Struttura atomica della materia

Documenti analoghi
Struttura atomica della materia

struttura atomica della materia La chimica

Classificazione della materia 3 STATI DI AGGREGAZIONE

Il modello strutturale dell atomo

2 HCl. H 2 + Cl 2 ATOMI E MOLECOLE. Ipotesi di Dalton

Scienziati in Erba Chimica

U.M.A. e le masse ATOMICHE

Chimica Generale ed Inorganica

CHIMICA: studio della composizione e della struttura della materia e delle sue trasformazioni

Sommario della lezione 4. Proprietà periodiche. Massa atomica e massa molecolare. Concetto di mole. Prime esercitazioni

Chimica. 1) Il simbolo del Carbonio è: A) C B) Ca. C) Ce D) Cu. 2) Secondo il principio della conservazione della materia:

Chimica. Lezione 1 La materia

LA STRUTTURA DELL ATOMO

Corso di Studi in Scienze Naturali Corso di Chimica Generale e Inorganica Dott.ssa Maria Cristina Paganini Prof. Elio Giamello

La Vita è una Reazione Chimica

Corso di CHIMICA INORGANICA

CHIMICA: studio della struttura e delle trasformazioni della materia

Definizione rigorosa di Mole. Definizione rigorosa di u.m.a. = Dalton. 1 u.m.a. = 1/12 della massa di un atomo di 12 C

Lezione 2. Leggi ponderali

Elementi: specie chimiche che resistono bene ad ogni tentativo di decomposizione. Composti: specie chimiche definite formate da due o più elementi

Esercizi di. Stechiometria dei composti. mercoledì 9 dicembre 2015

SINTESI C4. La quantità di materia: la mole

Atomi, molecole e ioni

Massa assoluta e relativa e mole

Come possiamo conoscere il numero di atomi o molecole presenti in una definita quantità di sostanza?

MASSE ATOMICHE. 1,000 g di idrogeno reagiscono con 7,9367 g di ossigeno massa atomica ossigeno=2 x 7,9367=15,873 g (relativa all'idrogeno)

Chimica generale e inorganica

Cos è un trasformazione chimica?

Struttura dell'atomo a cura di Petr Ushakov

Atomi, Molecole e Ioni. Capitolo 2

Atomo La più piccola particella di un elemento che resta inalterata nelle trasformazioni chimiche.

ATOMO. Legge della conservazione della massa Legge delle proporzioni definite Dalton

CHIMICA QUANTITATIVA. Massa atomica. Unità di massa atomica. Massa molare

Capitolo 2. Cenni alla Composizione e Struttura dell atomo

A a B b C c. a : b : c

MASSE ATOMICHE RELATIVE - MOLE

Chimica. Scienza che studia: proprietà, composizione e struttura della materia, e le trasformazioni che in essa avvengono

Sono gli atomi indivisibili?

Lo strofinio di qualsiasi oggetto provoca la comparsa su di esso di una carica elettrica che può attrarre piccoli oggetti.

1) Calcola la massa molecolare relativa e la massa molare delle seguenti sostanze: NH ( x3) = u.m.a 17.

Esercizi su Chimica Nucleare e Nucleogenesi

MASSE ATOMICHE. Oggi è possibile misurare accuratamente le masse atomiche tramite uno strumento chiamato spettrometro di massa

L Atomo e le Molecole

Materia. Tutto ciò che occupa spazio e ha massa

Esploriamo la chimica

Le unità fondamentali SI. Corrente elettrica

Cos è. la Chimica? G. Micera Chimica Generale e Inorganica

Le sostanze chimiche

Calcoli stechiometrici su: La mole Composizione percentuale dei composti chimici Formule molecolari ed empiriche Composizione di miscele

ATOMI E MOLECOLE. Tutte le varie forme di materia esistenti sono costituite da sostanze semplici (elementi) e da sostanze composte (composti).

