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1 Cap. 6 Dentro la materia saperi essenziali 6.1 Le caratteristiche della materia La materia è tutto ciò che ha una massa e occupa un volume 6.2 La teoria atomica della materia Se immaginiamo di spezzare del sale noi possiamo ottenere dei granellini sempre più piccoli (fig. 1) ma a un certo punto ci Fig. 1 fermiamo perche troveremo un atomo di sodio e uno di cloro (fig. 2). 6.3 Fenomeni fisici e chimici La chimica è quella scienza che si occupa di come è fatta la materia e di come cambia la sua composizione. Fig. 2 La fisica si occupa di quei fenomeni che riguardano la materia lasciandone inalterata la composizione. I fenomeni che causano un cambiamento di composizione della materia si chiamano fenomeni chimici; i fenomeni che non causano Fig. 3 un cambiamento della materia prendono il nome di fenomeni fisici Fenomeni fisici a) La molla si allunga se la tiriamo ma ritorna nella posizione iniziale se la lasciamo. È un fenomeno fisico (fig. 3) ( b Nel ciclo dell acqua la molecola di H 2 O non cambia di Fig. 4 composizione ma di stato perciò ci troviamo davanti ad una trasformazione fisica (Fig. 4) Fenomeni chimici a) Se bruciamo il metano otteniamo due molecole di acqua e una di anidride carbonica. E un fenomeno chimico (fig. 5) b) L ossidazionedelferrocomportalasuatrasformazioneinruggine. Fig. 5 Fig. 6 Si tratta di un fenomeno chimico 6.4 Atomi e molecole Tutta la materia è fatta di molecole. Definiamo molecola la più piccola particella di una sostanza. Se divido la molecola ottengo gli atomi di cui è formata ma questi non hanno più nulla a che vedere Fig. 7 con la sostanza di partenza (fig. 6).

2 6.5 I legami chimici protoni Le molecole sono formate da atomi. Questi atomi sono tenuti insieme dai legami chimici. Le molecole possono essere formate da atomi tutti uguali o da atomi diversi fra loro. 6.6 Elementi e composti Le sostanze semplici o elementi sono molecole formate da uno o più atomi tutti uguali (sotto). Neutroni Fig. 9 Fig. 8 Fig. 10 Le sostanze composte o composti sono molecole formate da due o più atomi fra loro diversi (Fig.6, 7 e 8 ) 6.7 L atomo Perlachimical atomoèindivisibile mentre per la fisica esso risulta suddiviso in particelle più piccole; infatti, esso risulta suddiviso in tre tipi di particelle: protoni, neutroni ed elettroni. I protoni e neutroni occupano la parte centrale dell atomo detta nucleo. I protoni sono particelle che hanno una carica positiva (+1) mentre i neutroni non hanno carica (fig. 9). Intorno al nucleo ruotano delle altre particelle che prendono il nome.(1-) e negativa carica di particella una è L elettrone di elettroni. Nell atomo il numero dei protoni è uguale a quello degli elettroni perciò l atomo è neutro (Fig. 10) Perché gli atomi sono differenti I costituenti degli atomi sono sempre gli stessi ma il loro numero varia, in particolare, due atomi diversi avranno un diverso numero di protoni. Il numero dei protoni presenti in un atomo prende il nome di numero atomico.

3 H Z =1 Fig Numero di massa atomica Gli elettroni sono leggerissimi perciò la massa degli atomi è data dalla somma dei protoni e dei protoni presenti nel nucleo che determina il numero di massa atomica (fig. 11) 6.9 I gusci elettronici Gli elettroni che ruotano intorno al nucleo non sono distribuiti a caso a si trovano in particolari zone dette gusci elettronici. Ogni guscio può contenere un determinato numero di elettroni; il primo guscio contiene 2 elettroni, l ultimo guscio al massimo 8 elettroni (fig. 10) 6.10 Gli isotopi Atomi di uno stesso elemento possono differire perché hanno un diverso numero di neutroni e perciò una massa diversa. Si definiscono isotopi tutti gli atomi di uno stesso elemento che differiscono per il numero di massa A e che quindi sono fisicamente (non chimicamente) diversi fra loro. Qui sotto vediamo gli isotopi dell idrogeno 6.11La tavola periodica Nella tavola periodica gli elementi sono ordinati in righe e colonne, in ordine di peso atomico crescente in modo tale che elementi che

