L atomo. Il neutrone ha una massa 1839 volte superiore a quella dell elettrone. 3. Le particelle fondamentali dell atomo

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1 L atomo 3. Le particelle fondamentali dell atomo Gli atomi sono formati da tre particelle fondamentali: l elettrone con carica negativa; il protone con carica positiva; il neutrone privo di carica. Il neutrone ha una massa 1839 volte superiore a quella dell elettrone.

2 Il modello di Thomson: una sfera carica positivamente in cui sono disseminati gli elettroni 4. Le scoperta dell elettrone

3 L esperimento di Rutherford

4 Il 5. modello L esperimento «planetario» di Rutherford di Rutherford l atomo è composto da un nucleo in cui sono concentrate carica positiva e massa; gli elettroni occupano lo spazio vuoto intorno al nucleo e vi ruotano intorno come pianeti; il numero di elettroni è tale da bilanciare la carica positiva del nucleo.

5 I nuclei di atomi 6. diversi Il numero presentano atomico diversa carica positiva, quindi contengono un diverso numero di protoni. Il numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo è detto numero atomico (Z). Se l atomo è neutro il numero dei protoni è uguale al numero degli elettroni. Oltre ai protoni, nel nucleo ci sono altre particelle: i neutroni. neutroni + protoni = nucleoni Numero di nucleoni = numero di massa (A)

6 7. Il numero di massa e gli isotopi Gli isotopi sono atomi dello stesso elemento aventi le stesse proprietà chimiche ma masse diverse, perché contengono un diverso numero di neutroni. La massa atomica relativa di un elemento che si legge sulla tavola periodica è la media ponderata delle masse dei suoi isotopi, calcolati secondo la loro abbondanza percentuale. Oggi le masse atomiche si determinano attraverso lo spettrometro di massa.

7 3. L atomo di Bohr Il modello di Bohr 1. L elettrone percorre solo determinate orbite circolari (orbite stazionarie), senza emettere e cedere energia e quindi senza cadere nel nucleo. 2. All elettrone sono permesse solo certe orbite a cui corrispondono determinati valori di energia (quantizzata). 3. Per passare da un orbita a un altra a livello energetico superiore, l elettrone assorbe energia. 4. Per passare da un orbita a un altra a contenuto energetico minore, l elettrone emette un fotone di appropriata frequenza (se appartiene al visibile dello spettro elettromagnetico, appare come riga colorata). 5. L energia del fotone emesso o assorbito corrisponde alla differenza di energia delle due orbite. Le orbite degli elettroni in un atomo sono quantizzate.

8 Le 7. onde Numeri chequantici si propagano e orbitali con l elettrone in moto nell atomo possono essere descritte da una funzione matematica proposta da Schrödinger nel 1926: è l equazione d onda di Schrödinger. Le soluzioni dell equazione d onda sono le funzioni d onda, y (x,y,z,t). La funzione d onda contiene tre numeri interi, detti numeri quantici (n, l e m) che definiscono lo stato quantico dell elettrone e ne specificano il valore di una proprietà. L orbitale è una funzione d onda elettronica caratterizzata da una particolare terna di valori di n, l e m. Y 2 indica la probabilità di trovare l elettrone in una regione di spazio intorno al nucleo

9 7. Il numero Numeri quantici quantico e orbitali principale n (n = 1, 2, 3,7) definisce il livello energetico dell elettrone che è proporzionale alla distanza dal nucleo. Il numero quantico secondario l (l = 0, 1,, n-1) determina le caratteristiche geometriche dell orbitale (sottolivello energetico). valori di l lettera s p d f Il numero quantico magnetico m (m = -l, 0, +l) definisce quanti orbitali della stessa forma, ma con orientazione diversa, possono coesistere in un sottolivello. Il numero quantico di spin m s (m s = ± ½) indica il valore di spin che può essere assunto dall elettrone.

10 7. Numeri quantici e orbitali

11 9. L atomo di idrogeno secondo la meccanica quantistica Quando l atomo di idrogeno è nel suo stato fondamentale, l elettrone è più vicino al nucleo e l orbitale 1s è caratterizzato dalla terna di numeri quantici: n = 1, l = 0, m s = +½ o ½ La rappresentazione completa degli orbitali occupati da tutti gli elettroni in un atomo o in uno ione in ordine crescente di energia si chiama configurazione elettronica.

12 10. La configurazione degli atomi polielettronici Per scrivere la configurazione elettronica di un atomo si applica il principio di Aufbau, la regola di Hund e il principio di esclusione di Pauli.

13 3. La moderna tavola periodica Gli elettroni del livello più esterno sono detti elettroni di valenza.

14 La tavola periodica 2. Il sistema periodico di Mendeleev Nel 1869 Dmitrij Mendeleev ordinò i 63 elementi noti in base alla massa atomica crescente, e costruì la prima tavola periodica degli elementi. Mendeleev determinò anche la legge della periodicità attraverso la quale poté prevedere le proprietà di elementi ancora sconosciuti e scoperti anni dopo.

15 3. La moderna tavola periodica La moderna tavola periodica ordina gli elementi in base al numero atomico crescente, e li organizza come aveva proposto Mendeleev in gruppi (colonne) e periodi (righe).

16 3. La moderna tavola periodica Gli elementi della moderna tavola periodica sono 118. La posizione di ciascun elemento sulla tavola dipende dal suo numero atomico (Z). Le righe orizzontali formano 7 periodi, ciascuno dei quali indica il livello energetico a cui si trovano gli elettroni di valenza degli elementi che li compongono. Gli elementi verticali formano i gruppi. Fra il gruppo II e il gruppo III si trovano gli elementi di transizione. In fondo alla tavola periodica ci sono due file di 14 elementi metallici costituenti le serie dei lantanidi e degli attinidi.

17 3. La moderna tavola periodica

18 3. La moderna tavola periodica Gli elementi che appartengono allo stesso periodo presentano gli elettroni di valenza allo stesso livello energetico.

19 4. I simboli di Lewis La struttura di Lewis permette di rappresentare la struttura elettronica dello strato di valenza degli elementi dei gruppi principali.

20 Le proprietà periodiche Il raggio atomico (Å) è la metà della distanza minima di avvicinamento tra due atomi dello stesso elemento. Il raggio atomico aumenta lungo un gruppo e diminuisce lungo un periodo.

21 5. Le proprietà periodiche degli elementi L energia di prima ionizzazione (kj/mol) è l energia necessaria per rimuovere un elettrone da un atomo isolato. L affinità elettronica è l energia che si libera quando un atomo in fase gassosa cattura un elettrone. L energia di prima ionizzazione e l affinità elettronica aumentano lungo un periodo e diminuiscono lungo un gruppo.

22 5. Le proprietà periodiche degli elementi L elettronegatività di un elemento misura la sua tendenza ad attrarre gli elettroni di legame da un altro elemento. L elettronegatività aumenta lungo un periodo, e diminuisce lungo un gruppo.

23 6. Metalli, non metalli e semimetalli A seconda delle loro proprietà fisiche e chimiche gli elementi si possono suddividere in metalli, non metalli e semimetalli. I: metalli alcalini II: metalli alcalino-terrosi VII: alogeni VIII: gas nobili

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