L Atomo e le Molecole

Transcript

1 L Atomo e le Molecole

2 LA MATERIA TUTTO CIO CHE OCCUPA UNO SPAZIO Ha una MASSA (Kg) Occupa un VOLUME (m 3 ) FORMATA DA MOLECOLE FORMATE DA ATOMI

3 Tutte le sostanze sono fatte di MOLECOLE MOLECOLA: la più piccola quantità di materia che ne conserva tutte le caratteristiche chimiche. Se divido la molecola ottengo gli ATOMI, ma questi non hanno più nulla a che vedere con la sostanza di partenza.

4 Molecola di acqua rompo ossigeno Molecola di idrogeno Immaginiamo di dividere un granello di SALE GROSSO: otteniamo granellini più piccoli che mantengono le proprietà del sale: salati e si sciolgono in un liquido! Questo non va all'infinito! Ad un certo punto otteniamo una coppia di atomi di Na (sodio) e Cl,( cloro ) non più salati e non più in grado di sciogliersi in un liquido!

5 LA MATERIA UN SOLO ATOMO PIU ATOMI UGUALI PIU ATOMI DIVERSI SOSTANZE SEMPLICI o ELEMENTI SOSTANZE COMPOSTE o COMPOSTI

6 H 2 idrogeno He elio O 2 ossigeno N 2 azoto

7 C 4 H 10 butano composto formato da: 4 atomi di C + 10 atomi di H CO 2 anidride carbonica formata da: 1 atomo di C + 2 di O H 2 O acqua formata da 1 atomo di O + 2 di H

8 Come si possono distinguere un atomo di un elemento da quello di un altro elemento? Come fanno gli atomi a legarsi fra loro per costituire le molecole?

9 L ATOMO Il termine ATOMO deriva dal greco atomos e significa «indivisibile». Infatti, fino al XIX secolo, gli scienziati ritenevano che l atomo fosse la più piccola parte della materia. SCOPERTA DI CARICHE ELETTRICHE

10 L'atomo è composto da 3 tipi di particelle elementari piccolissime: i protoni, i neutroni e gli elettroni. PROTONI NEUTRONI ELETTRONI

11 Protoni e Neutroni I protoni e i neutroni formano insieme quello che si può definire il cuore dell'atomo: il NUCLEO. Queste due particelle hanno più o meno la stessa MASSA, cioè sono formate da una quantità di materia quasi uguale. PROTONI Il protone, però, è diverso dal neutrone perché ha una proprietà, chiamata carica elettrica positiva, che il neutrone non possiede.

12 Elettroni Intorno al nucleo si muovono rapidissimamente altre particelle: gli elettroni.

13 Gli elettroni hanno una MASSA circa 2000 volte inferiore rispetto a quella dei protoni e dei neutroni. Anche gli elettroni hanno una carica elettrica, ma essa è diversa da quella del protone: è una carica elettrica negativa.

14 Ad ogni guscio corrisponde una particolare energia che dipende dalla vicinanza al nucleo: l elettrone che occupa l orbitale più vicino al nucleo ha più energia perché è maggiormente attratto dai protoni, carichi positivamente (esempio: la calamita). Gli elettroni che ruotano intorno al nucleo non sono distribuiti a caso, ma si muovono all interno di orbite concentriche dette gusci elettronici. I gusci elettronici sono posti a distanze crescenti dal nucleo.

15 Ogni guscio elettronico ospita un numero fisso di elettroni: il primo guscio: 2 e - l ultimo guscio: al max 8 e - Nei diversi atomi gli elettroni occupano i gusci a partire da quello più vicino al nucleo. Solo quando un guscio è completo, gli elettroni incominciano ad occupare il guscio successivo.

16 L atomo neutro In condizioni normali il numero degli elettroni è sempre uguale a quello dei protoni: a un certo numero di cariche positive corrisponde un ugual numero di cariche negative. L'atomo, dunque, risulta neutro, né positivo né negativo. PROTONI = ELETTRONI

17 ci sono tanti elementi diversi eppure gli atomi hanno la stessa struttura (protoni, neutroni, elettroni) COSA DIFFERENZIA L ATOMO DI CIASCUN ELEMENTO???

