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Copyright © 2006 Zanichelli editore Struttura dellatomo.

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Presentazione sul tema: "Copyright © 2006 Zanichelli editore Struttura dellatomo."— Transcript della presentazione:

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2 Copyright © 2006 Zanichelli editore Struttura dellatomo

3 Copyright © 2006 Zanichelli editore I primi a parlare di atomi furono i greci ed in particolar modo Democrito. Egli affermava che latomo fosse una particella indivisibile; la parola atomo. Infatti, introdotta da Leucippo deriva dal greco átomos e significa indivisibile. Successivamente i fisici hanno scoperto che latomo è costituito in realtà da oltre cento particelle subatomiche: di conseguenza latomo non è indivisibile e non è la particella più piccola della materia. Questo fu dimostrato tramite I raggi catodiciLa radioattività Latomo è divisibile

4 Copyright © 2006 Zanichelli editore Si propagano in linea rettaSono costituiti da qualcosa Dotato di massa Sono costituiti da qualcosa Dotato di carica negativa Se si mette una croce di Malta Sulla traiettoria dei raggi, sul Vetro del tubo si staglia Lombra netta della croce. Ombra netta si forma solo Con raggi che si propagano In linea retta. Se si mette sulla traiettoria Dei raggi un mulinello a pale Questo incomincia a girare Colpito dai raggi. I raggi sono quindi costituiti Da entità dotate di massa. Se si pongono due piastre Cariche elettricamente di Segno opposto, il fascio di Raggi devia da suo percorso. Dal momento che vengono Attratti dalla piastra positiva E respinti da quella negativa, I raggi sono costituiti da Particelle cariche negativamente.

5 Copyright © 2006 Zanichelli editore α γ β - + In natura esistono elementi capaci di emettere spontaneamente radiazioni. Gli esperimenti effettuati su tali elementi (ad esempio il radio) mostrarono che Le radiazioni emesse dalle sostanze radioattive sono di 3 tipi. Per distinguerle è Sufficiente far passare un fascio di radiazioni attraverso un forte campo magnetico. Raggi α (alfa): costituiti da particelle con carica positiva Raggi β (beta): costituiti da particelle con carica negativa Raggi γ (gamma): costituiti da particelle con carica neutra

6 Copyright © 2006 Zanichelli editore Queste scoperte cambiarono radicalmente limmagine dellatomo, perché: ESISTONO PARTICELLE PIU PICCOLE DELLATOMO ALCUNI ATOMI POSSONO EMETTERE PARTICELLE LE PARTICELLE EMESSE SONO DOTATE DI CARICA ELETTRICA Inoltre, dato che latomo è normalmente neutro, è evidente che, Allinterno dellatomo, cariche positive e negative devono bilanciarsi. Perciò latomo non è il più piccolo costituente della materia Ciò dimostra che lelettricità è una caratteristica della materia Ciò dimostra che gli atomi contengono particelle più piccole al loro interno, quindi hanno una struttura complessa Nuove immagini sullatomo

7 Copyright © 2006 Zanichelli editore Stabilito che latomo è costituito da particelle Più piccole si poneva il problema di come Fossero organizzate queste particelle. Per questo motivo Nascono i primi MODELLO DI THOMSONMODELLO DI RUTHERFORD MODELLO DI BOHRMODELLO DI SCHRODINGER I modelli atomici

8 Copyright © 2006 Zanichelli editore Questa tabella riassume il processo evolutivo avvenuto nello studio dei modelli Atomici. Ora prenderemo in esame ciascuno di questi. Il primo modello proposto, quello di Thomson, prevedeva che gli elettroni fossero distribuiti uniformemente in una sfera positivamente carica. Rutherford comprese invece che la carica positiva doveva essere concentrata al centro dellatomo (nel nucleo), e gli elettroni orbitare nello spazio circostante. Bhor andò oltre, introducendo il concetto di quantizzazione delle orbite elettroniche; Schrodinger, infine, rivoluzionò lidea di orbita elettronica intendendola non più come la traiettoria fisicamente percorsa dallelettrone, ma come regione dello spazio che possiede la più alta probabilità di essere occupata dallelettrone.

9 Copyright © 2006 Zanichelli editore Thomsom, basandosi su una vecchia idea di Lord Kevin, ipotizzò che latomo avesse una struttura omogenea, con la massa e la carica positiva distribuite omogeneamente in tutto lo spazio dellatomo, e gli elettroni inserite allinterno come particelle individuali distribuite in modo uniforme. Questo modello non fu però ritenuto valido dalle prove sperimentali condotte Da Rutherford, Geiger e Marsden.

