Caratteristiche della materia
Da questo possiamo concludere che:
 La diversità della varie sostanze è dovuta alla
diversità della composizione chimica della materia
spiegata dalla teoria atomica
 Comuque spezziamo del sale otteniamo sempre
granellini che hanno le proprieta del sale
 Questo non va all'infinito a un certo punto
otteniamo una coppia di atomi di Na (sodio) e Cl
(cloro)
Halite
 La chimica è quella scienza che si occupa della
struttura della materia e le trasformazioni che subisce
 La fisica si occupa di quei fenomeni che riguardano la
materia lasciandone inalterata la struttura
La molla si allunga in
funzione della forza che
applichiamo su di essa; se
cessa la forza essa ritorna
allo stato iniziale
Nel ciclo dell’acqua la
molecola di H2O non cambia
perciò ci troviamo davanti ad
una trasformazione fisica
Combustione del metano
La combustione del metano
L’ossidazione del ferro
comporta la trasformazione del comporta la sua
metano in due molecole di acqua trasformazione in ruggine
e una di anidride carbonica
 Tutte le sostanze sono fatte di molecole
 Definiamo molecola la più piccola particella di materia
che ne conserva tutte le caratteristiche chimiche
 Se divido la molecola ottengo cli atomi ma questi non
hanno più nulla a che vedere con la sostanza di
partenza
Molecola
di acqua
rompo
ossigeno
Molecola di
idrogeno
 Come abbiamo visto le molecole sono
formate da atomi
 Ciò che tiene uniti i vari tipi di atomi a
formare le molecole sono i
 Nelle molecole i legami chimici prendono il
nome di legami molecolari
 Le molecole sono fornate da atomi tutti
uguali o da atomi diversi fra loro
H2 idrogeno
He elio
O2 ossigeno
N2 azoto
C4H10 butano composto
formato da 4 atomi di carbonio
e 10 atomi di ossigeno
CO2 anidride carbonica
formata da un atomo di
carbonio e 2 di ossigeno
H2O acqua formata
da un atomo di
ossigeno e 2 di
idrogeno
 Dal greco ἄτομος «indivisibile» e tale è considerato
protoni
dalla chimica mentre per la fisica esso risulta suddiviso
in particelle più piccole
 Esso risulta infatti suddiviso in protoni, neutroni ed
elettroni
 I protoni e neutroni occupano la parte centrale
dell’atomo detta nucleo e per questo essi sono anche
detti nucleoni
 I protoni sono particelle cariche ed hanno una carica
Neutroni
positiva mentre i neutroni,
come dice lo stesso nome,
sono privi di carica
 I nucleoni sono anch'essi costituiti da particelle più




piccole dette quark
Di queste ne esistono diversi tipi ma per fortuna a noi
ne interessano solo due: i quark up (su) aventi una
carica pari a +2/3 e i quark down (giù) aventi carica
pari a -1/3
I neutroni sono formati da due quark down e un quark
up pertanto la loro carica sarà: -1/3 -1/3 +2/3 = 0
I protoni sono formati da due quark up e un quark
down perciò la sua carica sarà: +2/3 +2/3 -1/3 = + 1
I quark cono tenuti insieme dalla forza nucleare forte
 Intorno al nucleo ruotano delle altre particelle che
prendono il nome di elettroni
 L’elettrone è una particella di carica negativa e (-1) a
differenza dei nucleoni non è composta da particelle
più piccole
 Nell’atomo il numero dei protoni è uguale a quello
degli elettroni perciò l’atomo è neutro
 I costituenti degli atomi sono sempre
gli stessi ma
C z=6
non il loro numero perciò sarà proprio questo a
distinguere un atomo dall’altro
 In particolare due atomi diversi avranno un diverso
numero di protoni (e perciò anche di elettroni)
H Z =1
 Se andiamo a vedere le masse dei costituenti del
nucleo ci accorgeremo che protoni e neutroni hanno
masse all’incirca uguali mentre gli elettroni sono
circa 1800 volte più leggeri
