IL MODELLO ATOMICO L’ATOMO DI BOHR

IL NUMERO ATOMICOE DI MASSA

IL LEGAME IONICO IL LEGAME COVALENTE

GLI ELEMENTI

FINE PRESENTAZIONE

Già dal IV secolo a.C. alcuni filosofi greci e romani ipotizzarono che la materia non fosse continua, ma costituita da particelle minuscole e indivisibili. Queste considerazioni

derivavano però da semplici intuizioni filosofiche. I diversi atomi erano supposti differire per forma e dimensioni. L'idea atomistica fu poi avversata da Aristotele il cui pensiero,

successivamente, fu adottato dalla Chiesa cattolica: per questo motivo bisogna aspettare fino al XIX secolo perché gli scienziati riprendessero in considerazione

l'ipotesi atomica.

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. Nel corso dei suoi studi Dalton si avvalse delle conoscenze chimiche che possedeva 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 1897, Joseph John Thomson propose il primo modello fisico dell'atomo: aveva infatti scoperto un anno prima l'elettrone. Egli immaginò che un atomo fosse costituito da una sfera di materia caricata positivamente in cui gli elettroni negativi erano immersi.Nel 1911, Ernest Rutherford fece un esperimento cruciale per mettere alla prova il modello di Thomson. Bombardò un sottilissimo foglio di oro, posto fra una sorgente di particelle alfa e uno schermo al solfuro di zinco. Le particelle, passate attraverso la lamina, sarebbero rimaste impresse sullo schermo. L'esperimento portò alla constatazione che i raggi alfa non venivano quasi mai deviati. Essi attraversavano il foglio di oro senza quasi mai esserne disturbati. Solo l'1% dei raggi incidenti era deviato dal foglio di oro e lo era in modo notevole. Sulla base di questo fondamentale esperimento, Rutherford propose un modello di atomo in cui quasi tutta la massa dell'atomo fosse concentrata in una porzione molto piccola, il nucleo e gli elettroni gli ruotassero attorno così come i pianeti ruotano attorno al sole.

ATOMO DI DALTON

--

-

-

-

--

+

+

+++

ATOMO DI THOMSON

- -

-

-

- -

-

-

--

-

--

-

-

-

-

-

NUVOLA ELETTRONICA

MENU

Nel 1913 Niels Bohr propose una modifica concettuale al modello di Rutherford. Pur accettandone l'idea di modello planetario, postulò che gli elettroni avessero a disposizione orbite fisse nelle quali non emettevano né assorbivano energia: in particolare, un elettrone emetteva o assorbiva energia sotto forma di onde elettromagnetiche solo se effettuava una transizione da un'orbita all'altra, e quindi passava ad uno stato a energia minore o maggiore.Il modello di Bohr spiegava molto bene l'atomo di idrogeno ma non quelli più complessi. Sommerfeld propose allora una correzione al modello di Bohr secondo cui si aveva una buona corrispondenza fra la teoria e le osservazioni degli spettri degli atomi (uno spettro è l'insieme delle frequenze delle radiazioni elettromagnetiche emesse o assorbite dagli elettroni di un atomo). Nel 1930 fu scoperto il neutrone per cui si pervenne presto ad un modello dell'atomo pressoché completo in cui al centro vi è il nucleo composto di protoni e neutroni ed attorno vi ruotano gli elettroni.

ATOMO DI BOHR

NUCLEO

ORBITE

ELETTRONE

MENU

In fisica col termine nucleo generalmente si intende la parte centrale, densa, di un atomo, costituita da protoni che possiedono carica positiva e neutroni di carica nulla, detti collettivamente nucleoni.Il nucleo è caratterizzato da diversi parametri di cui i più importanti sono il numero di massa A, che rappresenta il numero totale di nucleoni presenti, il numero atomico Z che è il numero di protoni ed il numero neutronico N che rappresenta il numero di neutroni. Malgrado la presenza di protoni a carica positiva che quindi tra loro si respingono, il nucleo è mantenuto insieme dalla forza forte che attrae tutte le particelle composte da quark, come appunto i nucleoni. Tale forza agisce tra i nucleoni in un modo relativamente simile alla forza di Van der Waals tra le molecole.Storicamente la prima evidenza sperimentale dell'esistenza del nucleo contenente tutta la carica positiva degli atomi è stata osservata in seguito ad un esperimento compiuto a Manchester dal fisico neozelandese Ernest Rutherford. Egli commentando la sua formidabile scoperta scrisse:

È come se una palla di cannone sparata contro un foglio di carta velina tornasse indietro

ATOMO DI BOHR

L'elettrone è una particella subatomica. Possiede una carica elettrica negativa di qe = 1,6 × 10-19 C (carica elementare), e una massa di circa

9,10 × 10-31 kg.L'elettrone viene comunemente rappresentato dal simbolo e-.

