DALTON JOHN

Matilde Baldazzi

Isabella De Gregorio

Federico Vellucci

cl.2F

Scuola Media Dozza

Prof. Pisciella Concetta

Chimica generale:

concetti fondamentali riguardanti la struttura

dell’atomo, i legami, le soluzioni,

gli equilibri, le reazioni, la termodinamica e

la cinetica chimica, l’elettrochimica.

LEZIONI ED ESERCITAZIONI

Chimica organica:

chimica del carbonio, principali gruppi

funzionali e loro reattività.

Propedeutica biochimica e biochimica:

studio delle principali molecole di interesse

biologico e loro ruolo nelle cellule viventi.

La Chimica studia la composizione, la struttura, le proprietà e le

trasformazioni della materia.

Cammino logico

Schematizzazione dei processi che portano alla costruzione e al mantenimento di un modello

scientifico. Lo schema rappresenta una elaborazione delle teorie di Popper:la realtà (cioè uno o più fenomeni reali), mediante processi di analogia, viene rappresentata in un modello;

questo viene implementato (costruito razionalmente), generalizzato (anche ad altri fenomeni analoghi) e

codificato (mediante strumenti e conoscenze matematiche viene espresso in modo "formale"); questa

sequenza di processi porta ad una teoria.

Ogni teoria deve essere poi falsificata (messa in crisi con nuove esperienze o utilizzando nuovi dati

sperimentali), particolarizzata (applicata al fenomeno specifico) ed estesa (ad altri fenomeni). Se questa

sequenza regge, il modello viene mantenuto; se non regge il modello deve essere adeguato (modificandolo)

oppure può essere necessario anche cambiarlo totalmente.

“La ricerca scientifica equivale a fare sesso … nel farla non si pensa alle ……conseguenze.”

(J. Robert Oppenheimer)

Leggi quantitative di base della chimica:

1. Conservazione delle masse (Lavoiser)

2. Proporzioni definite (Proust)

3. Proporzioni multiple (Dalton)

Jackson Polok, Alchemy, 1947

Legge di conservazione delle

masseDurante una trasformazione

chimica ordinaria non vi è

guadagno né perdita apprezzabile

di massa

Antoine Laurent Lavoiser

(1743-1793)

Nulla si crea nulla si distrugge tutto si trasforma

M. ESCHER

Legge delle proporzioni

definite:

Quando gli elementi si

combinano per formare

composti, essi lo fanno

secondo proporzioni in

peso definite.

Proust

CARBONIO + OSSIGENO ANIDRIDE CARBONICA

+

CARBONIO

(grammi)

0.818

2.727

12.00

OSSIGENO

(grammi)

2.182

7.273

32.00

ANIDRIDE CARBONICA

(grammi)

3.00

10.00

44.00

Verifica delle leggi di Lavoisier e Proust

CARBONIO + OSSIGENO ANIDRIDE CARBONICA

+

12.0 32.0 44.0

+

15.0 32.0 44.0

+

3.0

carbonio

residuo

Legge delle proporzioni

multiple:

Quando due elementi si

combinano per formare più

di un composto, il loro

rapporto in peso in un

composto diviso per il

rapporto in peso in uno

qualsiasi degli altri

composti, è dato da una

frazione espressa da

numeri interi semplici.

John Dalton

+

2.727 7.273 10

CARBONIO + OSSIGENO ANIDRIDE CARBONICA

+

4.286 5.714 10

CARBONIO + OSSIGENO MONOSSIDO DI CARBONIO

C/O

0.375

O/C

2.667

C/O

0.750

O/C

1.333

C/Oan.car.

C/Omon.car.

1 : 2

O/Can.car.

O/Cmon.car.

2 : 1

C/Oan.car.

C/Omon.car.

1 : 2

O/Can.car.

O/Cmon.car.

2 : 1

La legge delle proporzioni multiple è valida per quanto piccole siano le masse prese in considerazione. E’ quindi verosimile che andando a ritroso nell’infinitamente piccolo possiamo immaginare che le sostanze siano costituite da particelle elementari che si combinano secondo rapporti definiti.

SE

Se assumiamo che il monossido di carbonio sia la sostanza più semplice, con una particella di carbonio per ogni particella di ossigeno, vuol dire che nella anidride carbonica vi è una quantità di particelle di ossigeno doppia rispetto a quelle di carbonio ed è possibile definire per questa una formula chimica minima che sarà: CO2

Il monossido di carbonio avrà conseguentemente formula CO.

