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Le particelle dellatomo Modulo 3 U.D. 1 Chimica Prof. Augusto Festino Liceo Scientifico G. Salvemini A.S. 2005/06.

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1 Le particelle dellatomo Modulo 3 U.D. 1 Chimica Prof. Augusto Festino Liceo Scientifico G. Salvemini A.S. 2005/06

2 La natura elettrica della materia La natura elettrica della materia Le particelle fondamentali Le particelle fondamentali I modelli atomici di Thomson e Rutherford I modelli atomici di Thomson e Rutherford Numero atomico, numero di massa e isotopi Numero atomico, numero di massa e isotopi Il nucleo dellatomo e le sue trasformazioni (facoltativo) Il nucleo dellatomo e le sue trasformazioni (facoltativo)

3 J.J. THOMPSON Nel 1897 identifica nei raggi catodici le particelle più piccole che formano la materia: gli elettroni Nel 1897 identifica nei raggi catodici le particelle più piccole che formano la materia: gli elettroniraggi catodici elettroniraggi catodici elettroni Gli elettroni hanno una massa di 9,1· grammi, pari a circa 1/2000 dellatomo più leggero, idrogeno H Gli elettroni hanno una massa di 9,1· grammi, pari a circa 1/2000 dellatomo più leggero, idrogeno Hmassa portano una carica di segno (– ) pari a 1,6· coulomb portano una carica di segno (– ) pari a 1,6· coulomb hanno sempre le stesse caratteristiche, qualunque sia il materiale da cui provengono hanno sempre le stesse caratteristiche, qualunque sia il materiale da cui provengono e-e- H+H+ Esperimento di Thomson Scoperta dellelettrone Animazione esperimento di Thomson

4 MODELLO A PUDDING Thomson nel 1906 presentò il modello dellatomo come un insieme di particelle con carica positiva, massicce e voluminose, tra le quali si muovevano un insieme di particelle con carica positiva, massicce e voluminose, tra le quali si muovevano gli elettroni, con massa molto inferiore e con carica negativa ma uguale a quella delle particelle positive per cui gli elettroni, con massa molto inferiore e con carica negativa ma uguale a quella delle particelle positive per cui latomo elettricamente neutro è formato da parti positive e negative in numero uguale latomo elettricamente neutro è formato da parti positive e negative in numero uguale

5 Ernest RUTHERFORD Nel 1899 inizia a studiare la natura delle radiazione α e β emesse da elementi radioattivi Nel 1899 inizia a studiare la natura delle radiazione α e β emesse da elementi radioattivi Particelle β sono gli elettroni - e - - Particelle β sono gli elettroni - e - - Particelle α sono nuclei di elio con due cariche positive - He ++ - Particelle α sono nuclei di elio con due cariche positive - He ++ - eβ + + α

6 Esperimento di Rutherford Esperimento di Rutherford se esistono atomi che si spezzano spontaneamente, come dimostrato dagli esperimenti dei Curie e di Becquerel sulla radioattività (Nobel 1903) se esistono atomi che si spezzano spontaneamente, come dimostrato dagli esperimenti dei Curie e di Becquerel sulla radioattività (Nobel 1903) è possibile rompere artificialmente latomo in laboratorio è possibile rompere artificialmente latomo in laboratorio e dallanalisi dei pezzi ricavarne la struttura e dallanalisi dei pezzi ricavarne la struttura una foglia doro è costituita da pochi strati di atomi voluminosi e massicci (modello di Thomson) una foglia doro è costituita da pochi strati di atomi voluminosi e massicci (modello di Thomson) una sorgente radioattiva di particelle α -come il polonio- funge da mitragliatrice una sorgente radioattiva di particelle α -come il polonio- funge da mitragliatrice si studiano i frammenti degli atomi di oro colpiti e spezzati si studiano i frammenti degli atomi di oro colpiti e spezzati ipotesi Progetto di esperimento

7 Esperimento di Rutherford Esperimento di Rutherfordprocedimento materiale polonio che emette particelle α polonio che emette particelle α foglia doro foglia doro contattore Geiger montato su meccanismo che ruota attorno alla lamina contattore Geiger montato su meccanismo che ruota attorno alla lamina Animazione 1 Animazione 2

8 Esperimento di Rutherford Esperimento di Rutherfordconclusioni quasi tutta la massa dellatomo occupa una ridottissima porzione del suo volume totale, al centro nucleo quasi tutta la massa dellatomo occupa una ridottissima porzione del suo volume totale, al centro nucleo esso è costituito da particelle positive-protoni- e probabilmente da altre neutre. esso è costituito da particelle positive-protoni- e probabilmente da altre neutre. Il nucleo è, perciò, elettricamente positivo Il nucleo è, perciò, elettricamente positivo gli elettroni, dotati di carica elettrica negativa, ruotano su orbite a grande distanza dal nucleo, come pianeti attorno al sole gli elettroni, dotati di carica elettrica negativa, ruotano su orbite a grande distanza dal nucleo, come pianeti attorno al sole quando protoni ed elettroni sono nello stesso numero, latomo è elettricamente neutro quando protoni ed elettroni sono nello stesso numero, latomo è elettricamente neutro

