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Didattica delle Scienze della Materia CHIMICA La Tavola Periodica Dr. Riccardo Pettinari Tel. 0737-402338 Tirocini.

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1 Didattica delle Scienze della Materia CHIMICA La Tavola Periodica Dr. Riccardo Pettinari Tel Tirocini Formativi Attivi

2 La Stele di Rosetta Champollion Stele di rosetta La stele di Rosetta riporta un'iscrizione con tre differenti grafie: geroglifico, demotico e greco. Rappresenta la chiave di lettura dei geroglifici egiziani

3 Tavola Periodica degli Elementi La tavola Periodica degli elementi è stata considerata come licona del XX secolo. Essa rappresenta la chiave di lettura della natura Mendeléev è lo Champollion della natura! Mendeleev

4 La scoperta degli elementi

5 Litio, Sodio e Potassio Cloro, Bromo e Iodio Calcio, Stronzio e Bario J. W. Döbereiner inizio del XIX secolo: molti elementi potevano essere riuniti in gruppi di tre elementi simili quando i tre elementi di una triade venivano disposti in ordine crescente di massa atomica, le proprietà dellelemento centrale risultavano intermedie rispetto a quelle degli altri due la massa atomico dellelemento centrale era molto vicino alla media aritmetica degli altri due (per esempio, nella triade cloro, bromo, iodio il peso atomico del bromo è 79,9, valore molto vicino a 81,2 che è la media aritmetica di 35,5 (cloro) e 126,9 (iodio). Legge delle triadi

6 Legge delle ottave J. Newlands (1866): quando gli elementi erano sistemati in ordine crescente di massa atomica, ogni elemento aveva proprietà simili a quelle degli elementi che stavano otto posti avanti e otto posti indietro. Legge delle ottave: lottavo elemento era una specie di ripetizione del primo, analogamente a quanto si verifica per lottava nota nella scala musicale

7 Meyer e i Volumi Atomici Lothar Meyer Meyer osservò (1870) che, se si tracciava un grafico dei volumi atomici degli elementi in funzione delle masse atomiche, si otteneva una serie di onde che formavano vertici appuntiti in corrispondenza dei metalli alcalini, cioè sodio, potassio, rubidio e cesio. La distanza tra due vertici consecutivi corrispondeva a un periodo della tavola degli elementi. In ogni periodo, oltre al volume atomico, subiva un'oscillazione anche un certo numero di altre proprietà fisiche.

8 Dimitri Mendeleev e la Legge Periodica D. Mendeléev osservò (1869) una regolarità nella variazione della valenza degli elementi e del loro comportamento chimico, riportati in ordine di massa atomica crescente la valenza aumentava e diminuiva, dando luogo ai periodi. Dimitri Mendeleev Quando gli elementi sono disposti in ordine crescente di massa atomica, alcune serie di proprietà ricorrono con periodicità.

9 Previsione di nuovi elementi Era necessario lasciare nella tavola degli spazi vuoti, corrispondenti ad elementi che non erano stati ancora scoperti, che chiamò eka-boro (scandio), eka-alluminio (gallio) ed eka-silicio (germanio) (eka significa «uno» in sanscrito). = 44 = 72 = 68 = 100

10 Previsione di nuovi elementi Applicando la sua Legge Periodica, Mendeleev previde correttamente le proprietà degli elementi prima della loro scoperta, avvenuta alcuna anni dopo:

11 Un nuovo gruppo della tavola Lord Ramsay Un gruppo di elementi che Mendeleev non aveva previsto era quello dei gas nobili. Egli non lasciò spazi vuoti per essi. Ramsay, il loro scopritore, propose di disporli in un gruppo separato, dopo gli alogeni. F Cl Br I At Ne Ar Kr Xe Rn He Li Na K Rb Cs Fr

12 Numero atomico e legge periodica Attraverso lo studio degli spettri dei raggi X emessi dai differenti elementi egli correla le frequenze dei raggi X alle cariche nucleari, in corrispondenza delle posizioni degli elementi nella tavola periodica. Egli assegna i numeri atomici agli elementi e comprende che: Proprietà simili ricorrono periodicamente quando gli elementi sono disposti in funzione del loro numero atomico crescente. H. G. J. Moseley