18 Ciò che distingue l atomo di un elemento da quello di un altro elemento è il numero di protoni del suo nucleo. NUMERO ATOMICO Z

19 La SOMMA del numero di PROTONI e di NEUTRONI NUMERO di MASSA A

20 Massa Atomica La SOMMA delle MASSE di PROTONI, NEUTRONI ed ELETTRONI di un atomo di un elemento Considerando che la massa degli elettroni è circa 2000 volte inferiore rispetto a quella delle altre particelle, non contribuisce molto alla massa atomica. UNITA DI MISURA = Unità di Massa Atomica (u.m.a.) = 1/12 della MASSA dell atomo di CARBONIO

21 Rappresentazione di un elemento chimico A Z X

22 Ogni elemento chimico, per brevità, è indicato con un simbolo, che deriva dal nome latino dell'atomo. Ogni simbolo è formato dalla prima o dalle prime due lettere del nome dell'atomo, per non creare confusione tra atomi i cui nomi hanno la stessa iniziale.

23 Per esempio il simbolo del carbonio è C (si legge ci), quello del calcio è Ca (si legge ci-a) e quello del cloro è Cl (si legge ci-elle). Ci sono poi alcuni elementi il cui simbolo è molto diverso da quello del loro nome. Così il simbolo dell'oro è Au, perché è ricavato dal termine latino aurum; quello del rame è Cu, perché gli antichi romani chiamavano il rame cuprum.

24 Elemento Nome latino Simbolo Lettura Idrogeno hydrogenum H acca Ossigeno oxygenum O o Calcio calcium Ca ci-a Ferro ferrum Fe effe-e Mercurio hydrardyrum Hg acca-g Carbonio carbonium C ci

25 ISOTOPI Atomi di uno stesso elemento hanno lo stesso numero di PROTONI. Mentre il numero di NEUTRONI può variare. Ciò significa che nell atomo di un elemento è fisso il numero atomico Z, ma può variare il numero di massa A. Si definiscono ISOTOPI tutti gli atomi di uno stesso elemento che differiscono per il numero di massa A, ossia hanno lo stesso numero di PROTONI, ma diverso numero di NEUTRONI.

26 ISOTOPI DELL IDROGENO (H) L idrogeno ha 3 ISOTOPI, che hanno masse diverse (1, 2, 3), ma le loro proprietà chimiche sono identiche.

27 La Tavola Periodica degli Elementi La tavola periodica degli elementi è lo schema col quale vengono ordinati e classificati gli atomi degli elementi sulla base del loro numero atomico. E stata ideata, nel 1869, dal chimico russo Mendeleev, il quale aveva notato che, ordinando gli elementi (allora conosciuti) dal più leggero al più pesante (in base alla loro massa atomica), le loro proprietà si ripetevano periodicamente.

28 Inizialmente contava numerosi spazi vuoti, previsti per gli elementi che sarebbero stati scoperti in futuro, taluni nella seconda metà del L attuale tavola periodica conta 118 atomi di cui 92 naturali e 26 artificiali, ottenuti in laboratorio, il più pesante è il Ununoctium. In essa si contano: 7 righe orizzontali dette PERIODI 8 colonne verticali dette GRUPPI 1 gruppo di elementi detti di TRANSIZIONE 2 sottogruppi dei lantanidi e degli attinidi

29 Sono in ordine di peso atomico crescente in modo tale che elementi appartenenti allo stesso GRUPPO hanno proprietà simili, dovute a un uguale numero di elettroni nel guscio esterno. Le PROPRIETA CHIMICHE di un elemento sono determinate dal NUMERO DI ELETTRONI presenti nel GUSCIO PIU ESTERNO

30 La Tavola degli Elementi

31 Nella tavola di Mendeleev gli elementi sono raggruppati in: metalli non metalli semimetalli gas nobili MA COSA LI CONTRADDISTINGUE?

