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1Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010.

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1 1Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010

2 Valitutti, Tifi, Gentile Esploriamo la chimica Seconda edizione di Chimica: molecole in movimento

3 3 Capitolo 7 Le particelle dellatomo 1.La natura elettrica della materia 2.Le particelle fondamentali dellatomo 3.I modelli atomici di Thomson e Rutherford Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010

4 4 Capitolo 7 Le particelle dellatomo 4.Numero atomico, numero di massa e isotopi 5.I tipi di decadimento radioattivo 6.Fissione e fusione nucleare Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010

5 5 1. La natura elettrica della materia Il termine elettricità deriva dalla parola elektron che gli antichi Greci utilizzavano per spiegare il fenomeno dellelettrizzazione dellambra per strofinio con un panno di lana. Fino alla fine del Settecento lelettricità era conosciuta solo la forma di elettricità detta statica.

6 6Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore La natura elettrica della materia Lo strofinio di qualsiasi oggetto provoca la comparsa su di esso di una carica elettrica che può attrarre piccoli oggetti.

7 7Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore La natura elettrica della materia La carica elettrica può essere positiva o negativa. Cariche di segno opposto si attraggono, cariche di segno uguale si respingono.

8 8Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore La natura elettrica della materia Un corpo è elettricamente neutro quando presenta un uguale numero di cariche positive e negative. Lo strofinio fa migrare da un corpo ad un altro cariche negative chiamate elettroni. Un oggetto elettricamente carico può caricare un altro corpo per induzione.

9 9Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore La natura elettrica della materia Lesperimento di Thomson con i tubi di Crookes ha portato alla scoperta degli elettroni, particelle cariche negativamente che costituiscono le radiazioni definite raggi catodici.

10 10Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore La natura elettrica della materia La placca negativa fu chiamata catodo (-) e la placca positiva anodo (+). La radiazione proveniente dal catodo produceva una luminosità verdastra in fondo al tubo, dopo aver attraversato il foro della placca positiva. Tali radiazioni furono chiamate raggi catodici.

11 11Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore La natura elettrica della materia Gli atomi di tutti gli elementi contengono le stesse particelle negative, chiamate elettroni. Furono identificate altre particelle, che si muovevano verso il polo negativo, formando un fascio di raggi anodici. Si trattava quindi di particelle con carica positiva.

12 12Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore La natura elettrica della materia La particella elementare positiva, che ha la stessa carica dellelettrone e massa molto più grande, fu chiamato protone.

13 13Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore Le particelle fondamentali dellatomo Gli atomi di tutti gli elementi sono formati da tre particelle fondamentali elettrone: carica negativa, massa pari a –1, C; protone: carica positiva, massa pari a +1, C; neutrone: priva di carica elettrica massa poco superiore a quella del protone.

14 14Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore Le particelle fondamentali dellatomo Ogni atomo contiene un nucleo, cioè una zona molto piccola e densa in cui sono confinati i protoni e i neutroni: a tali particelle di dà il nome di nucleoni.

15 15Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore I modelli atomici di Thomson e Rutherford Rutherford determinò la natura delle particelle (atomi di elio privi di due elettroni) con le quali poi bombardò una sottilissima lamina doro. Le particelle dopo lurto con gli atomi doro venivano raccolte ed evidenziate su un apposito schermo.

16 16Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore I modelli atomici di Thomson e Rutherford

17 17Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore I modelli atomici di Thomson e Rutherford Studiando il comportamento delle particelle, Rutherford poté stabilire che gran parte di esse non subiva deviazioni e attraversava la lamina; alcune particelle subivano una deviazione con angolature diverse rispetto alla direzione iniziale; un numero molto esiguo rimbalzava, ma violentemente.

18 18Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore I modelli atomici di Thomson e Rutherford Sulla base dei risultati sperimentali Rutherford propose un nuovo modello di atomo latomo è composto da un nucleo in cui sono concentrate carica positiva e massa; gli elettroni occupano lo spazio vuoto intorno al nucleo e vi ruotano intorno come pianeti; il numero di elettroni è tale da bilanciare la carica positiva del nucleo.

19 19Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore I modelli atomici di Thomson e Rutherford

20 20Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore Numero atomico, numero di massa e isotopi Soffermandoci sul nucleo, cioè sul cuore dellatomo, sappiamo che i nucleoni occupano uno spazio enormemente ridotto rispetto al volume totale dellatomo; latomo ha una struttura essenzialmente vuota nella quale si muovono gli elettroni.

21 21Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore Numero atomico, numero di massa e isotopi Il numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo si chiama numero atomico (Z). Se latomo è neutro, questo numero è uguale a quello degli elettroni.