 Perciò la massa degli atomi è data dalla somma dei
protoni e degli elettroni in essi presenti
 Gli elettroni che ruotano intorno al nucleo non sono
distribuiti a caso a si trovano in particolari zone dette
gusci elettronici
 Teoricamente non c’è un limite al numero dei gusci
elettronici ma
normalmente si dice che i gusci
Argo
elettronici sono 7 perché con questa quantità è
possibile sistemare tutti gli atomi fino a Z=119 ma tale
atomo non è stato ancora scoperto
 Ad ogni guscio compete una particolare energia che
ne determina il livello energetico
 Il primo guscio contiene 2 elettroni, l’ultimo guscio al
massimo 8 elettroni
 Sappiamo già dallo scorso anno che atomi di uno
stesso elemento hanno lo stesso numero di protoni
 Ma non è assolutamente detto che abbiano lo stesso
numero di neutroni anzi non è assolutamente così
 Se il numero di neutroni può variare significa che
nell’atomo di un elemento è fisso il numero Z ma può
variare il numero A
 Si definiscono isotopi tutti gli atomi di uno
stesso elemento che differiscono per il numero
di massa A e che quindi sono fisicamente (non
chimicamente) diversi fra loro
 Nel XIX sec. Erano conosciuti molti elementi chimici




ma non si riusciva a trovare il modo di ordinarli in una
maniera coerente.
Dopo vari tentativi due chimici imboccarono la strada
giusta
Nel 1870 il chimico tedesco Iulius Mever pubblicò un
modello di tavola degli elementi.
In maniera indipendente, il professore di chimica
russo Dmitrii Mendellev pubblicò nel 1869 la sua
prima versine di tavola periodica.
In tutte e due le tavole gli elementi erano ordinati in
righe e colonne, in ordine di peso atomico crescente in
modo tale che appartenevano alla stessa colonna
presentassero caratteristiche simili
 La tavola periodica di Mendeelev presentava diversi
spazi vuoti
 Il chimico sosteneva che questi spazi contenessero degli
elementi che ancora dovevano essere scoperti
 In questo modo la sua tabella non era un semplice
modo di ordinare gli atomi ma era a tutti gli effetti una
teoria scientifica in quanto essa prevedeva:
1. L’esistenza di elementi che ancora dovevano essere
scoperti
2. Prediceva le caratteristiche che dovevano avere questi
elementi e perciò dava delle indicazioni ben precise
su come andarli a cercare
Differenza fra previsioni di Mendeleev e verifiche sperimentali sull’elemento
 Il successochimico
di entrambe
le previsioni
fece
di Mendeleev
Z = 32 sconosciuto
a Mendeleev.
Fonte
Antonio
Gimigliano, Il
sistema periodico
degli elementi
in La materia in
uno
deiF.maggiori
scienziati
di fama
mondiale
formule, 2000, Brescia, Editrice La Scuola, pp. 120.
 Dalla struttura della tavola periodica e dalla






comprensione del modo in cui i vari
atomi
si
Tavola
Periodica
combinavano gli scienziati ebbero l’intuizione sul
modo con cui gli elettroni si potavano distribuire
all’interno degli atomi
L’attuale tavola periodica conta 118 atomi di cui 92
maturali e 26 artificiali (transuranici) ottenuti in
laboratorio, il più pesante è il Ununoctium
In essa si contano:
7 righe orizzontali dette periodi
8 colonne verticali dette gruppi
Un gruppo di elementi detti di transizione
Due sottogruppi dei lantanidi e degli attinidi
 Nella tavola di Mendeleev gli elementi sono
raggruppati in metalli non metalli semimetalli e gas
nobili ma cosa li contraddistingue?
 I metalli:
1. Salvo il Hg a temperatura ambiente sono tutti solidi
2. Sono lucidi e splendenti
3. Hanno alto punto di ebollizione e fusione (ecc. alcalini)
4. Sono duttili (ridotti in fili)
5. Sono malleabili (ridotti in fogli)
6. Conduttori di elettricità e calore
Zolfo
1.
2.
3.
4.
5.