Le particelle dell atomo

La quantità chimica LA MOLE

UNITA DIDATTICA P A1.01

ESERCIZI W X Y Z. Numero di massa Neutroni nel nucleo Soluzione

Pesi atomici e molecolari La mole

LA MOLE LA MOLE 2.A PRE-REQUISITI 2.3 FORMULE E COMPOSIZIONE 2.B PRE-TEST

Sommario della lezione 5. Esercizi sui concetti di Mole e Composizione percentuale. Formule chimiche

Principio dell Aufbau (riempimento)

Valitutti, Falasca, Tifi, Gentile. Chimica. concetti e modelli.blu

Teoria Atomica di Dalton

Capitolo 4 Le teorie della materia

Esercitazioni di Elementi di Chimica. Modulo 2 Struttura della Materia

Pinzani, Panero, Bagni Sperimentare la chimica Soluzioni degli esercizi Capitolo 9

C.I. CHIMICA-TECNOLOGIA DEI MATERIALI Modulo di Chimica. Lezione del 7 Marzo 2016

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

CHIMICA: è la scienza che studia la struttura, le proprietà e le trasformazioni della materia che ci circonda

Le idee della chimica

Calcolare quante moli di zinco sono contenute in 5,50 g di Zn. (Massa molare (m.m.) Zn = 65,409 g mol -1 ).

Mole e modelli atomici

2. La struttura dell atomo

Struttura dell atomo atomo particelle sub-atomiche - protoni positiva - neutroni } nucleoni - elettroni negativa elemento

Stati di Aggregazione e Composizione - elementi atomo - composti - miscele omo- ed eterogenee L Atomo - particelle subatomiche e proprietà - Numero

Il passaggio al mondo macroscopico

risposte agli esercizi del libro

Le leggi ponderali, la mole e il calcolo stechiometrico. Lezioni 33-38

L Atomo e le Molecole

Massa degli atomi e delle molecole

Modelli atomici. Teoria atomica Dalton (1803) La materia non è continua, ma costituita da particelle.

RIASSUNTO DEGLI ARGOMENTI DI CHIMICA TRATTATI IN 1 LICEO

Peso Atomico. Tre problemi da risolvere!! (2) Quale unità di misura conviene adottare?

Valitutti, Falasca, Tifi, Gentile. Chimica. concetti e modelli.blu

CHIMICA GENERALE ED INORGANICA

GLI ELEMENTI CHIMICI

Classe4:chimicaStrutturaAtomica1. Controlla se sai definire i seguenti termini: teoria atomica di Dalton (atomo di Dalton),

Chimica. La Chimica è la scienza che cerca di comprendere il comportamento della materia studiando il comportamento di atomi e molecole

Fenomeno fisico. Le trasformazioni che la materia subisce senza modificare la sua composizione e che sono reversibili si chiamano fenomeni fisici

Prof. Luisa Ferronato 1

Elementi di Chimica. Lezione 03

2.1 (p. 37) Bohr descrisse un orbitale atomico come una traiettoria circolare seguita dall elettrone. Un orbitale è una

Elementi sistemati nella TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI in base al numero atomico crescente O, H, N, C (+ del 96% della materia vivente)

Esercizi sui Bilanci di Massa

Massa atomica. Unità di massa atomica: 1/12 della massa del 12 C

materia atomi miscugli omogenei e eterogenei sostanze elementari composti

Capitolo 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA La teoria particellare un po' più da vicino

Università degli studi di MILANO Facoltà di AGRARIA. El. di Chimica e Chimica Fisica. Mod. 1 CHIMICA. Mod. 2 CHIMICA FISICA.

1. Un elemento Ä formato da particelle indivisibili chiamate atomi. 2. Gli atomi di uno specifico elemento hanno proprietå identiche. 3.

Introduzione alla Chimica. Paolo Mazza

CAPITOLO 20 LA CHIMICA NUCLEARE

L ATOMO. Risponde (o almeno ci prova)

Programma svolto nell a.s

Transcript:

Struttura atomica della materia 1

FASE fase 3 fase 1 fase 2 FASE: porzione di materia chimicamente e fisicamente omogenea delimitata da superfici di separazione ben definite 2

Classificazione della materia MATERIA Sistemi fisicamente eterogenei (proprietà diverse insieme di più fasi) Sistemi fisicamente omogenei (proprietà identiche in ogni puntofasi singole) Sistemi chimicamente eterogenei (più specie chimiche) Sistemi chimicamente omogenei (1 sola specie chimica) elementi composti 3