10 Copyright © 2006 Zanichelli editore Ernest Rutherford compì esperimenti di diffusione di particelle α su atomi di oro e concluse che in un atomo la carica positiva e quella negativa non possono essere distribuite in modo uniforme, come previsto dal modello di Thomson. Egli propose quindi che la carica positiva, come la maggior parte della massa, si trovi concentrata in uno spazio ridotto al centro dellatomo (il nucleo) e che gli elettroni vi ruotino intorno come i pianeti intorno al sole.

11 Copyright © 2006 Zanichelli editore Nel 1911 il fisico britannico Ernest Rutherford, con i suoi collaboratori Hans Geiger ed Ernest Marsden, bombardò con particelle alfa (con carica positiva) una lamina sottilissima d'oro e poté osservare che, sebbene la maggior parte delle particelle la attraversava senza esserne deviate, alcune di esse subivano deviazioni sensibili. Per spiegare il risultato, Rutherford elaborò un modello di atomo secondo il quale la carica positiva e la maggior parte della massa erano concentrate in una minuscola regione centrale, il nucleo, attorno al quale orbitavano gli elettroni, con carica negativa.

12 Copyright © 2006 Zanichelli editore Latomo è costituito da un nucleo, nel quale sono concentrate la masse e la carica positiva, e dagli elettroni che si trovano intorno al nucleo e occupano la quasi totalità del volume dellatomo PARTICELLECARICA In unità di e MASSA In u.m.a. Protoni + 11 Neutroni 01 Elettroni - 11/1823 Latomo del modello planetario

13 Copyright © 2006 Zanichelli editore Le Dimensioni degli Atomi Un atomo ha un diametro di circa m. Il nucleo ha un diametro di circa m. Se il nucleo fosse delle dimensioni di una mosca e stesse al centro del cerchio di centrocampo, gli elettroni starebbero in Curva Nord. Se gli elettroni si muovessero sulla superficie del nucleo, gli oggetti si contrarrebbero di 10 5 volte conservando la stessa massa. LEverest diventerebbe una montagna alta 8 cm.

14 Copyright © 2006 Zanichelli editore NUMERO ATOMICO: Il numero dei protoni, uguale a quello degli elettroni, è Chiamato numero atomico ( Z ). Questo numero è caratteristico di ogni elemento E viene scritto in basso a sinistra del simbolo chimico. 7N7N Z = Numero atomico NUMERO DI MASSA: Il numero di massa ( A ) è uguale alla somma dei protoni E dei neutroni contenuti nel nucleo. Viene scritto in alto a sinistra del simbolo Chimico. 12 C A = Numero di massa A = protoni + neutroni Numero atomico e numero di massa

15 Copyright © 2006 Zanichelli editore Isotopi Gli Isotopi sono atomi di uno stesso elemento che possiedono un numero di neutroni differente. Gli isotopi di uno stesso elemento hanno eguale numero atomico (Z) ma differente numero di massa (A). Esempio: 12 C, 13 C e 14 C sono tutti e tre isotopi del carbonio. Gli isotopi di un dato elemento hanno tutti le stesse proprietà chimiche.

16 Copyright © 2006 Zanichelli editore La forma isotopica più abbondante dell'idrogeno (prozio) è costituita da un solo protone intorno al quale orbita un unico elettrone. Ne esistono però altre due: il deuterio, che ha un neutrone nel nucleo, e il trizio, che ne ha due. Isotopi dellidrogeno

17 Copyright © 2006 Zanichelli editore ELEMENTI RADIOATTIVI RADIOATTIVITA: fenomeno attraverso il quale alcuni elementi con nuclei instabili emettono radiazioni, trasformandosi in un nucleo di un elemento diverso, stabile (processo di DECADIMENTO RADIOATTIVO ). Tutti gli elementi naturali con numero atomico superiore a 83 sono radioattivi (anche alcuni isotopi con Z inferiore)

18 Copyright © 2006 Zanichelli editore 1.Radiazioni formate da nuclei di elio (2 protoni e 2 elettroni) 2.Radiazioni formate da positroni ad elevata E 3.Radiazioni - formate da elettroni ad elevata E 4.Radiazioni elettromagnetiche ad alta E Il decadimento radioattivo può avvenire per emissione di radiazioni di 4 tipi: IL DECADIMENTO RADIOATTIVO

19 Copyright © 2006 Zanichelli editore IL DECADIMENTO RADIOATTIVO

20 Copyright © 2006 Zanichelli editore IL TEMPO di DIMEZZAMENTO Il tempo richiesto perché metà di un campione radioattivo decada viene detto vita media. Il carbonio 14, per esempio, usato per determinare l'età di materia una volta organica (vivente), ha una vita media di 5730 anni. In tal modo se in origine in un osso ci fosse stato una quantità x di carbonio 14, 5730 anni dopo ce ne sarebbe solo x/2, e dopo altri 5730 anni ne rimarrebbe x/4, e ancora, dopo altri 5730 anni ne rimarrebbe x/8 e così via.