Grafite
A temperatura ambiente la maggior parte si trova
allo stato
gassoso, il Br è liquido mentre C, S, e Si
Diamante
sono solidi
Sono opachi
Hanno bassi punti di fusione e di ebollizione
Non sono ne duttili ne malleabili
Sono cattivi conduttori di calore (ecc. C)
Ogni atomo ha un suo simbolo che deriva dal suo
nome latino
Elemento
Nome latino
Simbolo
Lettura
Idrogeno
hydrogenum
H
acca
Ossigeno
oxygenum
O
o
Calcio
calcium
Ca
ci-a
Ferro
ferrum
Fe
effe-e
Mercurio
hydrardyrum
Hg
acca-g
Carbonio
carbonium
C
ci
Acqua
Si legge accadueo
idrogen0
ossigeno
Nella molecola ci son 2
atomi di idrogeno
La presenza del simbolo e
l’assenza di un numero indica
che nella molecola c’è un solo
atomo di ossigeno
Simbolo del
calcio
Simbolo del
carbonio
Simbolo
dell’ossigeno
Si legge
ciaciotre
Sono presenti 3
atomi di ossigeno
Sono privi di indice
quindi c’è un solo atomo
Simbolo del
carbonio
Sono presenti 4
atomi di idrogeno
Simbolo
dell’idrogeno
Si legge
ciaccaquattro
Atomo di
idrogeno
Si legge
accadue-odue
Sono presenti
2 atomi di
idrogeno
Atomo di
ossigeno
Sono presenti
2 atomi di
ossigeno
 Un numero relativamente piccolo di atomi può
originare un numero elevatissimo di composti chimici
 Come abbiamo già visto questo si origina mettendo
insieme diversi tipi di atomi
 Tutto questo può grazie alla capacità degli atomi di
formare legami chimici
 Ma come si formano questi legami?
 Gli elementi dei gas nobili hanno 8 elettroni
sull’orbitale esterno
 Sappiamo che tali elementi erano tutti sconosciuti
a Mendeleev perché non formano composti con gli
altri atomi
 Ciò si verifica perché tali atomi hanno l’orbitale
esterno completo perché
 Perché non pensare che anche gli atomi possano
cercare di legarsi per raggiungere questa
configurazione elettronica esterna particolarmente
stabile?
L’elio e il neon sono due gas nobili e hanno
l’orbitale esterno completo (2e e 8 e)
Gli atomi che non hanno l’orbitale esterno completo
sono elementi chimicamente instabili (non
fisicamente instabili come ad esempio il tritio che è
radioattivo) e sono fortemente reattivi cioè
tendono a formare legami con gli altri atomi
Idrogeno e ossigeno non hanno l’orbitale esterno
completo e perciò sono fortemente reattivi
Se noi contiamo gli elettroni abbiamo
che nella molecola di acqua l’idrogeno
ha due elettroni sull’orbitale esterno e
l’ossigeno 8 elettroni sull’orbitale
esterno perciò la formazione della
molecola di acqua ha portato al
completamento dell'orbitale esterno
Se noi contiamo gli elettroni abbiamo che nella molecola
di metano l’idrogeno ha due elettroni sull’orbitale
esterno e il carbonio 8 elettroni sull’orbitale esterno
perciò la formazione della molecola di metano ha
portato al completamento dell'orbitale esterno
Se noi contiamo gli elettroni abbiamo che nella molecola
di cloro abbiamo che i due di cloro hanno entrambi due
elettroni
 Gli atomi quando si incontrano entrano i contatto
tramite gli elettroni dell’orbitale esterno perciò
sono questi che formano legami
 Questi elettroni sono anche detti elettroni di
valenza e il loro numero stabilisce quanti legami