Classificazione della materia Elementi Sono formati da atomi dello stesso tipo. Tutti gli elementi sono classificati nella Tavola o Tabella Periodica dove sono indicati sia il nome che il simbolo Chimico. 90 elementi in natura (gli altri sono artificiali). Crosta terrestre 13 elementi. Composti Sono costituiti da atomi di tipo diverso ed hanno composizione fissa (es. H 2 O, H: 11,9% O: 88,81%) Proprietà dipendono: Natura elementi (NaCl, KCl) Modo in cui gli atomi sono legati (CH 3 CH 2 OH, CH 3 OCH 3 ) 4

Oltre il 98% della massa della crosta terrestre è costituita dai seguenti 13 elementi % in massa Ossigeno (O) 46.1 Silicio (Si) 25.7 Alluminio (Al) 7.51 Ferro (Fe) 4.70 Calcio (Ca) 3.99 Sodio (Na) 2.64 Potassio (K) 2.40 Magnesio (Mg) 1.94 Cloro (Cl) 1.88 Idrogeno (H) 0.88 Titanio (Ti) 0.580 Fosforo (P) 0.120 Carbonio (C) 0.087 5

Struttura atomica della materia Le origini della teoria atomica Democrito (468-370 a.c.) Epicuro (341-270 a.c.) Lucrezio (96-11 a.c.) La materia é costituita da atomi Atomos = indivisibile Lavoisier (1785) enuncia la legge di conservazione della massa Proust (1799) enuncia la legge delle proporzioni definite Dalton (1807) enuncia la legge delle proporzioni multiple 6

Struttura atomica della materia La MATERIA è costituita da particelle estremamente piccole: gli ATOMI Teoria atomica di Dalton (1808) La materia è costituita da atomi indivisibili e indistruttibili Tutti gli atomi di uno stesso elemento hanno la stessa massa e le stesse proprietà chimiche Atomi di elementi diversi hanno masse diverse e proprietà chimiche diverse Gli atomi di elementi diversi si combinano fra loro in rapporti di numeri interi e generalmente piccoli Fine 800-inizio 900 demolizione della teoria atomica di Dalton 7

Struttura atomica della materia Esperimenti con raggi catodici: scoperta dell elettrone In un tubo contenente gas rarefatto sottoposto ad elevate differenze di potenziale (tubo di Crookes), dall elettrodo negativo, chiamato catodo, venivano emessi questi raggi. Essi si rivelarono costituiti da particelle materiali portatrici di cariche negative, che si rivelarono sempre identiche indipendentemente dalla natura del gas e del catodo. Si concluse che queste particelle fossero dei costituenti fondamentali di tutti gli atomi e che questi, conseguentemente non fossero unità indivisibili. A queste particelle fu dato il nome di ELETTRONI. L atomo è neutro per cui devono esistere anche delle cariche positive, i protoni 8

Struttura atomica della materia L esperimento di Rutheford L esistenza del nucleo 9

Struttura atomica della materia Modello atomico di Rutherford -- + + + -- -- Nucleo contenente particelle cariche positivamente (protoni) ed altre particelle (neutroni) Elettroni, che ruotano intorno al nucleo Modello planetario con un nucleo contenente i protoni e gli elettroni che ruotano intorno al nucleo come i pianeti intorno al sole (nuvola elettronica). Ipotizzata esistenza dei neutroni. 10

Struttura atomica: le particelle fondamentali ATOMO: particella neutra a forma sferica con al centro un piccolissimo nucleo positivo Atomo r a 10-8 cm elettroni (e - ) nucleo (r nucl 10-12 -10-13 cm) I nucleoni sono le particelle che costituiscono il nucleo atomico e quindi comprendono sia i protoni che i neutroni. Essi sono tenuti insieme da forze di scambio che non sono né di natura elettrostatica, né gravitazionale, ma che sarebbero generate da uno scambio continuo tra i nucleoni di mesoni π (chiamai anche pioni) di tipo diverso. Questi ultimi sono particelle con massa 264-273 volte quella dell elettrone protoni (p + ) quarks neutroni (n) quarks 11

Struttura atomica: le particelle fondamentali Particella Massa Carica simbolo SI (g) atomica SI (C) atomica e - 9.109 10-28 5.486 10-4 -1.602 10-19 -1 p + 1.673 10-24 1.0073 +1.602 10-19 +1 n 1.675 10-24 1.0087 0 0 unità di carica atomica: 1.602 10-19 C unità di massa atomica: 1.6606 10-24 g massa elettrone 1836 volte < massa protone Nel NUCLEO è concentrata la MASSA dell atomo 12

La struttura dell atomo Numero atomico (Z) = numero di elettroni (corrisponde anche al numero di protoni essendo gli atomi neutri). Atomi con uguale numero atomico Z hanno uguali proprietà chimiche, sono classificati come atomi dello stesso elemento e identificati dallo stesso simbolo chimico Numero di massa (A) = numero protoni + numero neutroni= numero nucleoni Carica nucleare (+ Z) A - Z = numero dei neutroni 13

La struttura del nucleo atomico: nuclidi e isotopi Nuclide Una specie atomica caratterizzata da una ben determinata composizione del nucleo Per scrivere un nuclide occorre: simbolo elemento (X) Z (in basso a sinistra) A (in alto a sinistra) A Z X Esempio: nuclide elemento azoto 14 7 N Z = 7 A = 14 A-Z = 7 7 p +, 7 e -, 7 n; carica nucleare: +7 14

La struttura del nucleo atomico: nuclidi e isotopi Isotopi nuclidi di uno stesso elemento (isos topos = stesso posto), quindi con uguale numero atomico Z ma diverso numero di massa A e quindi diverso numero di neutroni 12 C C 6 13 C 14 C Isobari Nuclidi di elementi diversi, quindi con diverso numero atomico Z ma con uguale numero di massa A (isos baros = stesso peso) 16 O O 8 17 O 18 O 54 54 Fe Cr 26 24 15

La struttura del nucleo atomico: nuclidi e isotopi Tutti gli isotopi di un elemento hanno lo stesso nome. Fa eccezione l idrogeno: 1 2 3 1 H = H = idrogeno 1 H = D = deuterio 1 H = T = trizio L idrogeno naturale contiene il 99.985% di H, lo 0.015% di D ed una percentuale pressoché inapprezzabile di T. Le proprietà chimiche e chimico-fisiche dipendono solo dal numero di elettroni (e quindi da Z) e conseguentemente diversi isotopi di uno stesso elemento hanno uguali proprietà chimiche e chimico-fisiche. Fanno eccezione gli isotopi degli elementi leggeri, in particolare dell idrogeno: H 2 O p.f. 0.00 C p.e. 100.00 C ad 1 atm D 2 O p.f. 3.82 C p.e. 101.42 C ad 1 atm Esistono elementi come F, Al e P che hanno un solo isotopo 16

La struttura del nucleo atomico: nuclidi e isotopi Gli elementi in natura sono costituiti da miscele di isotopi con composizione costante Spettro di massa del Neon Per vedere questa immagine occorre QuickTime e un decompressore Animation. 20 10 Ne (90.51%) 21 Ne (0.27%) 10 22 Ne (9.22%) 10 17

La struttura del nucleo atomico: nuclidi stabili e radionuclidi Nuclidi conosciuti ad oggi 2200 Nuclidi stabili (naturali) 270 Stabilità Numero PROTONI (Z) Numero NEUTRONI (A-Z) Processo di decadimento radioattivo è un processo di trasformazione di un nuclide in un altro nuclide (stabile o meno) con emissione di PARTICELLE e a volte radiazione elettromagnetica. Legami chimici, stato di aggregazione, P, T, campi elettrici e campi magnetici NON influenzano i processi di decadimento radioattivo. 18

Massa atomica Le masse atomiche assolute degli atomi si possono determinare sperimentalmente con la spettrometria di massa. I valori sono molto piccoli H 1.66 x 10-24 g Fe 9.30 x 10-23 g 1961 definita scala unificata delle masse atomiche Unità di Massa Atomica (u.m.a.) 1 u.m.a. = 1 / 12 della massa assoluta di 12 C = 1 / 12 1.9926 10-23 g = 1.6606 10-24 g Con questa unità di misura sono state tabulate le masse atomiche relative (M r ). M r = massa atomica assoluta (g) dell isotopo massa (g) corrispondente all unità di massa atomica 19

Massa atomica (peso atomico) 1.9926 10-23 g M 12 r C = = 12.0000 1.6606 10-24 g M r 23 Na = 38.163 10-24 g 1.6606 10-24 g = 22.9898 Elementi in natura miscele di diversi isotopi Massa atomica media relativa di un elemento Quale massa riportiamo nella tavola periodica???? La media pesata delle masse atomiche relative degli isotopi costitutivi (peso atomico). 12 6 M E = Mi p 100 C (98.89%) M = 12.0000 i i M = E massa atomica media dell elemento M i = massa atomica dell isotopo i-esimo; p i = abbondanza relativa dell isotopo i esimo (%) 13 C (1.11%) M = 13.00335 6 12.0000 x 98.89 + 13.00335 x 1.11 M C = = 12.01 100 20

Massa molecolare (peso molecolare) Le molecole sono aggregati poliatomici, vengono rappresentate da una formula chimica che fornisce una descrizione della composizione in maniera qualitativa e quantitativa massa molecolare somma delle masse atomiche degli atomi presenti in una sua molecola Alcol etilico (C 2 H 6 O) M C 2H6O = 2 M C + 6 M H + M O = 2 x 12.011 + 6 x 1.0079 + 15.999 = = 46.068 21

Mole Le reazioni chimiche osservabili sperimentalmente coinvolgono un numero enorme di atomi, molecole o ioni. È conveniente definire una nuova grandezza che rappresenta un numero grande e fisso di particelle e comparabile alle quantità utilizzate in un esperimento reale. Mole (abbrevazione S.I. mol) Quantità di sostanza che contiene tante entità elementari (atomi, ioni, molecole, ecc.) quanti sono gli atomi contenuti in 12 g esatti di 12 C, il cui valore corrisponde ad N A Numero di Avogadro N A = 6.022 10 23 entità/mol 22

Mole n atomi 12 C in 1 mole = 12.0000 g massa di 1 atomo 12 C = 12,0000 g 12 x 1,6606 10-24 g n atomi 12 C in 1 mole = 6,022 10 23 1 mole Fe contiene un numero N A di atomi di Fe 1 mole di H 2 O contiene un numero N A di molecole di H 2 O In generale, se un campione contiene N entità, il numero di moli n: n = N N A Massa molare di una sostanza massa (espressa in g) di 1 mole della sostanza La massa molare è numericamente uguale alla massa atomica (per gli elementi) o alla massa molecolare (per i composti). 23

Calcolo massa molare di H 2 O (M H 2O ) M H 2O = n molecole H 2 O in 1mole massa di una molecola H 2 O = M H 2O =6.022 1023 mol -1 1.660610-24 g 18.02 = 18.02 g mol -1 numericamente uguale alla massa molecolare (18.02) Analogamente per gli elementi, essendo M Ca = 40.08, 1 mole di Ca (N A atomi) pesa 40.08 g n (mol) = m (g) M (g mol -1 ) IMPORTANTE 24

Massa molare (di un elemento o di un composto) Stessa massa Diverso numero di moli Per vedere questa immagine occorre QuickTime e un decompressore Animation. Diversa massa Uguale numero di moli 25

C LA MASSA MOLARE S n = 1 mole Cu Pb Hg 26

Massa molare (di un elemento o di un composto) n = 1 mole Per vedere questa immagine occorre QuickTime e un decompressore Animation. 18 g di acqua 180 g di glucosio 46 g di alcol etilico 342 g di saccarosio 27

Struttura atomica Le dimensioni degli atomi Esempio: RAME (Cu) Densità δ = 8.96 g/cm 3 (20 C) Massa molare M = 63.546 g/mol Volume molare V m = M/δ = 63.546 (g/mol) / 8.96 (g/cm 3 ) = 7.09 cm 3 /mol Volume atomico V at = V m /N A = 7.09 (cm 3 /mol) / 6.022 10 23 (mol -1 ) = 1.18 10-23 (cm 3 ) Atomo = Sfera r at = (V at 3/4π) 1/3 = 1.41 10-8 cm = 1.41 Å (1 Å = 10-8 cm) Valore sperimentale: r at = 1.20 Å 28

Struttura atomica Le dimensioni degli atomi Esempio: Rame (Cu), Ferro (Fe),... Raggio nucleare Valore sperimentale: r nucl 10-4 Å r at /r nucl 10000 (in alcuni casi anche 100000) 1 cm 29