32 gas nobili: hanno tutti il guscio esterno completo con 8 elettroni. Molto stabili. metalli: 1. A temperatura ambiente sono solidi (tranne il mercurio, che è liquido) 2. Sono lucenti e splendenti 3. Hanno alto punto di ebollizione e fusione 4. Sono duttili (ridotti in fili) 5. Sono malleabili (ridotti in fogli) 6. Buoni conduttori di elettricità e calore

33 non metalli: ZOLFO 1. A temperatura ambiente la maggior parte si trova allo stato gassoso, il Br è liquido mentre C, S, e Si sono solidi 2. Sono opachi 3. Hanno bassi punti di fusione e di ebollizione DIAMANTE 4. Non sono nè duttili nè malleabili 5. Sono fragili 6. Sono cattivi conduttori di calore (ecc. C)

34 Semimetalli: 1. Si trovano lungo la linea di separazione tra metalli e non metalli. 2.Presentano caratteristiche intermedie 3.Un esempio di utilizzo è l elettronica moderna: dispositivi nei computer, cellulari, televisori, satelliti.

35 Come fanno gli atomi a legarsi fra loro per costituire le molecole?

36 Quando gli atomi si uniscono: La Molecola Gli atomi hanno la capacità di unirsi tra loro formando le MOLECOLE.

37 Le Formule Chimiche Per indicare le molecole si usano le FORMULE CHIMICHE che indicano il tipo ed il numero di atomi presenti in una molecola. O 2

38 Si scrivono i simboli degli atomi che le costituiscono e, in basso a destra di ogni simbolo, si indica un numero (indice), che corrisponde al numero di atomi di quell'elemento nella molecola stessa. Si legge acca-due-o idrogeno ossigeno Acqua Nella molecola ci son 2 atomi di idrogeno La presenza del simbolo e l assenza di un numero indica che nella molecola c è un solo atomo di ossigeno

39 Simbolo del calcio Simbolo del carbonio Simbolo dell ossigeno Si legge cia-ci-otre Sono privi di indice quindi c è un solo atomo Sono presenti 3 atomi di ossigeno Simbolo del carbonio Sono presenti 4 atomi di idrogeno Simbolo dell idrogeno Si legge ci-acca-quattro

40 Le Formule Chimiche Il NUMERO delle MOLECOLE si indica prima della formula del composto. 2CaCO 3 2 molecole di carbonato di calcio

41 Un numero relativamente piccolo di atomi può originare un numero elevatissimo di composti chimici. Come abbiamo già visto, questo si origina mettendo insieme diversi tipi di atomi. Ciò è resa possibile grazie alla capacità degli atomi di formare legami chimici. Come si formano questi legami?

42 Gli elementi dei gas nobili hanno 8 elettroni sull orbitale esterno. Sappiamo che tali elementi erano tutti sconosciuti a Mendeleev perché non formano composti con gli altri atomi. Ciò si verifica perché tali atomi hanno l orbitale esterno completo e quindi sono molto stabili. Elio e Neon hanno l orbitale esterno completo

43 Perché non pensare che anche gli atomi possano cercare di legarsi per raggiungere questa configurazione elettronica esterna particolarmente stabile?

44 Gli atomi che non hanno l orbitale esterno completo sono elementi chimicamente instabili e sono fortemente reattivi cioè tendono a formare legami con altri atomi, per raggiungere la configurazione elettronica del gas nobile più vicino nella tavola periodica. Idrogeno e ossigeno non hanno l orbitale esterno completo e perciò sono fortemente reattivi.

45 Gli atomi quando si incontrano entrano i contatto tramite gli elettroni dell orbitale esterno perciò sono questi che formano legami. Questi elettroni sono anche detti elettroni di valenza e il loro numero stabilisce quanti legami può formare l atomo. Si dice VALENZA il numero di legami chimici che un atomo può fare.

46 Gli elementi del gruppo I hanno valenza 1 Gli elementi del gruppo II hanno valenza 2 Gli elementi del gruppo III hanno valenza 3 Gli elementi del gruppo VI hanno valenza 4 Gli elementi del gruppo V hanno valenza 3 Gli elementi del gruppo VI hanno valenza 2 Gli elementi del gruppo VII hanno valenza 1 Gli elementi del gruppo VIII hanno valenza 0

47

48 Gli atomi possono formare un legame chimico cedendo, acquistando o mettendo in comune gli elettroni di valenza, per completare il loro guscio esterno.

49 I legami chimici sono di 3 tipi: 1. LEGAME COVALENTE 2. LEGAME IONICO 3. LEGAME METALLICO

50 Legame Covalente Se due atomi sono carenti di elettroni, possono completare il loro guscio esterno condividendo alcuni elettroni, formando così un legame covalente.