C

1 g

O

1.33 g

O

1.33 g

C

1 g

O

1.33 g

+ C

1 g

O

1.33 g

O

1.33 g

C

1 g

O

1.33 g+

Anidride carbonica

CO2

Monossido di carbonio

CO

“Dividere un corpo significa separare gli esseri semplici, gli „ atomi‟ che lo compongono; essi sono eterni, intrasformabili, indivisibili,impenetrabili. Gli atomi muovendosi in tutte le direzioni, possono urtarsi e rimbalzare mutando velocità; gli urti avvenuti di striscio originano i vortici che a loro volta sono capaci di generare corpi e mondi”.…………“Secondo le convenzioni vi è un dolce ed un amaro, un caldo ed un freddo, e secondo le convenzioni vi è un ordine. In verità vi sono atomi e vuoto.”

Dal De Rerum Naturae di Lucrezio

(Democrito di Abdera)

Teoria atomica di Dalton

1. Gli atomi degli elementi sono le particelle basilari della materia. Essi sono indivisibili e non possono essere né creati né distrutti.

2. Gli atomi di un dato elemento sono identici, avendo lo stesso peso e le stesse proprietà chimiche.

3. Gli atomi di elementi diversi si combinano tra di loro in rapporti di numeri interi semplici per formare le molecole di composti.

4. Gli atomi di elementi diversi possono combinarsi in più di un rapporto di numeri interi semplici per formare più di un composto.

ELEMENTI, COMPOSTI , MISCELEClassificazione della materia :

materia

sostanze pure

miscele

elementi

composti

( es. oro,ferro)

(es. acqua,sale)

di elementi(es. miscela Zn/Cu)di composti(es. miscela sale/acqua)

di elementi e composti(es. miscela di azoto, ossigeno,ossido nitrico,anidride carbonica)

Gli ELEMENTI sono sostanze formate da atomi dello stesso tipo.

I COMPOSTI sono sostanze più complesse formate da atomi differenti che permezzo di reazioni chimiche si decompongono in elementi.

L’ ATOMO è la più piccola parte dell’elemento che conserva tutte lecaratteristiche strutturali per l’identificazione dell’elementoa cui appartiene.

Una miscela in cui è presente una sola fase è detta omogenea. Tipico esempio sono

le soluzioni (sale sciolto in acqua). Una miscela in cui è possibile evidenziare più di

una fase è detta eterogenea o miscuglio. (Es. miscela di acqua e sabbia).

Def. di FASE Per fase si deve intendere una porzione di materia che presentauna composizione omogenea e costante senza alcuna superficie diseparazione.

Stati di aggregazione della materia e passaggi di statogassoso

liquido solido

solidificazione

fusione

brinamento

sublimazione

ebollizione

condensazione

Stato gassoso : la materia è presente sotto forma di particelle in continuomovimento che occupano in modo omogeneo tutto il volumedel recipiente di cui assumono la forma.

Stato liquido : la materia è presente sotto forma di particelle tra le quali siesercitano forze di coesione che prevalgono su quelle dimovimento che tendono ad allontanarle; pertanto i liquidiassumono la forma del recipiente ma hanno volume proprio.

Stato solido : la materia è formata da particelle legate da forze attrattiveo di coesione per cui le sostanze solide assumono una disposizioneobbligata nello spazio avendo forma e volume propri.

diminuizione di Pdiminuizione di T

diminuizione di Pdiminuizione di T

VISIONE SEMPLIFICATA DELL’ATOMOUn atomo può essere assimilato ad una minuscola sfera che occupala parte centrale ( il nucleo), circondata da una nube di elettroni.

n

p

pp

n n

n p

n

np

e

e

e

e

e

e

ee

e

e

e

e

e

e

e e

e

e

n ppp p

n

nn nn p

p

nnp

e

Le proprietà chimiche di un atomo e quindi il suo comportamento, dipendono dalla configurazione dello strato più esterno di elettroni appartenenti ad esso.

e Elettrone : ha carica elettrica con valore uguale a quelladel protone ma con segno negativo (-) e possiede una massa di circa 1840 volte inferiore rispettoa quella del protone.

Un atomo neutro, chiaramente deve avere un uguale numerodi protoni ed elettroni :

p e+ = carica elettrica netta uguale a zero

Numero di massa (A): n.ro dei protoni + n.ro dei neutroni

nucleo

Neutrone : non ha carica elettrica ma presentauna massa pari a 1.674 x 10-24 grammi.

n

p Protone : ha carica elettrica positiva (+) e presentauna massa pari a 1.672 x 10-24 grammi.

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

e e

e

e

e

e

e

e

e

e

e

Ione positivo o cationeIone negativo o anione

Numero atomico (Z): n.ro dei protoni

Se questa figura fosse disegnata nella scala data da protoni

e neutroni i quark e gli elettroni avrebbero le dimensioni di

circa un millimetro e l’atomo di circa un chilometro

Recentemente antiatomi di anti-idrogeno (anti-H = anti-p + e+) sono stati prodotti alCERN, decelerando antiprotoni e antielettroni tenuti "imbottigliati" nel vuoto tramitecampi magnetici. L'anti-idrogeno è più difficile da "imbottigliare" perchéelettricamente neutro; la maggior parte degli antiidrogeni raggiunge una parete doveannichila con un atomo del mezzo.

