Descrizione schematica
elementare
Della struttura della materia
che costituisce i vari corpi
Quark, protone, neutrone, elettrone, positrone, neutrini, gluoni, bosoni
atomo, elementi, molecole, composti inorganici, organici
cellule, unicellulari, pluricellulari
I corpi sono costituiti da atomi, molecole
le molecole sono costituite da atomi
gli atomi sono costituiti da nucleoni (protoni, neutroni) ed elettroni
i nucleoni sono costituiti da quark
le cellule sono costituite da molecole
viventi unicellulari e pluricellulari
(vegetali e animali)
corpo
molecole
atomi
nucleoni
elettrone
quark
Le particelle formano i vari raggruppamenti
(nuclei, atomi, molecole, corpi) mediante l’intervento di quattro forze
fondamentali mediate da specifici mediatori
Gravitazionale ( su masse;gravitone ??)
forte (su adroni, nuclei;gluoni)
debole ( decadimento beta;bosoni)
elettromagnetica (su cariche;fotoni)
La materia si può presentare in tre stati di aggregazione diversi
solido, liquido, aeriforme
con possibilità di scambio in funzione della temperaura
passaggi di stato
fusione, solidificazione
vaporizzazione, condensazione, liquefazione
sublimazione
La materia si può presentare in tre stati di aggregazione diversi
solido, liquido, aeriforme
con possibilità di scambio in funzione della temperaura
passaggi di stato
fusione, vaporizzazione, condensazione, liquefazione
solidificazione, sublimazione
Particelle elementari costituenti atomi
Protone p +1
Neutrone n 0
Elettrone e-1
atomo
Nucleo con nucleoni:protoni e neutroni
Perinucleo con elettroni
Elementi chimici (naturali) 92 diversi tra loro per specifiche proprietà
Costituiti solo da protoni, neutroni, elettroni, che risultano sempre
con le stesse caratteristiche
Gli elementi chimici risultano diversi tra loro, pur essendo costituiti da
particelle uguali nei diversi elementi :
la diversità negli elementi dipende
dal diverso numero di protoni (pari al numero di elettroni) presente :
numero atomico Z (da 1 a 92):
il numero di neutroni (N), che aumenta con l’aumento di Z ,
più Z , fornisce il numero di massa A (
che indica la
massa dell’atomo dell’elemento ) :
A=Z+N
Z=1
N=1
A = Z+N=2
Z=2
N=2
A=Z+N=4
Isotopi : atomi dello stesso elemento, con diverso numero di neutroni
le proprietà chimiche non cambiano: cambia solo la massa atomica
Z = 1 ; N = 0 ; A = Z+N =1
prozio
H( Z, A) , H( 1, 1)
A
Z = 1 ; N = 1 ; A = Z+N =2
deuterio
H( Z, A) , H( 1, 2)
Z = 1 ; N = 2 ; A = Z+N =3
trizio
H( Z, A) , H( 1, 3)
H
Z
i
d
r
o
g
e
n
o
uranio
Nome e simbolo elemento Uranio U
Numero atomico Z 92
Numero di massa A 235, 238
235
U
Atomo di uranio U 92
92
Nuclide isotopo uranio U
Nuclidi isotopi di uranio
238
235
235
U
U
92
U
92
238
235
U
92
U
Struttura dei protoni e neutroni (e altri adroni:barioni e mesoni)
Sono costituiti da particelle (quark) mantenute all’interno del nucleone
mediante interazione forte (mediata da bosoni, gluoni)
Quark e gluoni non esistono indipendentemente dai nucleoni
Si conoscono sei tipi (sapori) di quark
up u , down d, charme c, strange s, bottom b, top t
protone con struttura uud
neutrone con struttura udd
Ogni sapore può presentare una proprietà (colore) rosso, verde, blu
Ogni quark possiede una carica elettrica frazionaria +2/3 o -1/3
e altre proprietà indicate con numeri quantici
Protone uud
Up u
Down d
+2/3
-1/3
+2/3
-1/3
+2/3
-1/3
+2/3
+2/3
+2/3
-1/3
Neutrone udd
-1/3
-1/3
Un quark emettendo o assorbendo un gluone
cambia colore, non sapore
g
g
u
u
u
Un quark emettendo o assorbendo un bosone W
cambia sapore, non colore
W
u
d
d
u
W
d
u
d
u
Trasmutazione naturale degli elementi e decadimento beta
Uranio Z 92 A 239
Nettunio Z 93 A 239
N
>>>>> P + e + n
Un neutrone si trasforma in un protone
e viene emesso un elettrone con un antineutrino
Cambia Z da 92 a 93 : U (92-239) > Np (93-239)
primo elemento transuranico Nettunio Z 93 A 239
neutrone
protone
u
Un quark cambia da d a u
neutrone udd diventa
protone uud
u
d
d
d
u
e
W
n
Bosone W produce
elettrone e , antineutrino n
Trasmutazione naturale degli elementi e decadimento beta
Np Z 93 A 239
Plutonio Z 94 A 239
