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Istituto Professionale di Stato per l Industria e l Artigianato CAVOUR-MARCONI Loc. Piscille–Via Assisana, 40/d-06154 PERUGIA– Tel. 075/5838322 Fax 075/32371.

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1 Istituto Professionale di Stato per l Industria e l Artigianato CAVOUR-MARCONI Loc. Piscille–Via Assisana, 40/d PERUGIA– Tel. 075/ Fax 075/ sito internet: Dirigente scolastico prof. Elio Boriosi LA CLASSE I C CORSO CHIMICO BIOLOGICO A.S. 2009/10 Referente Prof.ssa Roberta Balducci PRESENTA

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3 Cari amici di Bickini Botton oggi vi voglio parlare di CHIMICA questa scienza meravigliosa e come illustri scienziati sono riusciti a scoprire la natura dellatomo. Dai coraggio tutti con me!!!!! Si, si che bello vengo io. Mi piacciono le CIMICE questi animali puzzolenti I soliti due svitati ???

4 Bene Patrik visto che gli altri non capiscono queste belle cose ci aventuriamo noi due in questo viaggio meraviglioso della chimica seguimi e capirai tutto Si, si che bello facciamo questo viaggio avventuroso con la cimicia

5 PRIMA LEZIONE OGGI TUTTO CHIMICA MATERIA PIATTO DEL GIORNO: ATOMI RIPIENI CHE COSA STUDIA LA CHIMICA

6 CHE COSA STUDIA LA CHIMICA? Caro Patrick, cominciamo a dire cosa studia la chimica. La chimica studia: le proprietà, la composizione e la trasformazione della materia. La materia è tutto ciò che ha una massa e occupa uno spazio (ha un volume) La materia è fatta di atomi, per studiare la chimica bisogna studiare gli atomi. La chimica fra tutte le scienze: matematica, fisica, biologia, anatomia, botanica è la più giovane. Prima della chimica cera lalchimia e la magia.

7 Caro Patrick sicuramente tu non hai mai visto un atomo, ma sappi che sono le cose più importanti della tua vita. Tutto quello che esiste è fatto di atomi: tu, la terra, lacqua, laria che respiri. Gli atomi sono come minuscoli mattoncini del LEGO (sferici però) che hanno la facoltà di essere uniti fra loro in tanti modi diversi e possono comporre qualsiasi cosa COSA SONO GLI ATOMI?

8 Con questi atomi si possono formare milioni di composti, naturali e sintetici come con i mattoncini del lego posso inventare infiniti giochi: montando e smontando mattoncini ……. ATOMI MATERIA Che bello giocare con il lego Anche io voglio giocare!

9 Sono migliaia di anni che gli uomini se lo chiedono... La prima volta dobbiamo tornare indietro di circa 2000 anni, fino ad un certo Democrito……. Ma se gli atomi sono microscopici, come facciamo a saper che esistono? Credo che la materie sia discontinua, formata da particelle molto piccolefinite indivisibili. Le chiamerò ATHOMOS Democrito 400 a.C.

10 Per studiare la chimica, ho inventato una mini tavola periodica portatile fatta con il lego caro Patrick. In questa cassetta della frutta ho messo nove barattoli di nutella, dopo averla naturalmente mangiata, in ogni barattolo ho messo dei mattoncini di lego di 9 colori differenti E la nutella per me? Che male di pancia! Mini-tavola, portatile

11 Ecco questa è la mia mini-tavola periodica con questi nove atomi posso spiegare tante cose a partire da:

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13 Comincerò ora a spiegarti le tre leggi fondamentali della chimica, formulate da illustri scienziati: Lavoisier, Proust e Dalton. Ascolta con attenzione Patrick perché è una bella storia che inizia alla metà del 700 e questi signori gettarono le basi della chimica moderna. A.Lavoisier 1789 J. Proust 1799 J.Dalton 1808 LE TRE LEGGI FONDAMENTALI DELLA CHIMICA Gli uomini che cambiarono il mondo

