1. Dalle leggi ponderali alla prima teoria atomica

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1 1. Dalle leggi ponderali alla prima teoria atomica 1.1. Le leggi ponderali Legge della conservazione della massa Spiegazione Legge delle proporzioni definite Spiegazione Legge delle proporzioni multiple Spiegazione 1.2. La prima teoria atomica: modello di Dalton

2 Le conoscenze sulla costituzione e sulla composizione della materia derivano da esperimenti molto complessi compiuti nel secolo scorso, ma le prime ipotesi sulla natura delle particelle, risalgono all antichità. continua

3 Verso i primi anni del Ottocento Dalton sviluppò una teoria atomica che proponeva gli atomi come i responsabili delle combinazioni tra gli elementi. Grazie a vari esperimenti compiuti verso il 900 è stato dimostrato che ogni 111 elementi della tavola periodica è formato da un particolare tipo di atomo. Sopra: John Dalton Sotto La tavola periodica degli elementi

4 Per formulare la sua teoria, Dalton analizzò le osservazioni fatte dai due chimici francesi: Antoine-Laurent de Lavoisier Joseph Prous. 1. Legge della conservazione della massa 2. Legge delle proporzioni definite 3. Legge delle proporzioni multiple

5 Lavoisier nel 1789 formulò quella che è nota come la legge della conservazione della massa: In una reazione chimica la massa dei prodotti di reazione è sempre uguale alla massa dei reagenti iniziali. Spiegazione

6 Utilizzando una semplice bilancia, Lavoisier misurò, in un sistema chiuso, la massa delle sostanze che venivano messe a reagire e quella delle sostanze ottenute e si osservò che le masse dei reagenti e quelle dei prodotti erano uguali.

7 Grazie a molti studi, nel 1799 Proust arrivò alla formulazione della legge delle proporzioni definite: Quando due sostanze si combinano per formare un composto, le loro masse si compongono secondo proporzioni definite e costanti. Spiegazione

8 Dall enunciato della legge di Proust si deduce che per preparare un composto le quantità delle sostanze che reagisco non possono essere casuali, ma devono rispettare rapporti di massa precisi.

9 Grazie agli studi di Lavoisier e di Proust, Dalton ne 1808 formulò la legge delle proporzioni multiple: Le quantità di un elemento che si combinano con la stessa quantità di un altro elemento per formare composti diversi stanno tra loro secondo rapporti esprimibili con numeri interi e piccoli. Spiegazione

10 Facendo reagire l ossigeno e il carbonio, Dalton osservò che si formavano due prodotti diversi a seconda di quanto ossigeno veniva impiegato. Ciò che sorprese maggiormente lo scienziato fu che le quantità di ossigeno consumato fossero una il doppio dell altra: si trattava sempre di rapporti di combinazioni interi.

11 All'inizio del 1800 lo scienziato inglese John Dalton formulò la prima teoria atomica della materia scientificamente valida. Dalton si rese conto che questa ipotesi forniva una perfetta chiave di interpretazione di tutte le fondamentali leggi della chimica a quei tempi già note. La teoria atomica di Dalton si fondava su quattro punti:

12 Ogni elemento è costituito da particelle chiamate atomo; Tutti gli atomi di un dato elemento sono identici fra loro e di versi da quelli degli altri elementi; Atomi di due o più elementi differenti si combinano per formare i composti. Un particolare composto è costituito sempre dallo stesso tipo di atomi e dallo stesso numero di ogni tipo di atomi; Una reazione chimica coinvolge la ricombinazione, la separazione o l unione di atomi. Gli atomi non vengono mai creati ne distrutti durante una reazione chimica.

13 1. Un nuovo concetto di Atomo 1.1. La natura elettrica della materia 1.2. La scoperta delle particelle subatomiche.

14 Fin dall'antichità erano note le proprietà di alcuni materiali quali l'ambra di attirare, in seguito a strofinio, corpi di piccole dimensioni come pezzetti di carta o peli. Non tutti i materiali elettrizzati sono però in grado di attirare gli stessi piccoli oggetti e ciò è dovuto al fatto che esistono due tipi diversi di elettricità: quella definita positiva e quella definita negativa. Continua

15 Tra due elementi elettrizzati dello stesso tipo, si manifesta sempre una forza repulsiva. Tra due elementi di diverso tipo, ad esempio vetro e ambra, si manifesta sempre una forza attrattiva. Queste esperienze rivelano una delle proprietà fondamentali della materia cioè la sua carica elettrica.

16 Verso la fine del 1800 furono scoperti gli elettroni. Per scoprire gli elettroni fu utilizzato da Thomson un tubo di vetro (una lampada di Crookes). All'interno di questa lampada fu praticato il vuoto. Thomson collegò due elettrodi (catodo, elettrodo negativo, e l'anodo, elettrodo positivo) a un generatore di corrente continua. E, notò che dal catodo partiva un fascio di luce verde fluorescente e in moto rettilineo si dirigeva verso l'anodo. Continua

17 Thomson, per costatare la natura di tale raggio (raggi catodici) all'interno del tubo, inzialmente mise un mulinello e notò che il fascio di luce era di natura particellare, poi un campo elettrico, e notò che questo (di carica negativa) si dirigeva verso la lamina positiva. Continua

18 Thomson concluse: il fascio di luce verde fluorescente che partiva dal catodo era di natura particellare. le particelle che formavano il fascio di luce verde fluorescente erano particelle con carica negativa. Thomson chiamò le particelle negative che formano il fascio di luce verde fluorescente, elettroni. Continua

19 Se nell'atomo erano presenti le cariche negative, gli elettroni, dovevano esistere anche le cariche positive, i protoni, affinché l'atomo risultasse neutro. La scoperta dei protoni non tardò molto, venne utilizzata una lampada di Crookes modificata. Continua

20 All'interno del tubo venne messo idrogeno a bassa pressione, e venne utilizzato un catodo forato. La forte differenza di potenziale ionizzò l'atomo d'idrogeno: in una carica positiva, protone e in una carica negativa, elettrone. I protoni dopo aver attraversato il catodo forato furono messi in evidenza da un rilevatore.