22 22Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore Numero atomico, numero di massa e isotopi Gli isotopi sono atomi dello stesso elemento aventi le stesse proprietà chimiche ma masse diverse, perché contengono un diverso numero di neutroni.

23 23Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore Numero atomico, numero di massa e isotopi Il numero di massa (A) è uguale alla somma del numero di protoni (Z) e del numero di neutroni (n°) contenuti nel nucleo A = Z + n°

24 24Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore Numero atomico, numero di massa e isotopi Conoscendo il numero atomico e il numero di massa di un elemento si può calcolare il numero di neutroni contenuti nel suo nucleo n° = A - Z

25 25Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore Numero atomico, numero di massa e isotopi Gli elementi allo stato naturale e nei composti contengono una miscela dei vari isotopi in percentuali ben determinate e costanti. Le proprietà fisiche osservate per ciascuno di essi sono la media di quelle dei singoli isotopi presenti. Oggi le masse atomiche si determinano attraverso lo spettrometro di massa.

26 26Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore I tipi di decadimento radioattivo Il numero di protoni e neutroni di un nucleo influenza anche la sua stabilità. Quando i protoni sono in numero troppo elevato (Z > 83), per quanti neutroni mettiamo nel nucleo esso diventa instabile.

27 27Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore I tipi di decadimento radioattivo Un nucleo instabile tende a liberarsi di particelle; tale processo viene detto decadimento radioattivo. Il processo di emissione di radiazioni è denominato radioattività.

28 28Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore I tipi di decadimento radioattivo La radioattività è stata scoperta alla fine dellOttocento da Becquerel, ma è grazie a Rutherford che si è arrivati a definire i diversi tipi di radiazioni raggi lfa ( ), corrispondenti a nuclei di elio (carica 2+, massa 4); raggi eta ( ), fasci di elettroni veloci (carica –1, massa 0); raggi amma ( ), radiazioni elettromagnetiche a grande energia.

29 29Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore I tipi di decadimento radioattivo

30 30Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore I tipi di decadimento radioattivo Ci sono quattro tipi di fenomeni radioattivi 1. nuclei troppo ricchi di neutroni decadono, emettendo elettroni veloci (particelle ). Lelettrone liberato deriva dalla trasformazione di un neutrone in protone, aumentando il numero atomico;

31 31Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore I tipi di decadimento radioattivo 2.nuclei con numero atomico superiore a 83 e numero di massa superiore a 220 decadono emettendo particelle positive (nuclei di elio);

32 32Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore I tipi di decadimento radioattivo 3.la cattura di elettroni o lemissione di elettroni positivi ( + o positroni) avviene quando il numero di protoni è troppo elevato rispetto ai neutroni. In tal caso un protone può trasformarsi in neutrone assorbendo lelettrone orbitante;

33 33Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore I tipi di decadimento radioattivo 4.dopo unemissione, o, vengono liberati dal nucleo dei pacchetti di energia, le radiazioni. Nellemissione rimangono inalterati sia il numero atomico che il numero di massa.

34 34Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore I tipi di decadimento radioattivo Il tempo di dimezzamento è il tempo occorrente per ridurre alla metà la quantità di un isotopo radioattivo.

35 35Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore I tipi di decadimento radioattivo Il Carbonio-14 è un isotopo radioattivo. Si forma nellatmosfera per effetto dellurto dei neutroni prodotti dai raggi cosmici con lazoto. Entra nei tessuti di ogni organismo vivente in percentuale costante e cessa di essere assimilato quando lorganismo muore. Da quel momento la quantità di 14 C si riduce dimezzandosi ogni 5730 anni. Da qui si può risalire al tempo trascorso dalla morte dellorganismo.

36 36Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore Fissione e fusione nucleare Lenergia in gioco in una trasformazione nucleare corrisponde alla differenza tra lenergia dei nuovi nuclei prodotti e quella dei nuclei reagenti. Lenergia nucleare è circa un milione di volte superiore allenergia di legame. La fissione e la fusione nucleare sono le reazioni nucleari di maggior interesse per la produzione di energia.

37 37Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore Fissione e fusione nucleare Si ha fissione nucleare quando un nucleo pesante si scinde in due nuclei più piccoli di massa simile.

38 38Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore Fissione e fusione nucleare Le reazioni di fissione sono sfruttate nei reattori per produrre energia.

39 39Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore Fissione e fusione nucleare Nella reazione di fusione nucleare due nuclei leggeri si fondono per dare luogo a uno più pesante.


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