 Ingrandendo il mondo sino a giungere alle dimensioni comprese tra
10-11 e 10-14 metri, possiamo entrare dentro l'atomo per scoprire che è a sua volta formato da particelle ancora più piccole. L'atomo è definito come la più piccola frazione di un elemento in grado di conservarne le caratteristiche fisiche. E' composto da un nucleo formato da protoni e neutroni, e da una serie di piccoli elettroni di carica negativa. Il differente numero di protoni caratterizza i differenti elementi: tale numero è detto il numero atomico. Il numero di nucleoni, cioè la somma di neutroni e protoni, è detto invece peso atomico. In un atomo neutro il numero dei protoni (dotati di carica positiva) e quello degli elettroni (dotati di carica negativa) si corrispondono. Se invece, per esempio nel corso di una reazione chimica, si acquistano o perdono elettroni, l'atomo diviene uno ione positivo o negativo a seconda della carica, anche se l'individualità chimica rimane inalterata. Le dimensioni di un atomo sono enormi in confronto a quelle delle parti che lo compongono. In realtà un atomo è fatto per lo più di spazi vuoti: per renderci conto intuitivamente delle proporzioni bisogna immaginare che se il nucleo di un atomo fosse come il nostro Sole, le dimensioni dell'atomo intero corrisponderebbero a quelle del nostro sistema solare, con gli elettroni più esterni che si troverebbero in una zona corrispondente all'orbita di Plutone e anche più! Anche le particelle che compongono un atomo hanno dimensioni di ordine di grandezza differenti. Protoni e neutroni hanno una massa di circa 1.800 volte superiore a quella dell'elettrone. Il nucleo è perciò in proporzione ancora più grosso. 
I protoni, dotati di carica positiva, nonostante la loro reciproca repulsione, sono tenuti insieme nel nucleo grazie alla presenza dei neutroni, il cui numero in generale corrisponde a quello dei protoni. Il legame che tiene insieme questi due tipi di particelle nucleari, chiamate nucleoni, è la forza nucleare forte, di natura diversa da elettricità o gravità, che agiscono nel mondo macroscopico. Questa forza è così intensa da superare la repulsione delle cariche positive che si respingono, ma decresce molto rapidamente con l'aumentare della distanza tra i nucleoni: raddoppiando la distanza la forza diminuisce di 100 volte. Per questo motivo, quando le dimensioni del nucleo aumentano troppo, il rischio è che la forza nucleare forte non riesca più a controbilanciare quella repulsiva dei protoni: in tal caso il nucleo tende a rompersi e a trasformarsi in nuclei più piccoli e più stabili. I nuclei atomici più grandi, per esempio quello dell'uranio, hanno un diametro di circa 10-14 metri. Essi possiedono un numero atomico (in altre parole la somma di protoni e neutroni) molto alto, superiore a 230. Ma le dimensioni dell'atomo sono molto maggiori di quelle del nucleo, come abbiamo visto. Intorno ad esso, infatti, sono distribuiti gli elettroni in precise
orbite. Il raggio di queste orbite, di forma sferica o ellissoidale, può assumere soltanto numeri interi multipli del raggio di Bohr, il raggio dell'orbita più interna. A ogni orbita corrisponde una certa energia e per ogni livello di energia sono possibili 2 orbite di forma diversa. Su ogni orbita possono muoversi soltanto 2 elettroni che possiedono
spin opposto, dove lo spin è il tipo di rotazione dell'elettrone su se stesso. I livelli energetici presenti all'interno di un'orbita si indicano con una lettera maiuscola (s, p...), quelli delle orbite con una lettera minuscola (K,L,M...). Tra due diversi livelli energetici l'elettrone tende ad occupare quello minore, per cui nel caso dell'idrogeno, per esempio, l'elettrone si trova nell'orbita 1s, nel litio i 3 diversi elettroni si trovano, due nell'orbita 1s e uno nel 2s. Mano a mano che il numero degli elettroni aumenta vengono occupati tutti i livelli energetici e tutte le orbite. Gli elementi conosciuti arrivano sino all'orbita 7s. La fissione 
La fissione è la divisione di un nucleo atomico pesante in due parti (più raramente in tre) pressappoco uguali tra loro. Può avvenire spontaneamente o a causa di un bombardamento di neutroni, di particelle cariche, di raggi gamma... Questo processo di fissione libera un'enorme quantità di energia che, nelle centrali nucleari, per esempio, viene controllata e il calore prodotto convogliato in energia elettrica. La fissione può avvenire con atomi il cui numero atomico (totale di neutroni e protoni) è superiore a 100, ma è molto più probabile con elementi di numero atomico 230 circa. Nelle centrali nucleari si usano isotopi di uranio con numero di massa 235 o 238. Nella fissione indotta, il neutrone che incide sul nucleo e che viene assorbito cede la propria energia al nucleo stesso. Questo assume dapprima una forma allungata e poi si divide in due emettendo 2 o 3 neutroni. La massa dei due nuovi nuclei è inferiore a quella di partenza perché il processo sviluppa molta energia. I neutroni emessi durante la fissione possono a loro volta produrre altre fissioni in una reazione a catena. Quando questa reazione è incontrollata la forza emessa è esplosiva, come avviene nel caso della bomba atomica. Nelle centrali nucleari invece si usano sostanze particolari che assorbono questi neutroni in eccesso. A volte i neutroni emessi non provocano un'altra fissione ma una diversa reazione nucleare, quella per cui un nucleo di uranio-238 genera un nucleo di plutonio, radioattivo e molto pericoloso. |