9 modello atomico di Rutherford (1911) - nel nucleo è concentrata tutta la carica positiva dellatomo e la gran parte della massa di esso - nel nucleo è concentrata tutta la carica positiva dellatomo e la gran parte della massa di esso raggio dellatomo cm raggio dellatomo cm raggio del nucleo cm raggio del nucleo cm - la carica del nucleo corrisponde al numero dei protoni che contiene e viene chiamata - la carica del nucleo corrisponde al numero dei protoni che contiene e viene chiamata il nucleo è volte più piccolo dellintero atomo di cui fa parte = NUMERO ATOMICO gli elettroni vengono trattenuti dal nucleo mediante forze di natura elettrostatica (coulombiane)

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15 particelle subatomiche particelle subatomiche NOME dove si trova caricaquantità(coulomb)massa(grammi unità chimica) scopritoredata + -protonenucleo+ 1, , g 1E.Rutherford1911 neutronenucleo0 1, g 1 J. Chadwich 1932 elettrone spazio esterno al nucleo - 1, , g 1/1836 J.J. Thomson 1897 Esercizio

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17 1 Esercizio 2 Esercizio 1 Esercizio 2

18 Atomi, Molecole e Ioni ParticleLocationWeightCharge ProtonNucleus amu Positive (+1) (+1) NeutronNucleus amu Neutral Electrons Electron Cloud amu Negative(-1) Nota: visto che gli atomi hanno un numero uguale di elettroni e protoni, non hanno una carica elettrica netta 1 amu = x g

19 Atomi, Molecole e Ioni Tutti gli atomi di un elemento hanno lo stesso numero di protoni nel nucleo Siccome la carica netta di un atomo è 0, latomo deve contenere un numero uguale di elettroni E i neutroni? Il loro numero può variare. Gli atomi che differiscono solo nel numero di neutroni si chiamano isotopi. Visto che il neutrone ha una massa di amu (il protone è ), diversi isotopi hanno diverse masse. Esercizio sugli isotopi 1 Esercizio sugli isotopi 2 Esercizio sulla struttura atomica

20 Atomi, Molecole e Ioni Tutti gli atomi di carbonio (C) hanno 6 protoni e 6 elettroni. Il numero di protoni dellatomo di carbonio si denota in basso a sinistra del simbolo atomico: Questo numero è chiamato numero atomico (Z) e siccome è sempre 6 per il carbonio è ridondante e usualmente si omette. Un altro numero, il numero di massa (A) esprime la somma di protoni e neutroni presenti nel nucleo: N. Neutroni = = 6N. Neutroni = = 8

21 Carta di identità di un elemento 6 C 12 simbolo dellelemento Numero di massa (A) numero protoni (Z) + numero neutroni Numero atomico (Z ) Numero protoni

22 Numero atomico e numero di massa numero protoni = numero elettroni atomo elettricamente neutro NUMERO ATOMICO (Z ) numero protoni Identifica lelemento : è uguale in tutti gli atomi di un elemento numero neutroni può essere diverso in atomi dello stesso elemento si ricava : A Z

23 il numero di neutroni del nucleo di atomi dello stesso elemento può variare ma non variano le proprietà chimiche dellelemento atomi dello stesso elemento (stesso numero atomico) possono avere diverso numero di massa occupano lo stesso posto (ίσος τόπος) nella tavola che classifica gli elementi in base al numero atomico (v. tavola periodica) per questo sono chiamati isotopi

24 Figure 3.10: Two isotopes of sodium.

25 Isotopi H e C i 3 isotopi dellidrogeno stesso numero atomico (Z=1) diverso numero di massa: 1, 2, 3 i 3 isotopi del carbonio stesso numero atomico (Z=6) diverso numero di massa: 12, 13, 14

26 massa atomica relativa e peso atomico unità di massa atomica ( u.m.a. o dalton) = 1/12 dellisotopo 12 del carbonio ( 12 C) massa atomica relativa = rapporto tra la massa di un atomo e l u.m.a. media, in base alle frequenze, delle masse atomiche degli isotopi dellelemento peso atomico dellidrogeno 1,0079 peso atomico del carbonio 12,011 1 H:99,985% 2 H: 0,015% 12 C: 98,89% 13 C: 1,11% 14 C: instabile 3 H: instabile

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