18 Settembre 2002

Oggi l'antimateria è usata ogni giorno in medicina per analizzare lo stato del cervello, tramite la tecnica chiamata Positron Emission Tomography (PET). La PET è un metodo di indagine che permette di misurare funzioni metaboliche e reazioni biochimiche in vivo ed ha larga applicazione nelle neuroscienze, in oncologia e cardiologia. Nella PET i positroni provengono dal decadimento di nuclei radioattivi che vengono incorporati in un fluido speciale, iniettato poi per via endovenosa al paziente. I positroni emessi annichilano con gli elettroni degli atomi vicini e danno luogo a due raggi gamma emessi in direzioni opposte. Essi vengono rivelati tramite opportuni rivelatori , disposti in "anelli" attorno al paziente, per individuare e registrare i punti in cui si sono verificate le annichilazioni e quindi ricostruire dove si è distribuito il radiofarmaco nel corpo.

Tipica immagine di un esame PET che rappresenta l'attività metabolica

cerebrale. La corteccia cerebrale e il cervelletto mostrano un'attività elevata

(rosso), mentre le strutture profonde sono meno attive (verde e blu).

Brain imaging with positron emission tomography (PET) reveals the different regions

of the human brain active during various verbal tasks.

XA

Z

numero di massa

numero atomico

simbolo dell’elemento

Si definiscono ISOTOPI o NUCLIDI di un elemento, atomi che hanno lo

stesso numero atomico Z, ma differiscono per il numero di massa A.

n

p+

e-

n

p+

e-

C612

C614

n = 12 - 6 = 6

n = 14 - 6 = 8

ISOTOPI DEL CARBONIO

+

-

sorgente radioattiva

Alcuni isotopi sono stabili, altri ( i radioisotopi) sono instabili

e tendono alla stabilità emettendo radiazioni (, o )

disintegrandosi in elementi stabili.

radioisotopo

Deviazione delle radiazioni , e

sotto l’azione di un campo elettrico.

La stabilità o l’instabilità di un nuclide dipende dal rapporto n/p

Gli isotopi in questa

area emettono -

Gli isotopi in questa

area emettono +

Grafico di stabilità e decadimento degli isotopi

Difetto di massa

Parte della massa (m) di un nucleo

è stata convertita in energia (E)

utilizzata come energia di legame

nucleare :

E = (m)c2

Regione

di massima

stabilità

Curva di energia di legame per nucleone

Fusione

Fissione

MASSA ATOMICA

Nucleoni (protoni e neutroni) Ordine di grandezza : 10-24 g

Si è convenuto di utilizzare la seguente grandezza come unità di riferimento:

1/12 della massa dell’isotopo 12C = 1.6605 x 10-24 g

Tale massa è chiamata unità di massa atomica (u.m.a.)o equivalentemente Dalton (Da).

Qualsiasi massa atomica quindi, è rapportata alla massa presa come riferimento

(u.m.a.); pertanto la massa atomica è una grandezza relativa, e di conseguenza

il valore numerico è puro, adimensionale.

Riferimento : 1.66 x 10-24 g / 1.66 x 10-24 g 1H : 1.673 x 10-24 g / 1.66 x 10-24 g 1.008O : 2.656 x 10-23 g / 1.66 x 10-24 g 15.99U : 3.951 x 10-22 g / 1.66 x 10-24 g 238.03

Massa atomica in g Massa atomica di riferimento Massa atomica relativa

EZ

ASimbolo dell’elemento

Numero di massamassa espressa in Daltonscontribuita dai protoni + neutronipresenti nel nucleo atomico

Numero atomiconumero dei protoni presentinel nucleo

B5

10.811

BNumero atomico 5

Numero di massa 10.811Simbolo dell’elemento Boro

n: neutronep: protone

e: elettrone

105 B : 10.0129 uma 11

5 B : 11.0093 uma

Massa atomica del Boro in natura:19.91x10.0129 + 80.09x11.0093 = 10.811

100

% naurale degliIsotopi del BORO

80.09 %19.91 %

Peso Molecolare: somma dei pesi atomici di tutti gli atomi che costituiscono

la molecola “discreta”.

Per MOLECOLA si deve intendere la più piccola unità discreta,

costituita da 2 o più atomi uguali o diversi, che mantiene le stesse

caratteristiche chimiche del composto , ad es. H2O , NH3 , C6H12O6 .

Per composti costituti da un insieme continuo di atomi si parla di formula

empirica, che indica solo il tipo di atomi e in quale rapporto sono presenti,

essendo per tali composti impossibile identificare una singola molecola, caso ad

esempio dei composti ionici, ad es. NaCl , o delle strutture cristalline dei metalli.