21 Copyright © 2006 Zanichelli editore Stabilità dei Nuclei

22 Copyright © 2006 Zanichelli editore Energia Nucleare La curva indica che, per elementi più leggeri del Fe, andando da nuclei leggeri verso nuclei più pesanti il difetto di massa aumenta. Un aumento si nota anche, per elementi più pesanti di Fe, se si trasformassero nuclei più pesanti in nuclei più leggeri. Si possono, pertanto, ipotizzare due processi

23 Copyright © 2006 Zanichelli editore Fusione Nucleare 2 1 H H 4 2 He Massa 4 2 He - 2 x Massa 2 1 H = 0,03037 uma

24 Copyright © 2006 Zanichelli editore Fissione Nucleare U n Br La n Energia liberata ==> 1,8x10 13 J per mole di U

25 Copyright © 2006 Zanichelli editore Fissione nucleare Il nucleo atomico usato a questo scopo è lUranio 235 che è particolarmente instabile. Contro un nucleo di uranio, viene sparato un neutrone. Colpito dal neutrone, il nucleo si scinde in due nuclei più piccoli, il cripto, il bario e due o tre neutroni. La massa dei prodotti di fissione, cioè i due nuclei più piccoli e i due o tre neutroni, non è uguale a quella dellatomo originale: una parte della massa si è trasformata in energia. I neutroni emessi bombardano altri atomi di uranio con lo stesso risultato precedente. Si ha così una reazione a catena che se incontrollata è esplosiva come nella bomba atomica. Nel reattore nucleare la reazione a catena viene rallentata; lenergia prodotta viene convertita in altre forme di energia ( termica, elettrica ecc.). Come prodotto di rifiuto si hanno le scorie nucleari, atomi radioattivi che impiegano 4 miliardi di anni per diventare stabili.

26 Copyright © 2006 Zanichelli editore Lelettrone è inafferrabile Le ricerche sulla meccanica quantistica del ventesimo secolo hanno portato a superare lidea di concepire lelettrone come una particella in movimento su traiettorie intorno al nucleo La teoria della meccanica quantistica descrive i sistemi come una sovrapposizione di stati diversi e prevede che il risultato di una misurazione non sia completamente arbitrario, ma sia incluso in un insieme di possibili valori: ciascuno di detti valori è abbinato a uno di tali stati ed è associato a una certa probabilità di presentarsi come risultato della misurazione

27 Copyright © 2006 Zanichelli editore Orbitali La meccanica quantistica prevede che non sia possibile associare contemporaneamente ad una particella una posizione ed una quantità di moto ben definita (Principio di Indeterminazione di Heisenberg). Il concetto di orbita di un elettrone è sostituito da quello di orbitale, di traiettoria entro la quale è massima la probabilità di trovare una particella

28 Copyright © 2006 Zanichelli editore Orbitale atomico un orbitale atomico viene approssimato con quella regione di spazio attorno al nucleo atomico in cui la probabilità di trovare un elettrone è massima (massima densità di probabilità) ed è delimitata da una superficie

29 Copyright © 2006 Zanichelli editore La configurazione elettronica Ogni orbitale può contenere al massimo due elettroni. Gli orbitali vengono riempiti partendo da quelli ad energia minima (stato fondamentale) e riempiendo, via via, quelli ad energia superiore; se sono presenti degli orbitali degeneri (ovvero diverse distribuzioni spaziali a parità di livello energetico, come ad esempio i tre orbitali p) gli elettroni si distribuiscono preferenzialmente in modo da occuparne il maggior numero. La disposizione degli elettroni negli orbitali atomici costituisce la configurazione elettronica di un atomo, dalla quale dipendono la reattività, la valenza e la geometria delle molecole che questi va a comporre.

30 Copyright © 2006 Zanichelli editore Livelli energetici e configurazione elettronica ESEMPI idrogeno: 1 elettrone nell'orbitale 1s -> 1s 1 con un elettrone spaiato, è in grado di formare un legame semplice con gli altri atomi elio: 2 elettroni nell'orbitale 1s -> 1s 2 non ha elettroni spaiati, non è in grado di formare legami con gli altri atomi azoto: 2 elettroni nell'orbitale 1s, 2 nel 2s, 3 nel 2p -> 1s 2 2s 2 2p 3 con tre elettroni spaiati - uno in ogni orbitale 2p - è in grado di formare tre legami (ammoniaca: NH 3 )


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