14 LA PRIMA LEGGE: CONSERVAZIONE DELLA MATERIA DI LAVOISIER Caro Patrick questo è Antonine Lavoisier, nato a Parigi nel1743 è universalmente riconosciuto come il padre della chimica moderna. Lavoisier- spirito pratico, profondamente analitico e logico amava dire: Mi sono dato come legge di procedere sempre dal noto allignoto, e di non fare alcuna deduzione che non sgorghi direttamente dagli esperimenti e dallosservazione La bilancia fu lo strumento di misura che lo accompagnò nelle sue ricerche La sua legge è la seguente e afferma: LEGGE DI CONSERVAZIONE DELLE MASSE 1789 afferma: in una reazione chimica, la massa dei reagenti è esattamente uguale alla massa dei prodotto

15 Ora ascolta con attenzione : ai quei tempi, si osservava che se mettevo alla fiamma un metallo si formava una polvere bianca che pesava più del metallo. Gli antichi pensavano che il metallo aveva inglobato una sostanza che conteneva il fuoco e chiamavano FLOGISCO. Invece Lavoisier capì, con i suoi esperimenti meticolosi, che laumento del peso non era dovuto al FLOGISCO, ma era dovuto al fatto che il metallo aveva inglobato dentro di se laria che in seguito chiamò ossigeno. Guarda questo esempio e capirai:

16 A LAVOISER piaceva osservare tutto e fu il primo a capire che anche laria aveva un peso e reagiva con i composti,facendoli aumentare o diminuire La calcinazione: un metallo (Me) all'aria e in presenza di fuoco si trasforma in calce e la somma dei reagenti era uguale alla somma dei prodotti. QUANTITA DEI REAGENTI = QUANTITA DEI PRODOTTI

17 E nello stesso modo capì che quando metto a reagire questa calce sul fuoco la sua diminuzione di peso, non era dovuto al fatto, come si credeva allora che la sostanza perdeva il FLOGISTO, ma che si formava dopo la reazione oltre ad un metallo anche dellaria. Non ti pare una cosa meravigliosa tutto questo! Guarda questo esperimento e capiraaiiii la, la, la che musica! Booh!! Questo flogisto che roba è si mangia?

18 La riduzione del peso: Una sostanza (la calce) messa a reagire con il carbone con laiuto del fuoco forma un metallo e un gas. La quantità dei reagenti è uguale alla quantità dei prodotti se peso anche laria. + sostanza gassosa QUANTITA DEI REAGENTI = QUANTITA DEI PRODOTTI Tutto chiaro? Si, si mangio un panino e faccio pupù il peso del panino e della pupù sono uguali!

19 Per farti capire meglio prendiamo il lego: Ho un composto formato da 3 mattoncini rossi, uno verde e uno nero, se scaldo il composto si romperà e si formeranno: un mattoncino verde, tre rossi e uno nero. Come vedi il numero dei mattoncini a sinistra e a destra della freccia è rimasto uguale. Nulla si crea nulla si distrugge, ma tutto si trasforma COMPOSTO FORMATO DA: 3 rossi 1 verde 1 nero + FUOCO 1 verde 3 rossi 1 nero

20 Dai Patrick prendiamo un po di aria e andiamo a pesarla come ha fatto Lavoisier! Si Spongebob tu pesa laria io do fuoco a qualcosa.

21 LA SECONDA LEGGE: LEGGE DELLE PROPORZIONI DEFINITE DI PROUST Ora Patrik parliamo di un altro chimico francese Joseph Louis Proust nato nel Grazie ai suoi studi scopriamo lesistenza dei composti che Lui definì: …… un composto è un prodotto privilegiato al quale la natura ha dato una composizione costante LEGGE DELLE PROPORZIONI DEFINITE: In un composto, gli elementi che lo costituiscono sono presenti secondo rapporti di peso costante Quindi Patrick se pensi a Proust associalo ad un composto. Chiaro? Se lo dice Lui!.