può formare l’atomo
 Si dice valenza il numero di legami
chimici che un atomo può fare
Gli elementi del
gruppo I hanno
valenza 1
Gli elementi del
gruppo V hanno
valenza 3
Gli elementi del
gruppo II hanno
valenza 2
Gli elementi del
gruppo III hanno
valenza 3
Gli elementi del
gruppo VI hanno
valenza 4
Gli elementi del
gruppo VI hanno
valenza 2
Gli elementi del
gruppo VII
hanno valenza 1
Gli elementi del
gruppo VIII
hanno valenza 0
Anidride carbonica
metano
formaldeide
Acido cianidrico
 Il termine deriva dal greco ἰόν che significa andare …
uno strano nome per un atomo ma vediamo cosa
indusse Faraday nel 1834 ad introdurre questo termine
 Gli ioni hanno la capacità di muoversi all’interno di un
campo elettrico (da qui il nome)
 L’acqua che per sua natura è un ottimo isolante diventa
conduttore se facciamo una soluzione con un composto
ionico (cioè un composto che si scioglie liberando ioni)
 Tutto questo strano discorso ci porta a concludere che
gli ioni sono atomi o gruppi di atomi dotati di carica
elettrica
 Gli ioni vengono indicati, con il simbolo dell’atomo o
del gruppo atomico, portante in alto a destra tanti
segni + o − quanti sono gli elettroni perduti o
acquistati
 Prendiamo in considerazione l’atomo di sodio
di sodio può raggiungere la sua
EssoUnhaatomo
un solo
elettrone nell’orbitale 3
configurazione stabile perdendo
Questa
configurazione
l’elettrone
dell’obitale n3è instabile
Se l’atomo di Na cede questo elettrone
raggiunge la configurazione
elettronica esterna del Ne diventando
però Na+
Questo perché il numero dei protoni
non è variato
Uno ione con carica positiva si
chiama catione
Il cloro ha 7 elettroni sull’ultimo
orbitale (n=3)
Questa configurazione
elettronica è instabile perché il
livello esterno non è completo
Se il cloro acquista un elettrone
assume la stessa configurazione
elettronica esterna dell’argo
diventando però ClQuesto perché il numero dei
protoni non è variato
Uno ione con carica negativa si
chiama anione
Fonte: http://www.apprendiscienza.it
 Normalmente gli atomi del primo e secondo gruppo
formano cationi quando formano legami
 Quelli del sesto e settimo gruppo tendono a formare
anioni specie quando si legano con quelli del primo
e secondo gruppo
 Negli altri casi gli atomi tendono a condividere gli
elettroni nei legami chimici piuttosto che formare
ioni
 Questo comportamento è tipico anche dell’idrogeno
pur appartenendo al primo gruppo
Il sodio acquista la sua configurazione
elettronica stabile cedendo l’elettrone
dell’orbitale n=3 diventando Na+
Cedendo il suo elettrone all’atomo di cloro che
diventa ClIn questo nodo anche il cloro raggiunge la
configurazione di gas nobile
A questo punto abbiamo un catione sodio con carica positiva e un anione
cloruro con carica negativa
Gli ioni con carica opposta si attraggono per forza elettrostatica
Si origina così un nuovo composto: il cloruro di sodio con la formazione di
un legame ionico
Il legame ionico è la conseguenza dell'attrazione elettrostatica che si
manifesta tra i due ioni di carica opposta.