13 Tavola Periodica Metalli AlcaliniAlcalino-terrosiMetalli di TransizioneCalcogeniGas Nobili Lantanidi e Attinidi Gruppi principali Alogeni

14 Caratteristiche generali dellatomo

15 Numero Atomico Z Per atomi elettricamente neutri il numero di protoni è uguale al numero di elettroni. Rappresenta il numero di protoni nel nucleo

16 Numero Atomico e Tavola Periodica

17 Gli atomi con carica positiva: i cationi

18 Gli atomi con carica negativa: gli anioni

19 I chimici non potevano pesare direttamente un atomo quindi hanno definito in maniera arbitraria unaunità di massa atomica Ossigeno O è circa 1.33 volte più pesante del carbonio Lidrogeno H è circa 12 volte più leggero del carbonio Il mercurio Hg è circa 16,66 volte più pesante del carbonio La Massa Atomica

20 Unità di massa atomica Ad 1 atomo di carbonio contenente 6 protoni e 6 neutroni è stata assegnata arbitrariamente una massa esatta di 12 u 1/12 della massa di un atomo di 12 C corrisponde ad 1 u Le masse delle particelle atomiche fondamentali sono espresse in u (Dalton Da, uma o amu) 1u (1 Da = 1amu = 1uma) = 1.661x Kg = 1.661x g

21 Masse atomiche relative Ossigeno O è circa 1.33 volte più pesante del carbonio Se C pesa 12 u e se O è 1.33 volte più pesante di C Allora O pesa 12u x u Lidrogeno H è circa 12 volte più leggero del carbonio Se C pesa 12 u e se H pesa 1/12 di C Allora H pesa 1/12u 1 u Il mercurio Hg è circa 16,66 volte più pesante del carbonio Se C pesa 12 u e se Hg pesa volte C Allora Hg pesa 12u x u

22 Struttura Nucleare

23 Rappresenta il numero di protoni e di neutroni nel nucleo (anche detti nucleoni). Numero di Massa A

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25 Isotopi = atomi di un elemento con lo stesso numero di protoni, ma con un differente numero di neutroni Contrariamente a quanto Dalton pensava, non tutti gli atomi di un elemento hanno la stessa massa. Nel 1912 Thomson trovò che il Neon è formato da 3 isotopi: 20 Ne (90.48%), 21 Ne (0.27%), 22 Ne (9.25%) Isotopi

26 Lidrogeno è lunico elemento per il quale esistono dei noni specifici per i tre differenti isotopi. Isotopi Gli atomi più pesanti possiedono generalmente un numero maggiore di isotopi

27 Isotopi Gli isotopi hanno le stesse proprietà chimiche ma differenti proprietà fisiche 1 H 2 D Acqua ghiaccio Acqua pesante ghiaccio pesante Acqua ghiaccio pesante

28 Quale è la Massa Atomica di un elemento

29 Masse Atomiche naturali La massa atomica (peso*) di un elemento è la media delle masse isotopiche, pesate in base alle abbondanze naturali degli isotopi dellelemento La massa atomica di un elemento è il peso medio di un atomo dellelemento. La massa atomica dipende dalle percentuali con cui i vari isotopi dellelemento sono presenti in natura e dalla loro massa.

30 Masse Atomiche naturali La massa atomica (peso*) di un elemento è la media delle masse isotopiche, pesate in base alle abbondanze naturali degli isotopi dellelemento * Il termine peso risale a Dalton e spesso la massa atomica viene chiamata erroneamente peso atomico

31 31 Filmato originale con commento audio sul disastro del dirigibile Hindeburg nel 1937, Lakehurst, New Jersey, USA

32 Interazioni deboli Allotropi del Carbonio DIAMANTE GRAFITE

33 NANOTUBI DI CARBONIO FULLERENE C 60

34 Stagno Grigio Stagno Bianco Allotropi dello Stagno

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36 Stagno Grigio Stagno Bianco Allotropi dello Stagno

37 Stagno Grigio Stagno Bianco Allotropi dello Stagno

38 Allotropi del Fosforo

39 Zolfo cristallino e plastico

40 40 OSSIGENO Ossigeno liquido a – 183 °C, contenuto in vaso Dewar trasparente. Luce emessa dallossigeno quando viene eccitato tramite scarica elettrica in un tubo Bombola da un litro contenente ossigeno compresso alla pressione di 110 bar

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