22 Vedi, è semplice, questo è un composto, lacqua è formata da due atomi di idrogeno i mattoncini bianchi e uno di ossigeno il mattoncino rosso il rapporto tra i due è sempre 2 a 1. Sono milioni di anni che la natura sintetizza lacqua così e continuerà a farlo per altri milioni di anni IDROGENO OSSIGENO Osservazione di un bicchiere dacqua con un microscopio ultra speciale Brevetto Spongebob Studio lacqua con Piacere! IDROGENO

23 TERZA LEGGE LEGGE DELLE PROPORZIONI MULTIPLE DI DALTON Questa è lultima legge. Nel 1808 John Dalton, inglese, osservo per primo che alcune coppie di elementi possono combinarsi in modi diversi originando più di un composto. Un esempio è il carbonio mattoncino nero che si combina con lossigeno mattoncino rosso può formare due diversi composti: 1 co 2 co 2 Monossido di carboni gas inodore incolore velenoso in piccole dosi Biossido di carbonio o anidride carbonica gas inodore incolore non velenoso

24 John Dalton è lo scienziato inglese che, agli inizi del XIX secolo, ha introdotto nel mondo scientifico la teoria atomica, rendendo così possibili gli straordinari passi avanti che la chimica ha compiuto dai suoi giorni ad oggi. Anche se la terminologia da lui usata era leggermente diversa da quella utilizzata oggi, Dalton enunciò con chiarezza il concetto di atomi, molecole, elementi e composti chimici Stabilì che, anche se il numero complessivo di atomi nel mondo è enorme, i diversi tipi di atomi non sono molti. (Nella sua opera elencò venti elementi, o specie di atomi; oggi se ne conoscono poco più di cento). Pur se il peso dei diversi atomi è diverso, Dalton ribadì che due atomi della stessa specie hanno proprietà identiche, massa inclusa. Ora ti elenco i punti fondamentali della teoria.

25 Anche Dalton,come me si costruì dei modelli di atomo, non con i lego, perché allora non esistevano, ma in legno, come puoi vedere qui a fianco Nel suo libro lo scienziato inglese incluse una tabella in cui elencava i pesi relativi delle diverse specie di atomi, la prima al mondo, e una tabella di composti tra cui cera lacqua che però aveva formula sbagliata HO.

26 1)Tutta la materia è composta da atomi indivisibili. Un atomo è una particella estremamente piccola che mantiene la sua identità durante le reazioni chimiche. 2) Un elemento è un tipo di materia composto da un solo tipo di atomo. Tutti gli atomi dello stesso elemento hanno la stessa massa e le stesse proprietà 3) Un composto è un tipo di materia costituito da atomi di due o più elementi chimicamente uniti in proporzioni fisse. Due tipi di atomi in un composto si legano in proporzioni espresse da numeri semplici interi. 4) Una reazione chimica consiste nella ricombinazione degli atomi presenti nelle sostanze reagenti in modo da dare nuove combinazioni chimiche presenti nelle sostanze formate dalla reazione TEORIA ATOMICA DI DALTON

27 CLASSIFICAZION E DELLA MATERIA Ora ti faccio uno schema riassuntivo vediamo se hai capito! O.k. Dai Spongebob sono tutto Branchie! SECONDA LEZIONE

28 : ELEMENTI COMPOSTI MATERIA ATOMI MOLECOLE O O

29 ATOMI E ELEMENTI Ora ti spiegherò la differenza che cè tra atomo e elemento. Una atomo è piccolissimo invisibile lelemento lo vedo lo tocco. ELEMENTO Sono costituiti milioni di atomi che hanno identiche proprietà fisiche macroscopiche e chimiche. Ex proprietà macroscopiche: il ferro è grigio, conduce elettricità, duttile (fili), malleabile (lamine) ATOMO E la più piccola parte dellelemento che conserva le proprietà chimiche microscopiche, ma non le fisiche, del elemento a cui appartiene Atomo di Fe al Microscopio elettronico Ex proprietà microscopiche: dipendono dalla natura degli atomi che formano la sostanza, sono numero atomico, massa atomica.