21 1. I primi modelli atomici moderni 1.1. L atomo di Thomson 1.2. L atomo di Rutherford 1.3. L atomo di Bohr 1.4. L atomo di Heisenberg

22 All inizio del XX sec. Gli scienziati erano a conoscenza dell esistenze delle particelle subatomiche, infatti la descrizione di Dalton, dove l atomo era un oggetto indivisibile non poteva più essere considerata corretta. Quindi c era bisogno di un nuovo modello: L atomo di Thomson L atomo di Rutherford L atomo di Bohr L atomo di Heisenberg

23 Thomson dopo la scoperta dell'elettrone e del protone, immaginò l'atomo come una sfera omogenea e compatta con carica positiva e all'interno della quale vi erano gli elettroni con carica negativa. questo modello atomico prende il nome di modello a panettone. Nella figura sottostante viene rappresentato il modello atomico di Thomson.

24 Rutherford per scoprire la struttura dell'atomo effettuò il seguente esperimento: utilizzo un scatola di piombo e all'interno della quale mise un elemento radioattivo in grado di emettere radiazioni di tipo α. Alla scatola di piombo praticò un piccolissimo foro in grado di far passare un sottilissimo fascio di particelle. Le particelle α vennero dirette su sottilissimo foglio d'oro. Continua

25 α Rutherford notò con molta sorpresa, che alcune particelle α che riuscivano ad attraversare la lamina d'oro subivano delle deviazioni verso l'alto o verso il basso, altre particelle α attraversavano la lamina d'oro senza subire deflessioni. E, una particella su tornava indietro, era come se la particella a urtasse qualcosa in grado di respingerla. Continua

26 Ruteherford da questa esperienza dedusse che tutta la carica positiva e la massa era concentrata in un piccolissimo spazio che chiamò nucleo e gli elettroni si trovavano a una distanza molto lontana dal nucleo. Rutherford immaginò l'atomo come un sistema solare. Dove L'atomo è come il sistema solare: come il sole è al centro del sistema solare così il nucleo è al centro dell'atomo, come i pianeti orbitano intorno al sole così gli elettroni orbitano intorno al nucleo.

27 Bohr nel 1913 propose una teoria rivoluzionaria sulla teoria dell'atomo, la quale si basava sullo spettro dell'atomo di idrogeno. Lo spettro a righe indica che l'atomo d'idrogeno solo alcune radiazioni luminose, l'energia risulta quantizzata e quindi l'energia dell'elettrone risulta quantizzata. Continua

28 L'elettrone passando da un livello energetico ad alta energia ad un livello energetico a bassa energia emette una radiazione luminosa (un colore) E = E 2 - E 1 Il passaggio da un livello energetico più alto a un livello energetico più basso provocava l'emissione di un quanto di luce (colore), che corrispondeva alla differenza di energia tra i due livelli.

29 Heisenberg, a differenza di Bohr parla di probabilità. Dice che: non è possibile che si può misurare con certezza la posizione e la velocità di un elettrone perche si commettono sempre degli errori. Werner Karl Heisenberg Continua

30 Inoltre, Heisenberg, parla di orbitale cioè regione di spazio attorno al nucleo in cui è massima la probabilità di trovare l elettrone. Infine di che la luce che colpisce l elettrone si sposta per effetto compton. Gli orbitali dell atomo

31 Un atomo è formato da cariche positive, i protoni e da cariche negative, gli elettroni e da cariche neutre, i neutroni. Il numero di protoni ed elettroni contenuti nel nucleo di un atomo identifica un particolare elemento e viene chiamato numero atomico (Z). Il nucleo oltre a contenere i protoni, contiene i neutroni; il numero di neutroni contenuti nel nucleo può variare. La somma dei protoni e dei neutroni viene chiamato numero di massa (A). Continua

32 Il numero in alto a destra dell'elemento ci sta ad indicare il numero di massa (numero di protoni + numero di neutroni contenuti nel nucleo), il numero in basso a destra dell'elemento ci sta ad indicare il numero atomico (numero di protoni contenuti nel nucleo).

33 Un isotopo è un atomo di uno stesso elemento chimico, e quindi con lo stesso numero atomico Z, ma con differente numero di massa A, e quindi differente massa atomica M. La differenza dei numeri di massa è dovuta ad un diverso numero di neutroni presenti nel nucleo dell'atomo a parità di numero atomico. Continua

34 Se due nuclei contengono lo stesso numero di protoni, ma un numero differente di neutroni, i due nuclei avranno lo stesso comportamento chimico, ma avranno comportamenti fisici differenti, essendo uno più pesante dell'altro.

35 La massa atomica rappresenta la media pesata delle masse di tutti gli isotopi di un dato elemento esistenti in natura, in base all abbondanza e alla massa di ogni isotopo.

36 Presentazione realizzata da: Davide Fabio Scuola: Liceo Scientifico Emilio Segrè Classe: 2 I Prof.:MariaTeresa Palazzo Musiche: You are not alone (Michael Jackson) The girl il mine (Michael Jackson) Fonti: