linguaggio della
chimica
Struttura dell’atomo
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della chimica
Realizzato da:
Irene Morreale
Noemi Palumbo Piccionello
CLASSE 2°D
Rappresentazione degli elementi
Dagli atomi alle molecole
Fine della presentazione
Ciao ragazzi
accompagnatemi alla
scoperta della struttura
dell’atomo!!!!!!!!!!
Atomi al microscopio
Struttura dell’atomo
L'atomo (dal greco àtomos -, indivisibile, così chiamato perché
inizialmente considerato l'unita più piccola ed indivisibile della materia,
risalente alla dottrina dei filosofi greci Leucippo, Democrito ed Epicuro,
detta atomismo) è la più piccola parte di ogni elemento esistente in
natura che ne conserva le caratteristiche chimiche.
Nel 1808, John Dalton spiegò i fenomeni chimici secondo i
quali le sostanze sono formate dai loro componenti
secondo rapporti ben precisi fra numeri interi, ipotizzando
che la materia fosse costituita da atomi. Verso la fine
dell'Ottocento (con la scoperta dell'elettrone) fu
dimostrato che l'atomo non era indivisibile, bensì a sua
volta composto da particelle più piccole (alle quali ci si
riferisce con il termine "subatomiche"). In particolare,
l'atomo è composto da un nucleo carico positivamente e
da un certo numero di elettroni, carichi negativamente,
che gli vibrano attorno senza un'orbita precisa (l'elettrone
si dice infatti delocalizzato), nei cosiddetti gusci elettronici.
Il nucleo è composto da protoni, che sono particelle
cariche positivamente e da neutroni che sono particelle
prive di carica: protoni e neutroni sono detti nucleoni. In
proporzione se si considera il nucleo grande come una
mela, gli elettroni gli ruotano attorno ad una distanza
pari a circa un chilometro; viceversa un nucleone ha
massa quasi 1800 volte superiore a quella di un elettrone.
Struttura dell’atomo
Gli elementi vengono
armoniosamente classificati
nella tavola periodica, uno
strumento di sintesi
estremamente
potente!!!!!!!!!!
Rappresentazione
degli elementi
Un elemento chimico è una sostanza pura costituita da un unico tipo di atomi,
quelli che appunto lo caratterizzano e si distinguono da quelli degli altri
elementi per il numero atomico (Z).
Gli elementi possono presentarsi in diverse forme:
•sotto forma monoatomica: i gas nobili (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn).
•sotto forma molecolare: alcuni esempi sono H2, N2, O2, O3, F2, P4, S8, Cl2,
Br2, I2.
•sotto forma di insieme continuo (cristallino o amorfo) di atomi legati in modo
covalente: per esempio C, Si, B, Sb.
•sotto forma metallica: la maggior parte degli elementi sono metalli, alcuni
esempi sono il ferro, il sodio, l'oro, il calcio, l'uranio
Lo stesso elemento può esistere in diverse forme allotropiche come il diamante
e la grafite, nei quali il carbonio possiede strutture cristalline diverse, oppure
l'ossigeno diatomico O2 e l'ozono O3, che differiscono per la struttura
molecolare.
Gli elementi vengono armoniosamente classificati nella tavola periodica, uno
strumento di sintesi estremamente potente.
Gli atomi dello stesso elemento possono differire per il numero di massa (A),
ossia per il numero di nucleoni. Tali varietà sono dette isotopi, in quanto
occupano lo stesso posto nella tavola periodica.
Gli elementi rinvenuti sulla Terra sono 90.
Dagli Atomi alle Molecole
Si dice molecola qualsiasi
aggregato elettricamente neutro
di atomi, tenuti assieme
abbastanza fortemente così da
essere considerati come una sola
entità!!!!!!!!!!
Il Legame Chimico
L'atomo, come abbiamo finora visto, è un sistema elettricamente neutro, ma le
cariche elettriche positive e negative che lo costituiscono non sono uniformemente
distribuite nel suo volume. Tali cariche, pertanto, possono esercitare forze di
attrazione e di repulsione sulle cariche di atomi adiacenti, per cui gli atomi si
aggregano e si combinano tra di loro dando luogo a quella miriade di sostanze che
compongono il mondo che ci circonda. In particolare, le sostanze in cui sono presenti
atomi chimicamente tutti eguali, cioè aventi lo stesso numero atomico, sono dette
sostanze elementari o, più semplicemente, elementi; quelle in cui, invece, compaiono
atomi appartenenti a specie diverse sono dette sostanze composte o composti. Per
moltissimi composti e per alcuni elementi gli atomi che li costituiscono si organizzano
in gruppi discreti (tutti eguali fra loro e formati da due o più atomi) a cui si dà il
nome di molecole. Si dice molecola qualsiasi aggregato elettricamente neutro di
atomi, tenuti assieme abbastanza fortemente così da essere considerati come una sola
entità. L’attrazione netta tra due atomi entro una molecola è detta legame chimico.
In altri casi, invece, non è possibile individuare un tale aggregato discreto di atomi. Le
proprietà chimiche e fisiche di elementi e di composti sono determinate non solo dalla
loro composizione chimica, ma anche dal modo in cui i loro atomi sono legati. Di
seguito cercheremo di enunciare ed illustrare alcuni semplici criteri che ci permettano
sia di capire come e perché gli atomi si uniscono tra di loro, per formare una sostanza,
e la natura del legame, il legame chimico, che si instaura tra gli atomi che la
compongono.
Legame ionico
Legame Covalente
Numero Atomico
Si usa scrivere questo numero come
pedice sinistro del simbolo
dell'elemento chimico in questione: per
esempio 6C, poiché il carbonio ha sei
protoni.!!!!!!!!!
Il numero atomico (indicato solitamente con Z , dal
tedesco Zahl, e detto anche numero protonico)
corrisponde al numero di protoni contenuti in un nucleo
atomico. In un atomo neutro il numero atomico è pari
anche al numero di elettroni; in caso contrario l'atomo è
detto ione. Si usa scrivere questo numero come pedice
sinistro del simbolo dell'elemento chimico in questione: per
esempio 6C, poiché il carbonio ha sei protoni.
Ad ogni numero atomico corrisponde un diverso
elemento chimico.
Atomi aventi stesso numero atomico ma diverso numero
di neutroni sono detti isotopi.
In fisica il numero atomico è indicato con la sigla N.A. ed
indica il numero di protoni presenti in un atomo cioè se il
numero atomico di un atomo è 5 vuol dire che essendo
l'atomo neutro avrà 5 protoni e 5 elettroni
Numero di Massa
Quando di un elemento si vuole
specificare il numero di massa, lo si
scrive in alto, a sinistra del simbolo
chimico. Per esempio, per l'isotopo del
carbonio con numero di massa 12 si
rappresenta con: C..!!!!!!!!!
12
Il numero di massa (solitamente indicato con A) è
pari alla somma delle masse di tutti i protoni e i
neutroni presenti in un atomo, siccome le masse
di neutroni e protoni sono circa pari a 1 si può dire
che il numero di massa sia pari al numero di
nucleoni (ovvero protoni e neutroni) contenuti in
un nucleo atomico.
Quando di un elemento si vuole specificare il numero
di massa, lo si scrive in alto, a sinistra del simbolo
chimico. Per esempio, per l'isotopo del carbonio con
numero di massa 12 si rappresenta con: 12C.
Tavola Periodica
La tavola periodica si
articola in gruppi e
periodi!!!!!!!!!
La tavola periodica degli elementi è lo schema col quale vengono
ordinati gli atomi sulla base del loro numero atomico Z. Ideata dal
chimico russo Dimitrij Mendeleev nel 1869, contemporaneamente
ed indipendentemente dal chimico tedesco Julius Lothar Meyer
(1830 - 1895), inizialmente contava numerosi spazi vuoti, previsti
per gli elementi che sarebbero stati scoperti in futuro, taluni nella
seconda metà del 1900.
La tavola periodica si articola in gruppi e periodi:
· Ogni gruppo (colonne verticali della tavola) comprende gli
elementi che hanno la stessa configurazione elettronica esterna
(modo in cui gli elettroni si dispongono attorno al nucleo).
All'interno di ogni gruppo si trovano elementi con caratteristiche
simili.
Ogni periodo (linee orizzontali delle tabella) inizia con un elemento
il cui atomo ha come configurazione elettronica esterna un
elettrone di tipo s, o ns dove n è il numero quantico principale, e
procedendo verso gli atomi successivi del periodo, il numero
atomico Z aumenta di una unità ad ogni passaggio.
Tavola Periodica
Legame Ionico
La formazione di un legame
ionico comporta l'asportazione di
un elettrone da un atomo!!!!!!!!!
Quando due o più atomi si uniscono per formare una molecola,
può esserci competizione per gli elettroni disponibili tale da avere il
quasi completo trasferimento d'uno o più elettroni da un atomo
all'altro. In tal modo gli atomi risultano carichi e sono legati
fortemente dalle forze elettrostatiche esistenti tra gli anioni
negativi e i cationi positivi. La formazione di un legame ionico
comporta l'asportazione di un elettrone da un atomo, un processo
chiamato ionizzazione, e l'energia necessaria è il potenziale di
ionizzazione di quell'atomo (v. ioni; ionizzazione). L'altro atomo
acquista un elettrone e la misura della sua capacità di farlo è detta
affinità elettronica dell'atomo. Quando un atomo di sodio e uno di
cloro interagiscono, per esempio, si forma il sale da cucina.
Legame Covalente
Gli elettroni esterni che
partecipano al legame si
chiamano elettroni di
valenza!!!!!!!!!