30 MOLECOLE E COMPOSTI Vediamo ora la differenza tra molecola e composto, caro Patrick avrai già capito che la molecola è piccolissima e non la vedo non la tocco, il composto lo vedo lo tocco. MOLECOL A COMPOSTI Una molecola è un raggruppamento di due o più atomi che posseggono proprietà chimiche microscopiche caratteristiche. Possono essere formati da: 1) DUE O PIUATOMI UGUALI: H 2 N 2 O 2 S 8 2) DUE O PIU ATOMI DIVERSI: H 2 O COCO 2 Sono costituiti dallinsieme di molecole hanno identiche proprietà fisiche macroscopiche e chimiche. Ex una molecola è microscopica non bolle a 100°C, il composto, formato da milioni di molecole di acqua bolle a 100°C H 2 O

31 Ora Patrick ci riposiamo, facciamo merenda con calma che devo parlarti della struttura dellatomo. Gram gam Si, Spongebob, mangiamo che tutta questa cimicia mi ha messo fame. Grom glup

32 Dopo questo spuntino andiamo avanti STRUTTURA DELLATOMO Arrivati a questo punto, compreso che la materia era fatta da atomi bisognava capire lesatta struttura dell atomo. Il cammino non è stato né facile né breve, ci sono voluti venti anni Ora, caro Patrick ti mostrerò brevemente levoluzione del pensiero di altri quattro grandi scienziati Thomson, Rutherford, Bohr, Schrodinger che dopo una serie di intuizioni più o meno esatte arrivarono alla struttura dellatomo che oggi conosciamo

33 J. J. Thomson 1904 Rutherford 1911 N. H. D. Bohr 1913 Schrödinger 1925

34 MODELLO ATOMICO DI THOMSON O MODELO A PANETTONE 1904 Thomson comprese che nellatomo ci fossero particelle più piccole, che non avevano più le proprietà dellatomo, ma erano uguali per tutti gli atomi ed avevano carica negativa (elettroni) e particelle con carica positiva- Ipotizzo che la struttura fosse piena e continua e il numero di cariche positive fosse uguale al numero di cariche negative.

35 MODELLO ATOMICO RUTHERFORD O MODELLO PLANETARIO 1911 ESPERIMENTO DI RUTHERFORD ESPERIMENTO: Lamina doro sottile Bombardata con particelle alfa cariche positive Il modello di Thomson,dopo lesperimento Rutherford, qualche anno, dopo venne rivoluzionato: ora ti spiego

36 RUTHERFORD CONCLUDE: SI OSSERVA: La maggior parte delle particelle (raggi) non venivano deviate Alcune particelle venivano deviate Solo pochissime venivano respinte perché avevano colpito un corpo denso il nucleo 1)Latomo è composto da un nucleo centrale in cui sono concentrate le cariche positive 2)I leggerissimi elettroni occupano lo spazio vuoto intorno al nucleo 3)Il diametro del nucleo deve essere centomila volte più piccolo del diametro dellatomo 4)Gli elettroni carichi negativamente, ruotano intorno al nucleo e sono in un numero uguale ai protoni

37 Quindi chiaro? Latomo non è pieno ma è vuoto al centro cè il nucleo che ha carica positiva ed intorno ruotano i piccolissimi elettroni. Ma anche questo modello vedremo tra poco che è stato abbandonato, ma grazie al contributo di Rutherford si capì che il nucleo è la parte più significativa dellatomo, perché atomi di elementi diversi hanno una diversa struttura del nucleo. Però, prima di parlare di unaltra teoria atomica ti spiego il significato di numero atomico, numero di massa e isotopo Non ho capito niente, ma non lo dico, perché A Spongebob dispiace. Ora provo a prendere un po di sole così mi si illumino la mente.