4 appartengono alla stessa colonna si comportano in modo simile. La tavola periodica conta 118 atomi di cui 92 maturali e 26 artificiali. Nella tavola periodica rappresentata qui sotto troviamo: 7 righe orizzontali dette periodi 8 colonne verticali dette gruppi Un gruppo di elementi detti di elementi detti di transizione Due sottogruppi dei lantanidi e degli attinidi Nella tavola periodica gli elementi sono raggruppati in metalli (fig. 12) non metalli (fig. 13) semimetalli e gas nobili 6.12 Nomi e simboli Ogni atomo ha un suo simbolo che deriva dal suo nome latino. Eccone alcuni esempi 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-gi Carbonio carbonium C ci 6.13 Formule chimiche Si definisce formula chimica una scrittura che utilizza simboli e numeri che ci da informazioni sulla alla composizione chimica di una molecola. Presentiamo l acqua come esempio Fig. 12 Fig. 13

5 6.14 Legami chimici Un numero piccolo di atomi può originare un numero elevatissimo di composti chimici mettendo insieme diversi tipi di atomiche sono tenuti insieme da delle forze dette legami chimici Regola dell ottetto I gas nobili hanno 8 elettroni sull ultimo orbitale, non formano legami e sono stabili, tutti gli altri hanno ne meno di meno, formano legami e sono instabili. Ichimicihannofattol ipotesiche gli atomi instabili formano legami per averel orbitaleesternocompleto. L elio. fig ) 14) e il neon (fig. 15) sono due gas nobili e hanno ( e 8 e 2e )completoesternol orbitale e sono stabili. Ossigeno (fig. 16) e idrogeno (fig. 17) esternol orbitalehannonon completo e perciò sono fortemente reattivi e pronti a formare legami chimici. Quando idrogeno e ossigeno formano la molecola di acqua vediamo che hal idrogeno 2 esternosull orbitaleelettroni mentre l ossigeno ne ha 8 perciò la formazione della molecola di acqua ha portato al completamento dell'orbitale esterno (fig. 18) 6.15 La valenza Abbiamo visto che gli atomi instabili quando si incontrano formano legami. Si definisce valenza il numero di legami chimici che un atomo può fare. Gli elementi del gruppo I hanno valenza 1 (Fig. 19); quelli del gruppo II hanno valenza 2 (fig. 20); gli elementi del gruppo III hanno Fig. 14 Fig. 15 Fig. 16 Fig. 17 Fig. 18

6 valenza 3 (fig. 21); quelli del gruppo IV hanno valenza 4 (Fig. 22); quelli del gruppo V hanno valenza 3 (fig. 23); quelli del gruppo VI hanno valenza 2 (fig. 24); quelli del gruppo VII hanno valenza 1 (fig. 25) e infine quelli del gruppo VIII hanno valenza 0 (fig. 26). Fig. 23 Fig. 19 Fig. 20 Fig. 21 Fig Gli ioni Gli ioni sono atomi o gruppi di atomi dotati di carica elettrica per perdita o acquisto di elettroni. Se hanno acquistato elettroni hanno carica negativa, se hanno perduto elettroni hanno carica positiva. Gli ioni vengono indicati, con il simbolo dell atomo o del gruppo atomico, portante in alto a destra tanti segni + o quanti sono gli elettroni perduti o acquistati. Facciamo alcuni esempi; se prendiamo in considerazione l atomo di sodio (Fig. 27); esso ha un solo elettrone nell orbitale esterno, se lo perde diventa Na + (fig. 28). Prendiamo ora in considerazione il cloro (fig. 29); esso ha 7 elettroni sull ultimo orbitale se ne acquista uno diventa Cl -. Fig. 24 Fig. 25 Fig. 26 Fig Il legame ionico Se mettiamo vicini Na + e Cl - abbiamo due ioni con carica opposta che si attraggono per forza elettrostatica e si origina così un nuovo composto: il cloruro di sodio(fig. 31). Il legame ionico è dato dall attrazione di due ioni di carica opposta Legame covalente Si dice che fra due atomi si è formato un legame covalente quando due atomi mettono in comune uno o più elettroni forniti da ciascun Fig. 28 Fig. 29

7 atomo. Se due atomi di cloro mettono in comune un elettrone entrambi ricevono un elettrone extra hanno raggiunto una configurazione stabile. Questa messa a comune ha originato un legame fra i due detto legame covalente (fig. 32) Il legame metallico Nei metalli gli atomi perdono facilmente gli elettroni più esterni trasformandosi in ioni positivi. Questi ioni si dispongono come palline in una scatola lasciando degli spazi in cui passano gli elettroni persi che non appartengono ad un singolo atomo ma a tutto gli atomi contemporaneamente formando il legame metallico (fig. 33). Fig. 30 Fig. 31 Fig. 32 Fig. 33

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