Quando la competizione per gli elettroni di legame non è tanta
quanta nel legame ionico, gli elettroni esterni vengono condivisi e si
forma una legame covalente. Gli elettroni esterni che partecipano
al legame si chiamano elettroni di valenza. Per esempio, due atomi
di idrogeno, ognuno con valenza uno, possono combinarsi per
formare la molecola biatomica di idrogeno, mettendo in
compartecipazione due elettroni. Mentre i due atomi si avvicinano
la nuvola elettronica di un atomo risente della forza attrattiva del
nucleo dell'altro. Questa attrazione viene bilanciata, ad una
piccola distanza interatomica, dalla repulsione dei due nuclei
positivi e delle due nuvole elettroniche. La distanza favorita è
quella alla quale vi è la massima stabilizzazione e questa è la
distanza internucleare di equilibrio, o distanza di legame.
Protone
I protoni sono particelle nucleari
dotate di carica positiva uguale
e opposta a quella
dell’elettrone!!!!!!!!!
Particella nucleare dotata di carica positiva uguale e opposta a
quella dell’elettrone. Insieme al neutrone, è un costituente
fondamentale dei nuclei atomici e per questo motivo ci si riferisce
alle due particelle con il termine comune nucleone. Il protone ha
massa approssimativamente 1836 volte la massa dell’elettrone; la
massa di un atomo è quasi interamente concentrata nel nucleo.
Attualmente sono in corso numerosi esperimenti volti a dimostrare
l’instabilità del protone, ma finora non è stata ottenuta nessuna
prova definitiva.
L’antiprotone, cioè l’antiparticella del protone, è stabile nel vuoto e
non decade spontaneamente. Quando un antiprotone collide con
un protone o un neutrone, le due particelle coinvolte nel processo
si trasformano in mesoni, hanno vita media estremamente breve.
La particella venne identificata per la prima volta nel 1955 presso
Radiation Laboratory dell’universita della California.
Neutrone
La caratteristica dei neutroni, che li
differenzia dalle altre particelle
subatomiche, è l'assenza di carica
elettrica!!!!!!!!!
In fisica, il neutrone è una particella subatomica senza
carica elettrica e con massa a riposo di 939,57 MeV
(leggermente superiore a quella del protone, pari a
938,27 MeV). Al di fuori del nucleo, i neutroni sono
instabili ed hanno una emivita di circa 15 minuti.
Decadono in un protone, emettendo un elettrone e un
antineutrino.
La caratteristica dei neutroni, che li differenzia dalle altre
particelle subatomiche, è l'assenza di carica elettrica.
Questa proprietà dei neutroni ritardò la loro scoperta, li
rende molto penetranti, e impossibili da osservare
direttamente.
Anche se gli atomi, nel loro stato normale, sono privi di
carica, sono migliaia di volte più grandi di un neutrone e
consistono di un complesso sistema di elettroni con carica
negativa, spaziati attorno a un nucleo con carica
positiva.
Elettrone
Delle tre particelle che costituiscono gli atomi, l'elettrone è
di gran lunga il più leggero ed il più piccolo. Per avere un
idea del suo peso dobbiamo pensare che ci vorrebbero
dieci miliardi di miliardi di miliardi di elettroni per fare un
solo grammo di materia!
Sappiamo inoltre che l’elettrone è privo di struttura
interna, cioè è una particella fondamentale in quanto
non composta da altre più piccole. Nell'uso comune,
l'elettrone viene abbreviato con il simbolo "e-" e la sua
carica elettrica per convenzione è negativa. La carica
dell'elettrone Qe viene identificata come carica
elementare. In questo modo, la carica di tutte le altre
particelle viene riferita a quella dell'elettrone: la carica
elettrica di una particella è sempre un multiplo intero o
una frazione, segno a parte, della carica elementare Qe.
La scoperta degli elettroni, nel 1897, da parte di J.J.
Thompson, ha messo in evidenza per la prima volta
l'esistenza delle particelle elementari, o meglio la natura
non continua della materia.
Delle tre particelle che costituiscono
gli atomi, l'elettrone è di gran lunga il
più leggero ed il più piccolo!!!!!!!!!
John Dalton
Nel corso dei suoi studi Dalton si avvalse delle
conoscenze chimiche che possedeva (la legge della
conservazione della massa e la legge delle proporzioni
definite) e formulò la sua teoria atomica, che si fondava
su cinque punti:
•la materia è formata da particelle elementari chiamate
atomi che sono indivisibili e indistruttibili;
•gli atomi di uno stesso elemento sono tutti uguali tra loro;
•gli atomi di elementi diversi si combinano tra loro in
rapporti di numeri interi e generalmente piccoli dando così
origine a composti;
•gli atomi non possono essere né creati né distrutti.
•gli atomi di un elemento non possono essere convertiti in
atomi di altri elementi.
Questa viene considerata la prima teoria atomica della
materia perché per primo Dalton ricavò le sue ipotesi per
via empirica.
Nel 1808, John Dalton spiegò i
fenomeni chimici secondo i quali le
sostanze sono formate dai loro
componenti secondo rapporti ben
precisi fra numeri interi, ipotizzando
che la materia fosse costituita da
atomi!!!!!!!!!