Luca Fiorani
Chimica e
didattica
della chimica
Atomi, elementi e reazioni
Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
La legge delle proporzioni definite di
Proust
 Uno
dei dibattiti più accesi nella chimica della
fine del XVIII secolo riguardava le regole di
combinazione tra gli elementi: ad es., il rapporto
tra C e O nel diossido di carbonio è fisso o varia in
base alle condizioni in cui si forma?
 Jeremias Benjamin Richter (1762-1807) studiando
le reazioni acido-base scopre che, affinché
avvenga la neutralizzazione, è necessario che
reagiscano quantità definite e costanti di acidi e
basi
2
Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
La legge delle proporzioni definite di
Proust
 Secondo
Claude-Louis Berthollet (1748-1822)
sono le circostanze sperimentali a determinare le
combinazioni possibili
 Joseph-Louis Proust (1754-1826) dimostra che
Berthollet ha torto enunciando la legge delle
proporzioni definite: in un composto, gli elementi
sono presenti secondo rapporti in massa definiti e
costanti (1799)
 Proust fornisce un indizio sulla composizione
atomica della materia e stabilisce una differenza
fondamentale tra composti e miscugli
3
Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
La legge delle proporzioni multiple e la
teoria atomica di Dalton
 John
Dalton (1766-1844)
scopre che due
elementi si possono
combinare secondo
proporzioni diverse se
formano un composto
diverso (come C e O
nel formare CO e CO2)
4
Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
La legge delle proporzioni multiple e la
teoria atomica di Dalton
 Nel
1802 Dalton enuncia la legge delle
proporzioni multiple: se un elemento si combina
con la stessa massa di un altro elemento, le
masse del primo stanno tra loro secondo rapporti
esprimibili con numeri piccoli e interi (il C
necessario per formare CO è il doppio di quello
necessario per formare CO2, a parità di O)
 La teoria atomica spiega la legge delle
proporzioni definite e la legge delle proporzioni
multiple
5
Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
La legge delle proporzioni multiple e la
teoria atomica di Dalton
 Dalton
espone la sua teoria atomica nell’opera
"Nuovo sistema di filosofia chimica" (1808):
1.
2.
3.
4.
5.
I
la materia è costituita da atomi
gli atomi sono indivisibili, non si creano e non si
distruggono
tutti gli atomi di un elemento sono uguali
gli atomi di elementi diversi hanno proprietà
diverse
nelle reazioni gli atomi si trasferiscono da un
composto all’altro (conservazione della massa)
punti 2 e 5 sono oggi superati (in parte)
6
Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
La legge delle proporzioni multiple e la
teoria atomica di Dalton
 William
Hyde Wollaston (1768-1828) e Jöns Jakob
Berzelius (1779-1848) forniscono ulteriori prove
sperimentali della legge delle proporzioni
multiple
 La teoria atomica di Dalton segna il passaggio
definitivo dall’alchimia alla chimica: se atomi di
elementi diversi hanno proprietà diverse e gli
atomi non si creano e non si distruggono è
impossibile trasmutare un metallo in oro
7
Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
Un simbolo per gli elementi chimici
 Lavoisier
aveva assegnato un nome
agli elementi
 Dalton usa un simbolo
 Berzelius propone di utilizzare
l’iniziale (o le prime due lettere, se
necessario, come nel caso di C e Cl)
 Questa convenzione è ancora in uso
e permette di scrivere le formule
chimiche CO2 e le reazioni chimiche
C + O2 → CO2 (reagenti → prodotti)
in cui si conserva la massa
8
Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
L’elettricità e la chimica
 Nel
1800 William Nicholson (1753-1815) e Anthony
Carlisle (1768-1840) scoprono l’elettrolisi: facendo
passare corrente elettrica nell’acqua, in
corrispondenza degli elettrodi metallici immersi, si
formano O e H (H in volume doppio, quindi la
formula dell’acqua è H2O)
 Poche settimane prima Alessandro Volta (17451827) inventa la pila elettrica sfruttando le
reazioni chimiche fra due metalli e una soluzione
 elettricità ↔ reazione chimica
 Il legame chimico è di natura elettrica?
9
Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
L’elettricità e la chimica
 Elettroliti
 Elettrodi


Catodo
Anodo
 Ioni


Cationi
Anioni
10
Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
L’elettricità e la chimica
 Michael
Faraday (1791-1867) mette in luce che il
legame fra fenomeni elettrici e fenomeni chimici
è quantitativo e non solo qualitativo
 Le due leggi di Faraday (ad es. la prima: la massa
di una sostanza prodotta in corrispondenza di un
elettrodo durante l'elettrolisi è direttamente
proporzionale alla quantità di carica trasferita a
quell'elettrodo) suggeriscono l’esistenza di "atomi
di elettricità", chiamati "elettroni" da George
Stoney (1826-1911)
11
Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
Fine della lezione…
12