La struttura dell’atomo CAPITOLO La struttura dell’atomo 4 Indice La carica elettrica Le particelle subatomiche Radioattività Il modello atomico di Rutherford Mappa concettuale: Atomo Numero atomico e numero di massa Isotopi Ioni Massa degli atomi individuali Massa atomica di un elemento Massa molecolare 1

CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO La carica elettrica 1 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO La carica elettrica Sperimentalmente si può verificare che tra due corpi carichi elettricamente si esercitano forze di repulsione o di attrazione. Due corpi che portano cariche dello stesso segno si respingono, mentre due corpi che portano cariche di segno opposto si attraggono. Due cariche elettriche positive si respingono. Due cariche elettriche negative si respingono. Cariche elettriche opposte si attraggono. 2

Le particelle subatomiche 2 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Le particelle subatomiche Le particelle subatomiche più importanti per la chimica sono: gli elettroni, i protoni e i neutroni. Elettroni Tubo catodico. Gli elettroni sono particelle con carica negativa. All’elettrone si assegna convenzionalmente carica  1. Gli elettroni costituiscono i raggi catodici. 3

Le particelle subatomiche 2 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Le particelle subatomiche Protoni I protoni sono particelle la cui massa, determinata sperimentalmente, è: 1,673  1024 g. Ciascun protone ha una massa 1836 volte quella di un elettrone. Per convenzione al protone si assegna carica + 1. Neutroni Il neutrone è una particella subatomica che non presenta carica elettrica (carica elettrica zero). La massa di un neutrone è circa uguale a quella di un protone: 1,675  1024 g 4

CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Radioattività 3 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Radioattività La radioattività è l’emissione spontanea di energia e di particelle dal nucleo atomico. Gli elementi radioattivi possono emettere tre tipi di radiazioni: • radiazioni alfa () • radiazioni beta (β) • radiazioni gamma (γ) 5

Il modello atomico di Rutherford 4 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Il modello atomico di Rutherford Ricostruzione schematica dell’esperienza di Rutherford. Per studiare la struttura dell’atomo, Rutherford bombardò una lamina di oro molto sottile con raggi . La maggior parte delle particelle  attraversa la lamina di oro senza subire deviazione. 6

Il modello atomico di Rutherford 4 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Il modello atomico di Rutherford I risultati sperimentali furono spiegati da Rutherford ipotizzando che la maggior parte della massa di un atomo è concentrata in una zona piccolissima, il nucleo, che presenta carica positiva. Gli elettroni ruotano attorno al nucleo, a una certa distanza. Gli atomi sono costituiti, prevalentemente, da spazio vuoto. 7

CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Mappa concettuale: Atomo ATOMO NUCLEO Zona piccolissima di un atomo dove è concentrata tutta la massa. ELETTRONI Particelle subatomiche con carica negativa. PROTONI Particelle nucleari positive. NEUTRONI Particelle nucleari senza carica elettrica. 8

Numero atomico e numero di massa 5 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Numero atomico e numero di massa Il numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo è detto numero atomico e si indica con Z. Il numero atomico viene evidenziato in basso, a sinistra del simbolo dell’elemento: 6 C Il carbonio con Z uguale a 6 ha sei protoni e, quindi, sei elettroni perché un atomo è elettricamente neutro. 9

Numero atomico e numero di massa 5 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Numero atomico e numero di massa Il numero di massa corrisponde al numero totale di protoni e di neutroni contenuti nel nucleo di un atomo e si indica con A. 12 C Il numero di massa viene riportato in alto, a sinistra del simbolo dell’elemento. Il carbonio con A uguale a 12 contiene 6 protoni e 6 neutroni. 10

numero di massa  numero atomico = numero di neutroni 6 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Isotopi Per isotopi s’intendono gli atomi di uno stesso elemento che hanno numeri differenti di neutroni. Il rame, ad esempio, presenta due isotopi che possono essere così rappresentati: Cu Cu (simboli nucleari) 29 63 65 oppure rame-63 rame-65 numero di massa  numero atomico = numero di neutroni 11

H H H CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO 6 Isotopi 12 + + + (-) Idrogeno-1. H 1 2 + (-) Idrogeno-2 (deuterio). H 1 3 + (-) Idrogeno-3 (trizio). I tre isotopi dell’idrogeno differiscono per il numero di neutroni contenuti nel nucleo. 12

CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Ioni 7 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Ioni In una reazione chimica gli atomi neutri possono perdere o acquistare elettroni. Le particelle elettricamente cariche che si formano sono chiamate ioni. Gli ioni positivi sono chiamati cationi. Gli ioni negativi sono chiamati anioni. I composti che contengono cationi e anioni sono chiamati composti ionici. 13

Massa degli atomi individuali 8 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Massa degli atomi individuali La massa di un singolo atomo, determinata con lo spettrometro di massa, indica quante volte la massa dell’atomo è maggiore (più pesante) rispetto all’unità di massa atomica. L’unità di massa atomica (simbolo u) corrisponde a 1/12 della massa del carbonio-12. Massa (g) Nome 1,673 x 10−24 1,675 x 10−24 9,109 x 10−28 Massa (u) 1,007276 1,008665 0,000549 Protone Neutrone Elettrone Massa delle particelle subatomiche 14

Massa degli atomi individuali 8 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Massa degli atomi individuali Massa (u) Isotopo 1,0078 2,0141 3,0161 12,0000 13,0034 14,0031 15,0001 Abbondanza naturale percentuale 99,985 0,015 Tracce 98,892 1,108 99,635 0,365 H C N 15,9949 16,9993 17,9992 22,9898 23,9850 24,9858 25,9864 99,759 0,037 0,204 100 78,7 10,2 11,1 O Na Mg 1 2 3 6 12 13 7 14 15 8 16 17 18 11 23 24 25 26 Massa atomica di alcuni isotopi e abbondanza percentuale. 15

Massa atomica di un elemento 9 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Massa atomica di un elemento massa = 36,966 u massa = 34,969 u La massa atomica (MA) di un elemento è la massa media degli isotopi di quell’elemento e si esprime in u. Il cloro ha una massa atomica di 35,453 u. Cl 17 35 75,77 100 34,969 u = 26,496 u Cl 17 37 24,23 100 36,966 u = 8,957 u massa atomica del cloro = 26,496 u + 8,957 u = 35,453 u. 16

CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Massa molecolare 10 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO Massa molecolare Modello molecolare del cloroetano La massa molecolare (MM) di un composto è uguale alla somma delle masse di tutti gli atomi presenti nella sua formula. Calcolo della massa molecolare del cloroetano, CH3CH2Cl: 2 atomi di C = 2  12,01 = 24,02 u 5 atomi di H = 5  1,01 = 5,05 u 1 atomo di Cl = 1  35,45 = 35,45 u massa molecolare 64,52 u 17