38 1 H NUMERO ATOMICO Il numero di protoni presenti nel nucleo si chiama numero atomico (Z). Se l atomo è neutro questo numero è uguale a quello degli elettroni. Scritto in basso a sinistra I numeri atomici furono accuratamente misurati dal giovane scienziato inglese Henry Moseley, poco prima dellinizio del conflitto mondiale in cui trovò, giovanissimo la morte. Egli studio i raggi X e alla fine affermò: Per latomo esiste una grandezza fondamentale che aumenta regolarmente nel passaggio da un elemento a quello vicino. Questa grandezza può essere solo la carica positiva del nucleo centrale

39 NUMERO DI MASSA Se confrontiamo la massa atomica al relativo numero atomico, notiamo che il primo è quasi il doppio del secondo. Siccome il peso è data dal nucleo, nel nucleo, oltre le cariche positive, dovevano esistere particelle di dimensioni uguali alle particelle positive, ma con carica neutra. Queste, vennero chiamate neutroni scoperti solo nel 1932 da James Chadwick Poiché neutroni e protoni, cioè nucleoni determinano la massa, al numero di nucleoni di un atomo si dà il nome di numero di massa (A) Il numero di massa (A) è uguale alla somma del numero di protoni (Z) e dei neutroni (n°) contenuti nel nucleo 2 H Scritto in alto a sinistra NUCLEONE A = Z + n° n° = A - Z

40 Un isotopo (lett. nello stesso luogo) è un atomo di uno stesso elemento chimico e quindi con lo stesso numero atomico Z, ma con differente numero di massa A, e quindi differente massa atomica M. La differenza dei numeri di massa è dovuta ad un diverso numero di neutroni presenti nel nucleo dell'atomo a parità di numero atomico. Se due nuclei contengono lo stesso numero di protoni, ma un numero differente di neutroni, i due nuclei avranno lo stesso comportamento chimico, ma avranno comportamenti fisici differenti, essendo uno più pesante dell'altro. Questi sono i tre isotopi dellidrogeno: 1 protone 0 neutroni 1 elettrone PROZIO 1 protone 1 neutrone 1 elettrone DEUTERIO 1 protone 2 neutroni 1 elettrone TRIZIO ISOTOPI

41 Ci siamo riposati abbastanza Patrick ora ti devo parlare degli ultimi modelli atomici. Si Spongebob gli studenti hanno bisogno del nostro aiuto per capire la chimica andiamo in loro aiuto!

42 MODELLO ATOMICO DI BOHR 1913 Niels Bohr nacque a Copenaghen Collaborò con J. J. Thomson, e Rutherford a Manchester Riprese il modello planetario di Rutherford e lo perfezionò su un punto fondamentale il ruolo dellelettrone: 1) se fosse stato fermo il nucleo lavrebbe attirato a sé 1) se fosse stato in movimento avrebbe perso energia per poi cadere sul nucleo Bohr capì che il modello di Rutherford doveva essere modificato utilizzando il concetto di quanti di energia introdotti nel 1900 da Max Plank, una grandezza puó assumere soltanto determinati valori e non altri. E = h ѵ Un raggio di luce è come un insieme di pacchetti di Energia, a questi pacchetti si dà il nome di FOTONI PACCHETTI DI ENERGIA = FOTONI

43 LATOMO DI BOHR Il modello proposto da Bohr, per latomo di idrogeno era in grado di superare le difficoltà del modello di Rutherford. Ecco i punti principali della sua teoria: 1)lelettrone percorre soltanto determinate orbite circolari ORBITE STAZIONARIE dove non né emette né assorbe energia. 2) Allelettrone sono permesse solo certe orbite, a cui corrispondono determinati valori di energia ORBITE QUANTIZZATE 3)Per passare da unorbita ad unaltra di livello energetico più elevato, lelettrone assorbe energia 4)Per passare da unorbita a unaltra di livello energetico più basso, lelettrone emette un fotone di opportuna frequenza 5) Lenergia del fotone emessa o assorbita corrisponde alla differenza di energia delle due orbite E = E 2 - E 1

44 n = numero di orbite stazionarie e quantizzato ΔE = E n3 - E n2 differenza di energia tra le due orbite Radiazione emesse MODELLO DI BOHR Avremo finito di studiare questi modelli atomici? Ancora un modello poi basta!

