Il modello strutturale dell atomo

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1 Il modello strutturale dell atomo Gli atomi sono costituiti dal nucleo e dagli elettroni Proprietà dell atomo dipendono dal nucleo (fisica nucleare) e dagli elettroni (chimica). Il nucleo contiene protoni e neutroni e determina la massa dell atomo (10 4 volte più pesanti dell elettrone) La dimensione dell atomo è invece determinata dallo spazio occupato dagli elettroni (10 15 volte più grande di quello del nucleo) se il nucleo fosse grosso come una pallina da tennis, l atomo avrebbe un diametro di circa 1.6 km 1

2 La carica elettrica di un atomo o di un aggregato di atomi è sempre uguale in valore assoluto a quella dell elettrone o ad un suo multiplo intero. La carica dell elettrone è presa come unità di carica. Carica dell elettrone = -1 (simbolo e - ) La carica del protone è uguale in valore assoluto a quella dell elettrone, ma di segno opposto. Carica del protone = 1 (simbolo p + ) Il neutrone è privo di carica. Carica del neutrone = 0 (simbolo n) 2

3 Il numero di protoni (numero atomico Z) è ciò che distingue atomi di elementi diversi. Viene indicato in basso, a sinistra del simbolo dell elemento. Corrispondenza biunivoca fra Z e simbolo: Z = 6 C C Z = 6 6C Il numero di elettroni è uguale al numero dei protoni solo nell atomo neutro (specie elementare). Nei composti il numero di elettroni di un atomo può essere maggiore o minore del numero dei protoni, ma è comunque sempre diverso. Il numero degli elettroni può cambiare in una reazione chimica 3

4 IONI Gli ioni sono atomi che hanno acquistato o perso elettroni rispetto all atomo neutro. Cationi: numero di elettroni < Z, la carica risultante è positiva e si indica in alto alla destra del simbolo dell elemento (ad es. Na +, ione sodio o catione sodio) Anioni: numero di elettroni > Z, la carica risultante è negativa e si indica in alto alla destra del simbolo dell elemento (ad es. Cl -, ione cloruro o anione cloruro ) Na + + Cl - NaCl cloruro di sodio, neutro 4

5 ISOTOPI Numero di protoni Z + numero di neutroni N = numero di massa A. Viene indicato in alto a sinistra rispetto al simbolo dell elemento. Atomi di uno stesso elemento caratterizzati da un diverso numero di neutroni (numero di massa A ) sono detti isotopi di quell elemento Il numero dei protoni e dei neutroni di un certo isotopo non può cambiare in una reazione chimica, ma solo in una reazione nucleare Gli isotopi di un certo elemento (nuclidi) hanno tutti le stesse proprietà chimiche 5

6 l unità di massa del SI (kg) è eccessivamente grande rispetto alle masse da misurare definita una diversa unità di misura: unità di massa atomica uma (in biologia nota come Dalton) l unità di massa atomica è convenzionalmente presa uguale ad 1/12 della massa del 12 C le masse di tutti gli elementi e delle particelle nucleari sono normalmente espresse in uma, cioè relativamente a 1/12 della massa del 12 C protone e neutrone hanno masse relative prossime, ma non perfettamente uguali, a 1 uma particella massa relativa (uma)* carica (scala relativa) elettrone (e - ) protone (p + ) neutrone (n) * 1 uma = x kg 6

7 «PESO» ATOMICO Nuclidi dell elemento H La massa atomica relativa del 12 C è 12 volte 1 uma e perciò è perfettamente uguale a 12 La massa atomica media di H è x x = La massa atomica media di C è 12 x x = Si parla di miscela isotopica naturale di un elemento 7

8 Spettrometro di massa e spettro di massa del mercurio 8

9 Distribuzione degli isotopi di F ( 19 F), Cl ( 35 Cl, 37 Cl), Mg ( 24 Mg, 25 Mg, 26 Mg) e Pb ( 204 Pb, 206 Pb, 207 Pb, 208 Pb). 9

10 La Mole Nelle reazioni chimiche sono gli individui chimici (atomi, molecole ) che interagiscono (si legano, si scambiano elettroni etc) In chimica occorre fare riferimento al quantitativo di individui chimici che entrano in gioco in una reazione A + 2B C Nella pratica del laboratorio le sostanze vengono pesate, ma nessuna bilancia sarà mai in grado di pesare, né un operatore di maneggiare, qualcosa dell ordine di kg Occorre trovare una unità più grande, quindi misurabile per pesata, che però sia in relazione con il numero di individui chimici: la mole. La mole è una grandezza fondamentale del Sistema Internazionale e si indica con mol. La mole è la quantità di sostanza che contiene tante unità elementari quanti sono gli atomi contenuti in 12 g esatti di 12 C. 12 g esatti di 12 C contengono (10) atomi Numero di Avogadro N A = (10) mol -1 Le unità elementari della definizione possono essere atomi, molecole, ioni, elettroni devono essere definite di volta in volta 10

11 1 mol di 12 C = 6, atomi di 12 C = 12,000 g 1 mol di 16 O = 6, atomi di 16 O= 15,9949 g La massa in grammi di una mole di qualunque sostanza è espressa dallo stesso numero che ne esprime il peso atomico, il peso molecolare. massa atomica media( uma) peso di una mole (g) Na Fe O P

12 Si definisce massa molare M il rapporto fra massa e quantità di sostanza m (g) /n (mol) = M (g mol -1 ) massa atomica media (uma) massa molare M (g/mol) Na Fe O P Queste definizioni valgono anche per i composti, le molecole poliatomiche etc. Esempio: Calcolare la massa molare di NaCl. Una mole di NaCl si può formare per reazione di una mole di Na (M Na = g/mol) con una mole di Cl (M Cl = g/mol). Quindi la massa molare di NaCl è M Na + M Cl = g/mol g/mol = g/mol Dovendo prelevare una mole di NaCl se ne peserà g 12

13 a) Una mole di Pb ha una massa diversa da quella di una mole della sostanza cloruro di sodio. b) Una mole di tre sostanze diverse: H 2 O (18.02 g), Na 2 CO 3 (106.0 g) e CuSO 4 (249.7 g) 13