L'antiparticella dell'elettrone è il positrone, che si differenzia solo per la carica elettrica positiva.

Gli atomi presentano un nucleo (formato da protoni e neutroni) circondato da elettroni. La massa dell'elettrone è circa 1/1836 di quella di neutroni e

protoni.L'elettrone appartiene alla classe delle particelle subatomiche dette

leptoni, che si ritiene siano componenti fondamentali della materia (ovvero non possono essere scomposte in particelle più piccole).

ATOMO DI BOHR

Il modello di Rutherford non spiegava come fosse possibile che gli elettroni dell'atomo si muovessero indefinitamente sulle rispettive orbite, senza dissipare energia e collassare sul nucleo. Il fisico danese Niels Bohr propose una soluzione al problema, teorizzando che essi non possano occupare qualunque posizione intorno al nucleo, ma soltanto orbite stazionarie quantizzate, poste a distanze fisse dal centro. A ogni orbita corrisponderebbe un diverso valore dell'energia dell'elettrone, anch'essa quantizzata.

ATOMO DI BOHR

Gli elementi conosciuti fino ad oggi sono circa 112. Alcuni si trovano in natura allo stato puro, come oro, argento e carbonio, oppure perché si possono

separare facilmente dai loro minerali, come ferro e mercurio. Altri elementi si ottengono artificialmente, questi sono chiamati elementi artificiali.

Gli atomi degli elementi chimici vengono rappresentati mediante simboli che derivano dal nome latino dell’elemento.

Se alcuni elementi si combinano tra loro formano i composti.

Nel 1869 il chimico Mendeleev disponendo gli elementi fino ad allora conosciuti in ordine di peso atomico scoprì che alcune loro proprietà

chimiche e fisiche si ripetevano ad intervalli regolari, in base al peso atomico.Si formò così la tavola periodica degli elementi.

I SIMBOLI I COMPOSTITAVOLA PERIODICA

DEGLI ELEMENTIDI MENDELEEV

MENU

Cu, Au, N, Hg, Na e K sono esempi di simboli che servono a indicare gli atomi degli elementi. Indicano:

• CU = rame da cuprum; • AU = oro da aurum; • N = azoto da nitrogenum; • HG = mercurio da hydrargirium; • NA = sodio da natrium;• K = potassio kalium.

Spesso le molecole degli elementi sono costituite da due o più atomi dello stesso tipo. In questo caso vengono rappresentate con il simbolo

dell’elemento seguito da un numero scritto in basso, che indica il numero di atomi che lo costituiscono. Ad esempio, la molecola di ossigeno viene indicata con O2 che indica che la molecola è costituita da due atomi di

ossigeno.

GLI ELEMENTI

Un composto chimico è una sostanza formata da due o più elementi, con un rapporto fisso tra di loro che ne determina la composizione. Per esempio l'acqua è un composto chimico formato da idrogeno e ossigeno in rapporto di due a uno.In generale, il rapporto fisso deve essere determinato da proprietà chimiche o fisiche, piuttosto che da arbitrarie selezioni e scelte umane. Pertanto sostanze

come ad esempio l'ottone e la cioccolata, sono considerate miscugli e non composti chimici.

Una caratteristica fondamentale del composto chimico è la sua formula chimica. La formula descrive il rapporto del numero di atomi nell'unità minima della

sostanza. Per esempio, nella formula H2O (acqua) ci sono due atomi di idrogeno per ogni atomo di ossigeno.

