Sommario della lezione 2. Materia e definizioni. Struttura dell atomo

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1 Sommario della lezione 2 Materia e definizioni Struttura dell atomo

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4 La materia è qualsiasi cosa abbia una massa e occupi uno spazio. Esiste in tre stati: Solido Forma e volume determinati Liquido Volume determinato, forma non rigida Gas Forma non rigida e volume non determinato

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7 Lo stato della materia osservato per una particolare sostanza è sempre dipendente dalla temperatura e dalla pressione a cui l'osservazione viene effettuata. L'ossigeno, cui si pensa normalmente come gas, può essere ottenuto allo stato liquido e solido a bassissima temperatura. Il ferro metallico è un gas a temperature estremamente alte (circa 3000 C). A temperature intermedie ( C), il ferro è liquido. L'acqua è una di quelle poche sostanze per cui tutte e tre le sue forme fisiche sono a noi familiari: ghiaccio solido, acqua liquida, e vapore gassoso

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10 Un elemento è un tipo di materia che non può essere suddiviso in altre sostanze pure. Viene identificato dal suo simbolo Sono conosciuti oltre 110 elementi di cui 92 si trovano in natura.

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12 Un composto è una sostanza pura che è formata da più di un elemento. I composti hanno composizione fissa (percentuale in massa). L acqua, H 2 O, è un composto di idrogeno, H, e ossigeno, O. L acqua, H 2 O, contiene esattamente l 11,19% di idrogeno e l 88,81 % di ossigeno.

13 Le proprietà dei composti sono molto diverse da quelle degli elementi che li compongono.

14 Una miscela contiene due o più sostanze pure combinate in maniera tale che ciascuna sostanza mantenga la sua identità chimica. Miscela omogenea Miscele eterogenee

15 Una soluzione è una miscela omogenea. E costituita da un solvente (sostanza presente in quantità maggiore) e da uno o più soluti.

16 Metodi di separazione dei componenti di una miscela

17 Proprietà delle sostanze Proprietà intensive indipendenti dalla quantità (es. colore) Proprietà estensive dipendenti dalla quantità ( es. peso di ) Proprietà chimiche vengono osservate quando una sostanza è sottoposta ad una reazione chimica che la trasforma in una nuova sostanza. Proprietà fisiche sono ad esempio il punto di fusione e di ebollizione, proprietà che vengono osservate senza modificare l identità chimica della sostanza.

18 La densità è una proprietà fisica ed è : massa m densità = volume d = V ed è normalmente espressa in g/cm 3. Mentre massa e volume sono proprietà estensive, il loro rapporto è intensivo.

19 Struttura elettronica e tavola periodica

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22 ESPERIMENTO DI THOMSON Calcolo del rapporto e/m dell elettrone Un fascio di raggi catodici attraversa un campo elettrico e un campo magnetico. L'esperimento è predisposto in modo che il campo elettrico devii il fascio in una direzione mentre il campo magnetico lo devia nella direzione opposta. Bilanciando gli effetti è possibile determinare il rapporto carica/massa dell'elettrone. e/m=1, C/Kg

23 Quantizzazione della carica elettrica: esperimento di Millikan Gocce di olio cariche elettricamente vengono fatte cadere in presenza di un campo elettrico. Dalla massa nota delle goccioline e dal voltaggio applicato per mantenere ferme le gocce cariche si potè calcolare la carica presente sulle gocce. Fu trovato che tutte le cariche elettriche sono multiple di una carica elementare minima e assunta come carica dell'elettrone. e=1, C (coulomb)

24 Thomson aveva calcolato: e/m= 1, C/Kg Da cui si dedusse: m= 9, Kg Un valore circa 1800 volte più piccolo della massa dell'idrogeno. Quasi tutta la massa atomica è quindi associata alla carica positiva (cioè, come vedremo, è concentrata nel nucleo)

25 Modello Nucleare dell Atomo Modello di Thompson: elettroni in una carica positiva uniforme L'esperimento di Rutherford Modello a panettone

26 Raggi : particelle positive con massa 4 volte l idrogeno (massa dell elio, carica +2) La maggiorparte delle particelle passavano la lamina senza subire deviazioni ma una parte veniva fortemente deviata o addirittura respinta

27 Primi modelli atomici Atomo costituito da elettroni inclusi in materia diffusa carica positivamente, le particelle dovrebbero subire al massimo piccole deviazioni Si osservò che le particelle subivano piccole deviazioni sporadicamente e grandi deviazioni molto frequenti

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29 Modello nucleare Rutherford concluse che la maggiorparte della massa atomica è concentrata in un centro carico positivamente, nucleo, attorno al quale si muovono gli elettroni (di massa trascurabile) a distanze molto grandi La maggior parte dell'atomo è vuoto Dimensioni atomiche: circa 1 Å Dimensioni nucleari: circa 10-5 Å

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31 STRUTTURA NUCLEARE Ogni elemento è caratterizzato da una carica nucleare tipica che è un multiplo della carica elettronica e. Questo multiplo viene indicato con la lettera Z. Ad ogni Z corrisponde un elemento, nell ordine: H Z=1 He Z=2 Li Z=3.... Nell'atomo neutro attorno a tale nucleo si muovono Z elettroni. Un nucleo è costituito da due tipi di particelle: Protoni carica +e massa 1836 volte quella dell'elettrone Neutroni carica 0 massa 1839 volte quella dell'elettrone

32 Un nucleo è quindi caratterizzato da due numeri Un numero atomico Un numero di massa Z numero di protoni A numero di protoni + numero di neutroni Un nucleo particolare caratterizzato da Z e da A è anche chiamato nuclide e rappresentato con la seguente notazione: Numero di massa Numero atomico Na Z=11 11 protoni (definisce l'elemento Na) A= = 12 neutroni

33 Atomi i cui nuclei hanno lo stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni sono detti isotopi. Ad esempio l'idrogeno ha tre isotopi: H H H idrogeno 1 protone nessun neutrone deuterio 1 protone 1 neutrone trizio 1 protone 2 neutroni Gli elementi presenti in natura sono in genere miscele di isotopi: Cl 17Cl Cloro 75,8 % 24,2 % Abbondanza relativa: frazione del numero totale di atomi di un dato Il postulato di Dalton? isotopo. Il postulato di Dalton rimane valido se si fa riferimento ad una massa media: infatti la composizione isotopica rimane costante.

34 Modello planetario orbita sole pianeta forza centrifuga = forza di gravitazione tra sole e pianeta orbita - elettrone nucleo +

35 Proprietà ondulatorie dell energia Modello quantizzato

36 Onde elettromagnetiche La lunghezza d onda (l) è la distanza tra due massimi consecutivi 1 nm = 10-9 m La velocità della luce c: c = ln La frequenza (n) è il numero di cicli d onda nell unità di tempo. La sua unità di misura è l hertz (Hz = ciclo/s).

37 Spettro elettromagnetico Le onde si propagano alla stessa velocità ma con differente frequenza e quindi lunghezza d onda E = hn E = hc/l dove h è la costante di Planck h = x Js

38 Colore e lunghezza d onda

39 E = hc/l L energia è correlata alla lunghezza d onda.

40 Ogni elemento ha uno spettro caratteristico che può essere usato per identificarlo Come si vede negli spettri atomici di ciascun elemento compaiono solo alcune lunghezze d onda definite. I fotoni possono avere solo alcune energie ben definite.

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