45 Il modello quanto-meccanico di atomo La teoria di Bohr lasciava insoluti numerosi problemi. Nel 1924, il fisico francese L. De Broglie ipotizzò che, analogamente a quanto si era postulato per i quanti di luce o fotoni, anche agli elettroni si può attribuire una duplice natura ondulatoria e corpuscolare. Questa ipotesi, confermata in seguito sperimentalmente, indica che a una particella di massa m (espressione della natura corpuscolare) è associabile una lunghezza d'onda λ (espressione della natura ondulatoria) secondo la relazione: dove v è la velocità della particella e h è la costante di Planck. Il fisico tedesco W. Heisenberg (1927) enunciò il principio di indeterminazione, secondo cui non è possibile conoscere contemporaneamente velocità e posizione dell'elettrone. Ciò escludeva la possibilità di attribuire all'elettrone orbite definite come quelle del modello di Bohr, ammettendo invece la possibilità di delimitare una regione di spazio intorno al nucleo dove è massima la probabilità di trovare l'elettrone.

46 In quegli anni il fisico austriaco E. Schrödinger, approfondendo l'ipotesi di De Broglie, formulò un'espressione matematica, detta equazione d'onda di Schrödinger la cui soluzione permette di rappresentare l'elettrone come una nube di carica negativa la cui densità varia in funzione della distanza dal nucleo e della direzione presa in esame. Viene denominato orbitale atomico la regione di spazio intorno al nucleo dove è massima la probabilità di trovare l'elettrone. Gli orbitali nella teoria quanto-meccanica sono descritti per mezzo di numeri quantici n, l, m, m s di significato analogo a quelli utilizzati nella teoria di Bohr Finito! Semplici che ne dici? Se lo dice Lui?

47 RICAPITOLIAMO TUTTO: 1)Per Thomson latomo era pieno cariche positive e negative dello stesso numero (modello a panettone) 2) Rutherford disse e dimostrò: no latomo non è pieno ci sono degli spazzi vuoti, lelettrone piccolissimo con massa trascurabile ruota intorno al nucleo, carico positivo, che ha la massa più consistente dellatomo (modello planetario) 3) Poi venne Bohr, dava in parte ragione a Rutherford, ma disse; gli elettroni ruotavano solo su alcune orbite permesse (orbite stazionarie) con un livello di energia definito (quantizzato) 4) A questo punto arrivarono gli scienziati della meccanica quantistica e qui le cose si complicano: De Broglie: lelettrone, come la luce ha una duplice natura è una particella che si comporta come un onda Heisenberg: non possibile conoscere contemporaneamente velocità e posizione dell'elettrone Schrödinger: mette insieme il tutto e ci rappresenta l'elettrone, come una nube di carica negativa, introducendo il concetto di orbitale.

48 Mamma mia quanto è complicato latomo!! Ma le cimici che fine hanno fatto? Ma! Forse ho esagerato chissà se Patrick ha capito Qualche cosa!

49 Cari ragazzi io per ora ho finito avrei tante alte belle cose da raccontare ma i miei amici mi aspettano. Ricordate però che la mente di chi sta imparando una nuova scienza deve passare per tutte quelle fasi che la scienza ha attraversato nel corso della sua evoluzione storica come abbiamo fatto ora noi. Ciao ciao ciaoooo Ciao ragazzi a presto mi raccomando studiate la cimicia.


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