Fonte immagini: http://www.apprendiscienza.it
L’atomo di cloro ha 7e
sull’orbitale
Manca un solo elettrone per raggiungere
la struttura elettronica dell’argo
Vediamo
in chei due
modo
A
Che
questo
ha portato
puto
alla atomi
formazione
di cloro
due
atomi
di un
cloro
hanno
dell’orbitale
avuto
eterno
elettrone
completo
extra
possono risolvere il
problema
Nel legame covalente i due elettroni
appartengono contemporaneamente ai
due atomi di cloro
Prendiamo in considerazione un atomo di
cloro e uno di idrogeno
Un atomo di cloro può raggiungere la
configurazione elettronica di un gas nobile
se acquisisce un elettrone
La stessa cosa succede per l’atomo di
idrogeno che in questo modo acquisisce la
configurazione elettronica esterna dell’elio
A ciascuno dei due perciò serve un elettrone
Se condividono due elettroni risolvono il problema raggiungendo entrambi
8 elettroni
La coppia condivisa forma un legame covalente fra l’atomo di cloro e
l’atomo di idrogeno
I due elettroni condivisi si muovono intorno ad entrambi gli atomi
Fonte http://www.apprendiscienza.it
 Nei metalli gli atomi perdono facilmente gli elettroni
più esterni trasformandosi in ioni positivi
 Questi ioni vanno ad occupare il minor spazio
possibile sistemandosi all'interno di un reticolo
cristallino
 Gli elettroni persi non appartengono ad un singolo
atomo ma a tutto il reticolo del solido
 Essi sono liberi di muoversi fra gli ioni positivi
garantendo la neutralità del sistema e fungendo da
collante per gli ioni metallici
 La teoria della materia ha da sempre rappresentato





un’idea portante della scienza anzi essa è nata
insieme alla scienza
Talete sostenne che il principio di tutte le cose fosse
l’acqua
Anassimene lo ricondusse all’aria
Anassimandro ad una sostanza primigenia detta
apeiron
Eraclito al fuoco
Empedocle introdusse i 4 elementi che dominarono
la scena fino al rinascimento (terra, acqua, aria fuoco)
 Accanto a questa visione dominante si mantenne
sempre viva la teoria atomica formulata da Democrito
 Democrito deduce l'esistenza di atomi da un processo
logico e puramente teorico attraverso il quale
comprende che scomponendo la materia in parti
sempre più piccole non si può che arrivare a dei
costituenti fondamentali e indivisibili.
 Studiando quando si andava scoprendo sulle reazioni
chimiche (legge della conservazione della massa di
Lavoisier, delle proporzione definite di Proust e quella
delle proporzioni multiple da lui stesso formulata)
Dalton pose le basi per la moderna teoria atomica
sviluppando 5 punti fondamentali:
1.
2.
3.
4.
5.
la materia è costituita da particelle elementari,
dette atomi;
gli atomi sono indivisibili e inalterabili;
gli atomi di uno stesso elemento sono identici tra
loro, possedendo la stessa massa e le stesse
proprietà;
gli atomi di elementi diversi sono differenti;
gli atomi di elementi diversi si combinano tra di
loro formando particelle composte (atomi
composti, come allora si diceva), o composti; in
ogni determinato composto, il rapporto numerico
con cui sono combinati gli atomi costituenti è
definito e costante.
 Nel 1897 Thomson studiando il passaggio della




corrente elettrica nei gas rarefatti, dimostra che i
raggi emessi dal catodo (raggi catodici) sono
particelle di carica negativa
Siccome l’atomo è neutro debbono esistere particelle
di carica positiva
Nel modello atomico “a panettone” di Thomson:
l’atomo è una particella neutra costituita a sua volta
da particelle negative sparse (come le uvette e i
canditi nel panettone) in una pasta positiva.
Le cariche negative e positive si neutralizzano tra
loro.
 Rutherford bombardando una sottile lamina di oro
con particelle alfa (costituite da due protoni e due
neutroni e dotate perciò di carica positiva 2+) si
accorse che molte di queste venivano deviate mentre
se fosse stato vero il modello di Thomson dovevano
passare senza deviazioni
 Da questo esperimento si accorse che le cariche
negative dovevano trovarsi all’esterno dell’atomo e
quelle positive al suo interno e che l’atomo era
sostanzialmente vuoto
 Rutherford propone perciò il modello atomico
planetario, simile al sistema solare: un nucleo denso,
dotato di carica elettrica positiva, attorno al quale
ruotano, come i pianeti intorno al Sole, gli elettroni,
particelle dotate di carica elettrica negativa (modello
planetario) in orbite circolari.
 Gli elettroni in movimento dovrebbero emettere
energia elettromagnetica e cadere sopra il nucleo
perciò il modello di Rutherford da origine ad un
atomo instabile
 Per superare questo inconveniente Bohr propose un
nuovo modello basata sulla moderna fisica
quantistica sviluppata da lui stesso, Plank ed Einstein
 Nel modello di Bohr l’elettrone non collassa sul
nucleo, ma ruota senza emettere energia lungo orbite
circolari prefissate: gli stati stazionari.
 La spiegazione del modello di Bohr richiede
competenze che vanno al di là della scuola media
perciò ci fermiamo qui
Fonte: Zanichelli online scuola