o il fatto atomico, o come volete chiamarlo) che tutte le cose sono fatte di atomi - piccole particelle che si muovono in moto perpetuo, attraendosi quando sono a poca distanza l'una dall'altra, ma respingendosi quando sono schiacciate l'una contro l'altra. In questa frase, vedrete, c'è un'enorme quantità di informazioni sul mondo, se solo si applica un po' di immaginazione e di pensiero.    - Premio Nobel Richard Feynman, 1963

La maggior parte di noi ha una certa familiarità con il principio fondamentale della teoria atomica - l'idea che la materia sia composta da atomi - perché ci è stato detto che è così fin dall'infanzia. Ma quanti di noi ci credono davvero, e intendiamo dire che ci credono davvero, lo usano nella vita di tutti i giorni, ne comprendono le implicazioni o conoscono le ragioni per cui si presume che sia vero? Sembra del tutto impossibile e improbabile perché non facciamo esperienza diretta degli atomi ed è facile vivere con successo, almeno per la stragrande maggioranza di noi, senza dover prendere sul serio gli atomi. Il cervello della persona media non è semplicemente predisposto a credere nella realtà di cose come gli atomi in modo concreto e quotidiano. Eppure la maggior parte degli scienziati, e certamente la maggior parte dei chimici, concorderebbe sul fatto che l'affermazione ingannevolmente semplice di Feynman contiene l'essenza della chimica.

Molecola Phet

La proprietà principale degli atomi è l'indivisibilità. Immaginiamo una mela. Possiamo facilmente tagliarla in due metà, poi in quarti. Ma cosa succede se continuiamo a tagliarla nelle parti più piccole fino a quando non è più possibile dividerla? Quindi, una particella che non possiamo dividere ulteriormente viene considerata indivisibile. Si tratta dell'atomo.

Sono così piccoli che persino un bambino è composto da trilioni di atomi! Esistono vari tipi di atomi, ognuno dei quali ha le sue caratteristiche: dimensioni, massa e nome. Gli scienziati misurano le dimensioni degli atomi in nanometri. La loro larghezza varia da 0,1 a 0,5 nanometri. L'unico modo per vedere gli atomi è sperimentale. Gli scienziati usano strumenti speciali e conducono esperimenti per osservare il funzionamento degli atomi.

Provate a immaginare: se avessimo le dimensioni di un atomo, saremmo più piccoli di un capello umano! Una formica sarebbe probabilmente vista come un dinosauro per noi! Invece di viaggiare in paesi diversi e persino in pianeti diversi, viaggiare solo per pochi centimetri sarebbe un'enorme conquista!

Il gruppo di atomi è chiamato molecola. Questi mattoni lavorano insieme e creano costruzioni multiple. A seconda delle combinazioni dei tipi di atomi, creano varie sostanze: liquidi, gas e solidi. Guardate l'esempio qui sotto:

Definizione di molecole elementari

Avete delle caramelle gommose? Allora potete costruire modelli di molecole. Le molecole sono strutture minuscole che costituiscono praticamente tutta la materia, compreso voi! Le molecole stesse sono fatte di atomi, i mattoni di base della materia.

Utilizzando solo quattro tipi di atomi come mattoni, è possibile costruire molti tipi diversi di molecole. In questo progetto costruirete i modelli di alcune molecole di gas. Questi tipi di molecole di gas fanno parte dell'aria. Sono chiamati gas serra. Spiegheremo il perché più avanti.

. . . Modelli di gas serra gommosi di questi gas. Ogni molecola ha un nome abbreviato, che fornisce anche la sua ricetta, o formula. Per esempio, l'ozono si chiama anche O3, dove O sta per atomo di ossigeno e il piccolo 3 significa che ce ne sono tre. Ecco tutte le molecole dei gas serra, le loro formule e un'immagine del loro modello a goccia.

La troposfera è la parte più bassa dell'atmosfera. È qui sotto che viviamo e, purtroppo, inquiniamo. Uno spettrometro utilizza la luce per identificare la composizione chimica della materia. La missione TES è particolarmente interessata all'ozono e alla sua distribuzione in alto e in basso nell'atmosfera.

Rendimi geniale

Che cos'è un atomo? Gli atomi sono blocchi di costruzione. Se volete creare una lingua, avrete bisogno di un alfabeto. Se volete costruire delle molecole, avrete bisogno di atomi di diversi elementi. Gli elementi sono l'alfabeto del linguaggio delle molecole.

Ogni elemento è un po' diverso dagli altri. In inglese, si sa che "B" è diverso da "C". Anche in chimica la "B" è diversa dalla "C" perché il boro (B) e il carbonio (C) sono elementi diversi con atomi che hanno strutture diverse. Gli atomi sono definiti come le più piccole unità di materia che hanno le proprietà di un singolo elemento.

Esistono pezzi di materia più piccoli di un atomo? Certo. Gli atomi sono composti da particelle di materia più o meno piccole. Tuttavia, queste particelle più piccole non hanno le proprietà di un elemento. Gli elettroni di un atomo di oro (Au) sono gli stessi di un atomo di neon (Ne). In chimica ci piace studiare gli atomi perché l'Universo ruota intorno alle proprietà degli elementi, non necessariamente alle proprietà di un elettrone o di un protone.