51 L atomo di cloro ha 7e sull orbitale Manca un solo elettrone per raggiungere la struttura elettronica dell argo Vediamo in che modo due atomi di cloro possono risolvere il problema A questo punto i due atomi di cloro hanno avuto un elettrone extra Che ha portato alla formazione dell orbitale esterno completo: l. covalente Nel legame covalente i due elettroni appartengono contemporaneamente ai due atomi di cloro

52 Il legame covalente fra atomi diversi A ciascuno dei due perciò serve un elettrone. Prendiamo in considerazione un atomo di cloro e uno di idrogeno. Un atomo di cloro può raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile se acquisisce un elettrone. La stessa cosa succede per l atomo di idrogeno che in questo modo acquisisce la configurazione elettronica esterna dell elio. Se condividono due elettroni risolvono il problema raggiungendo entrambi 8 elettroni. La coppia condivisa forma un legame covalente fra l atomo di cloro e l atomo di idrogeno. I due elettroni condivisi si muovono intorno ad entrambi gli atomi. Fonte

53 Il legame ionico Quando un atomo cede uno o più elettroni ad un altro atomo, tra i due si forma un legame ionico.

54 Il sodio acquista la sua configurazione elettronica stabile cedendo l elettrone dell orbitale n=3 diventando Na +. Cedendo il suo elettrone all atomo di cloro che diventa Cl -. In questo modo anche il cloro raggiunge la configurazione di gas nobile. A questo punto abbiamo un catione sodio con carica positiva e un anione cloruro con carica negativa. Gli ioni con carica opposta si attraggono per forza elettrostatica. Si origina così un nuovo composto: il cloruro di sodio con la formazione di un legame ionico. Il legame ionico è la conseguenza dell'attrazione elettrostatica che si manifesta tra i due ioni di carica opposta.

55 Il legame metallico Nei metalli gli atomi perdono facilmente gli elettroni più esterni, estremamente mobili, trasformandosi in ioni positivi. Questi ioni vanno ad occupare il minor spazio possibile sistemandosi all'interno di un reticolo cristallino. Gli elettroni persi non appartengono ad un singolo atomo, ma a tutto il reticolo del solido, muovendosi da un atomo all altro. Essi sono liberi di muoversi fra gli ioni positivi, garantendo la neutralità del sistema e fungendo da collante per gli ioni metallici. Il legame metallico è dovuto quindi all attrazione elettrostatica tra gli elettroni mobili e gli ioni positivi.

56 Le Reazioni Chimiche Il legno di un fiammifero brucia combinandosi con l ossigeno dell aria, produce anidride carbonica e sprigiona energia (calore e luce) trasformandosi in cenere.

57 Le Reazioni Chimiche Il ferro di un chiodo, reagendo con l ossigeno dell aria, dà origine ad una serie di composti di colore rossiccio che chiamiamo ruggine.

58 Le Reazioni Chimiche Una reazione chimica è un processo in cui partendo da alcune sostanze (reagenti) si ottengono sostanze diverse (prodotti).

59 Le Reazioni Chimiche Una reazione chimica, in genere, libera energia sotto forma di calore come nel caso del fiammifero che brucia. Queste reazioni si dicono esotermiche.

60 Le Reazioni Chimiche Le reazioni chimiche che sottraggono calore si dicono endotermiche. I sacchetti che usano i dentisti per raffreddare le gengive ed evitare che si gonfino contengono nitrato di potassio che, reagendo con l acqua, fa scendere la temperatura a -5 C.

61 Le Reazioni Chimiche Le leggi fondamentali delle reazioni chimiche Legge di Lavoisier In una reazione chimica nulla si crea e nulla si distrugge: la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti.

62 Le Reazioni Chimiche Le leggi fondamentali delle reazioni chimiche Nel 1799 il chimico francese J.L. Proust, notò che la pirite conteneva ferro e zolfo e che questi due elementi erano presenti secondo un rapporto fisso e costante: per ogni grammo di ferro erano sempre presenti 0,57 g di zolfo.

63 Le Reazioni Chimiche Le leggi fondamentali delle reazioni chimiche Legge di Proust In un composto chimico gli elementi che lo costituiscono sono sempre presenti in rapporti in massa costanti e definiti.

64