Peso Formula: somma dei pesi atomici di tutti gli atomi che costituiscono

la formula empirica.

FORME ALLOTROPICHE DEL CARBONIOdiamante fullerenegrafite

Gli elementi sono sostanze formate da atomi dello stesso tipo; gli elementi possono essere formati da singoli atomi isolati (ad es. gas nobili come Ar o il Ne); oppure possono essere formati da un ben definito numero di atomi legaticovalentemente (ad es. H2 , O2 , S8); inoltre possono essere costituiti da un insieme continuo di atomi sempre legati in maniera covalente (ad es. diamante, grafite), ed infine possono essere formati da un insieme continuo di atomilegati con legame metallico (ad es. Fe, Al).

Si definiscono forme allotropiche quelle strutture molecolari che pur avendo lo stesso tipo di atomo differiscono per il numero di atomi e per il modo in cui sono legati tra loro.

Elementi e Allotropia

Es.: O2 (ossigeno molecolare) ; O3 (ozono)forme allotropiche dell’elemento ossigeno (O)

MOLE

MOLE: il chimico progetta operazioni per le qualideve misurare quantità di sostanza in base ad unaespressione simbolica che rappresenta la reazione.Poiché non è pensabile che possa "contare" atomi omolecole, è utile definire una quantità di sostanzaproporzionale al numero di entità(atomi, molecole, ioni...) che la costituiscono; sichiama mole una quantità di sostanza che contienetante unità quanti atomi sono contenuti in 0,012 kg(12g) di 12C, cioè in una mole di isotopo 12 delcarbonio, il consueto isotopo di riferimento. Ilnumero di unità contenute in una mole si chiamanumero o costante di Avogadro (NA o N).Il suo valore si può ricavare dal rapporto fra 0,012kg e 12 volte la massa unitaria:NA = 0,012 / (12 x 1,660531 x 10-27) = 6,022169 x1023 mol-1

Il chimico usa questa costante non solo per misurare quantità disostanza, ma anche per riferirsi a proprietà fisiche o chimiche;perciò normalmente una grandezza viene espressa rispetto ad unamole anziché ad un singolo atomo o molecola. Per esempio, l'E diionizzazione E.I., che per un atomo di H è 21,8 x 10-19 J , vienegeneralmente espressa per una mole di H: E.I. = 21,8 x 10-19 J x6,022 x 10-23 mol-1 = 131,28 x 104 J mol-1.Se si misura il volume di una mole di un elemento solido, questovolume, diviso per NA dà circa il volume di un atomo diquell'elemento.

m (g)

P.M. (g/mole)n (moli) =

MOLEQuantità espressa in grammi pari alla massa della sostanza (atomo o molecola) espressa in unità di massa atomica.

Es. NaCl (cloruro di sodio) P.A. Na : 22.99 dP.A. Cl : 35.45 d

P.M. NaCl : 58.44 d 1 mole di NaCl 58.44 g

Una mole di una qualsiasi sostanza contiene lo stesso numero diparticelle , detto numero di Avogadro : N = 6.023 x 1023

Il numero di moli contenuto in una nota massa di una sostanzapuò essere calcolato dalla seguente relazione :

Problema : dati 233.76 g di NaCl n ? numero di molecole ?

233.76

58.44= 4n = ; numero di molecole : 4 x N = 24 x1023 = 2.4 x1024Risposta :

MA GLI ATOMI SI POSSONOVEDERE ?

ScanningTunnelingMicroscopy

Scanning Tunneling Microscopy

Ferro su Rame

ATOMO

IN GIAPPONESE

Molecola di DNA

a doppia elica

Blaise Pascal (1623-1662)

….. Io voglio fargli osservare ancora un nuovo

abisso. Voglio dipingergli non solamente l'universo

visibile, ma l'immensità che si può concepire nella

natura, nel recinto di questo compendio di atomo.

Ch'egli vi veda una infinità di universi, di cui

ciascuno abbia il suo firmamento, i suoi pianeti, la

sua terra, nella medesima proporzione del mondo

visibile; ……..

……Perché infine, che cosa è l'uomo nella natura ?

un nulla rispetto all'infinito, un tutto rispetto al

nulla: una via di mezzo tra tutto e nulla.

Infinitamente lontano dal comprendere gli estremi,

per lui la fine e il principio delle cose sono

invincibilmente nascosti in un segreto

impenetrabile: egualmente incapace di vedere il

nulla donde egli è tratto e l'infinito nel quale è

inghiottito. Che farà egli dunque, se non percepire

qualche apparenza dello stato medio delle cose in

una disperazione eterna di non conoscere né il loro

principio, né la loro fine ?

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