N
>>>>> P + e + n
Un neutrone si trasforma in un protone
e viene emesso un elettrone con un antineutrino
Cambia Z da 93 a 94 : Np (93-239) > Pu (94-239)
secondo elemento transuranico Plutonio Z 94 A 239
neutrone
protone
u
Un quark cambia da d a u
neutrone udd diventa
protone uud
u
d
d
d
u
e
W
n
Bosone W produce
elettrone e , antineutrino n
Trasmutazione naturale mediante decadimento beta -
U (92, 239) >>> Np (93, 239) + e + n
Pu (94, 239) + e + n
Trasmutazione naturale mediante decadimento beta +
B (5, 8) >>> Be (4, 8) + e+ + n
Boro diventa berillio trasformando un protone in un neutrone
ed emettendo un positrone e+ insieme a un neutrino
neutrone
protone
u
u
d
W
u
e+
n
d
d
Atomi dello stesso elemento o di elementi diversi possono
formare gruppi atomici: molecole
Numero elementi diversi (atomi) 92
numero molecole diverse :infinito…
Idrogeno + cloro > acido cloridrico
H2 + Cl2 >>> 2 HCl
Anidride carbonica + acqua >>> acido carbonico
CO2 + H2O >>> H2CO3
Glucosio + glucosio > maltosio
Glucosio + fruttosio >>> saccarosio
Amminoacido +amminoacido >>> dipeptide
Da minerali a roccia
Quarzo + muscovite + ortoclasio >>> granito
La materia strutturata come insieme di atomi o di molecole
si presenta con massa e volume variabile nei corpi allo stato fisico
solido(rocce), liquido(acqua) o aeriforme(ossigeno)
I corpi possono appartenere ad esseri
non viventi
Elementi nativi
Minerali
Composti del carbonio
rocce
Viventi
cellule-unicellulari-pluricellulari
batteri-funghi-animali-vegetali
Elementi nativi (zolfo, argento, oro, platino…)
Minerali :
cloruri(salgemma)
ossidi(ematite..)
idrossidi(limonite..)
carbonati(calcite..)
solfati(baritina..)
solfuri(blenda..)
silicati(tormalina..)
Composti del carbonio
glucidi, lipidi, protidi…
rocce :
magmatiche
intrusive (granito,diorite..)
effusive (porfido, trachite..)
sedimentarie
clastiche(argilla, arenaria..)
chimiche(gesso, salgemma)
organogene(travertino, radiolarite..)
metamorfiche
regionali(gneiss, fillade..)
termometamorfiche(marmo)
Sintesi su origine della materia
BIG BANG ? Energia e Massa interscambiabili E = m*V^2 /2
creazione e annichilazione particelle varie di materia e antimateria
scomparsa della antimateria, residua materia come insieme di
quark, gluoni, elettroni liberi per elevata temperatura
Espansione dell’universo e raffreddamento
quark e gluoni confinati e formazione di nucleoni (protoni e neutroni)
prosegue espansione e raffreddamento
formazione di nuclei leggeri (idrogeno, deuterio, litio, helio..) con
unione di protoni e neutroni
cattura di elettroni e formazione degli atomi (H,Li, He..)
disaccopiamento tra fotoni ed elettroni : inizia il Red Shift …
prosegue espansione:
formazione nebulose, galassie, prime stelle (nucleosintesi in stelle,
esplosione supernove, immissione di nuovi elementi nello spazio)
formazione di stelle con elementi derivati dalla nucleosintesi precedente
esplosione di supernove ed emissione di nuovi elementi sitetizzati
comparsa di sistemi planetari, terra (con elementi sintetizzati nelle stelle)
terra. evoluzione chimica, evoluzione biochimica, comparsa della vita
evoluzione esseri viventi
E = m*V^2/2
Quark, antiquark, elettroni, positroni, gluoni
Uud protone
Udd neutrone
Confinamento dei quark u, d in nucleoni
protone uud , neutrone udd
Formazione di nuclei di idrogeno, deuterio
Formazione di atomi di idrogeno, deuterio
Galassie e stelle che
sintetizzano nuovi elementi
esplodono e immettono
elementi nella galassia
Nuove galassie e stelle
arricchite con nuovi
elementi:evoluzione
supernove, altri elementi
Sistema planetario, sole e
pianeta terra fornito dei 92
elementi che conosciamo
Litosfera minerali, rocce
atmosfera:ossigeno,azoto, anidride,carbonica…
idrosfera: acqua
Biosfera:batteri,funghi,vegetali, animali
Magnetosfera:protegge da vento solare, raggi cosmici
Energia <<< >>> massa
quark, gluoni, elettroni, positroni, materia, animateria
Residua materia :formazione di nucleoni, nuclei, atomi
Alcune discipline che riguardano l’argomento trattato
astronomia, astrofisica
fisica, chimica, biologia
matematica