GLI ELEMENTI

ACQUACLORURO DI

IDROGENOAMMONIACA

ANIDRIDE CARBONIC

A

H2O Hcl NH3CO2

Mendeleev disponendo gli elementi orizzontalmente in ordine di peso atomico crescente, rilevò che partendo da un certo numero di elementi, se ne incontrava

uno che aveva le stesse proprietà di quello di partenza.Egli chiamò periodi questi insiemi di elementi disposti orizzontalmente e tavola

periodica il loro insieme complessivo.Mendeleev riuscì a prevedere anche le proprietà chimiche e fisiche di alcuni

elementi sulla base delle proprietà note di altri elementi. La tavola moderna è molto simile a quella dei Mendeleev ma se ne differenzia per alcuni aspetti

fondamentali: gli elementi non sono disposti in base al loro peso atomico, ma in base al loro numero atomico. Ogni elemento viene inserito in una casella di forma quadrata o rettangolare. In essa vengono riportati il nome e il simbolo chimico e vengono forniti alcuni dati significativi, funzionali alla sua identificazione e alla

previsione del suo comportamento fisico e chimico. Si tratta di dati relativi al peso atomico, al numero atomico, all’ elettronegatività,alla valenza, al comportamento

degli ossidi dell’ elemento ecc.Come si può facilmente rilevare, nelle tavola periodica sono presenti sette periodi

disposti orizzontalmente. Passando dal primo elemento a quelli successivi appartenenti allo stesso periodo, si osserva una variazione continua e graduale delle loro proprietà. Poiché questa variazione è del tutto generale, ripetendosi in

tutti i periodi essa permette di ordinare gli elementi in gruppi disposti verticalmente. Ogni gruppo comprende elementi con proprietà molto simili. I

gruppi sono otto, più il blocco dei metalli di transizione.

MENU

L’atomo neutro contiene un numero di elettroni pari a quello dei protoni contenuti nel nucleo. Il numero di protoni posseduto da un atomo è detto numero atomico Z e

caratterizza una specie atomica, o elemento. Due atomi con diverso valore Z rappresentano due specie chimiche che differiscono per proprietà e comportamento.

 La somma dei protoni Z e dei neutroni N viene indicata con la lettera A. Tale somma è

detta numero di massa, per cui A=Z+N. Quando il simbolo di un elemento viene contrassegnato con il numero atomico e con il numero di massa, posti rispettivamente

in basso e in alto, e alla sua sinistra, l’atomo prende il nome di nuclide.

Due nuclidi che abbiano diverso numero di massa e stesso numero atomico si dicono isotopi.

Ad esempio, l’idrogeno presenta i due isotopi naturali H prozio e H deuterio. Un terzo isotopo H trizio è stato preparato artificialmente ed è instabile. Gli isotopi presentano le

stesse proprietà chimiche e fisiche, ma possono differire notevolmente quanto a stabilità nucleare.

Nella maggior parte dei nuclidi presenti in natura il numero dei neutroni eccede quello dei protoni.

C12

6

NUMERO DI MASSA

SIMBOLO DELL’ ATOMO

NUMERO ATOMICO

MENU

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.Il legame chimico è comune nei composti inorganici quali i sali, nei quali le cariche si collocano facilmente su ioni relativamente piccoli. La formazione di un legame ionico è il risultato della competizione per gli elettroni disponibili. Una utile misura di questa proprietà è l'elettronegatività di un atomo. Sono state proposte varie scale relative che paragonano l'affinità elettronica con il potenziale di ionizzazione di ogni atomo. Un altro metodo, sviluppato da Linus Pauling, paragona le energie di legame di un atomo in una serie di composti con l'energia di legame dell'atomo con se stesso. In genere, un elemento più elettronegativo prenderà una parte maggiore degli elettroni disponibili quando instaura un legame chimico. Se vi è una grande differenza tra l'elettronegatività degli atomi di un composto, la ineguale condivisione degli elettroni darà luogo facilmente al trasferimento completo di uno o più elettroni con formazione di un legame ionico.

Cl-Cl

-

-

-

--

- --

- -

-

-

-

-

-

+ Na+

MENU

Na

-

Il legame covalente si realizza mediante la condivisione di una coppia di elettroni da parte di due atomi. Ad esempio l’ idrogeno presenta un solo elettrone e un solo protone, quindi, per diventare stabile ha bisogno di un elettrone e così si combina con un altro atomo di idrogeno mettendo

in comune una coppia di elettroni.Gli atomi possono combinarsi mediante un legame covalente anche se

sono diversi.Ad esempio l’idrogeno e il cloro. Il cloro presenta 7 protoni e 7 elettroni, quindi, per completarsi, ha bisogno di un elettrone che viene messo in

comune dal cloro e dall’ idrogeno che ha un solo elettrone.

HH

-

-

CONDIVISIONE DI ELETTRONI

MOLECOLA DI IDROGENO

MENU