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

CAPITOLO 4. LA STRUTTURA ATOMICA La carica elettrica 1 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA ATOMICA 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 ATOMICA 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 ATOMICA 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 ATOMICA Radioattività 3 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA ATOMICA 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 ATOMICA 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 ATOMICAO 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 ATOMICA 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 ATOMICA 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 ATOMICA 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 ATOMICA 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 ATOMICA 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

Massa degli atomi individuali 7 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA ATOMICA 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 13

Massa degli atomi individuali 7 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA ATOMICA 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. 14

Massa atomica di un elemento 8 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA ATOMICA 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. 15

CAPITOLO 4. LA STRUTTURA ATOMICA Massa molecolare 9 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA ATOMICA 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 16

CAPITOLO 4. LA STRUTTURA ATOMICA La tavola periodica 10 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA ATOMICA La tavola periodica Nel 1869, il chimico russo Dmitrij Mendeleev (1834-1907) disponendo gli elementi in ordine di massa atomica crescente notò che si presentavano proprietà chimiche e fisiche simili ogni otto o diciotto elementi. Per rispettare tale periodicità, il chimico russo dispose gli elementi con proprietà simili in colonne verticali. La tavola periodica moderna La tavola periodica moderna è stata preparata disponendo gli elementi secondo il numero atomico crescente. Gli elementi con proprietà chimiche e fisiche simili si trovano in colonne chiamate gruppi. 17

CAPITOLO 4. LA STRUTTURA ATOMICA La tavola periodica 10 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA ATOMICA La tavola periodica Le righe orizzontali della tavola sono chiamate periodi. Una linea di demarcazione "a gradini" permette di classificare gli elementi in tre categorie: metalli, non metalli e semimetalli. I metalli si trovano a sinistra della linea di demarcazione, Invece, i non metalli si trovano a destra. A cavallo della linea di demarcazione si trovano i semimetalli. 18

Ioni e sostanze ioniche 11 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA ATOMICA Ioni e sostanze ioniche Per ione s’intende un atomo o un gruppo di atomi che ha perduto o acquistato uno o più elettroni, per cui presenta carica positiva o negativa. Cationi Quando l’atomo di un metallo perde uno o più elettroni dà luogo ad uno ione positivo che prende il nome di catione. Il numero delle cariche positive di un catione corrisponde agli elettroni ceduti. La carica dello ione Na+ è + 1. 19

Ioni e sostanze ioniche 11 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA ATOMICA Ioni e sostanze ioniche Anioni Un non metallo, se acquista uno o più elettroni, diventa uno ione negativo che prende il nome di anione. Il numero delle cariche negative di un anione corrisponde agli elettroni acquistati dall’atomo neutro. Lo ione di un non metallo del gruppo A possiede un numero di cariche negative dato dalla differenza tra il numero 8 e il gruppo a cui l’elemento appartiene. 20

Ioni e sostanze ioniche 11 CAPITOLO 4. LA STRUTTURA ATOMICA Ioni e sostanze ioniche Ioni poliatomici Per ione poliatomico s’intende un gruppo di due o più atomi con una carica elettrica. 21