Chimica e didattica della chimica Luca Fiorani Chimica e didattica della chimica Atomi, elementi e reazioni

La legge delle proporzioni definite di Proust Uno dei dibattiti più accesi nella chimica della fine del XVIII secolo riguardava le regole di combinazione tra gli elementi: ad es., il rapporto tra C e O nel diossido di carbonio è fisso o varia in base alle condizioni in cui si forma? Jeremias Benjamin Richter (1762-1807) studiando le reazioni acido-base scopre che, affinché avvenga la neutralizzazione, è necessario che reagiscano quantità definite e costanti di acidi e basi 2

La legge delle proporzioni definite di Proust Secondo Claude-Louis Berthollet (1748-1822) sono le circostanze sperimentali a determinare le combinazioni possibili Joseph-Louis Proust (1754-1826) dimostra che Berthollet ha torto enunciando la legge delle proporzioni definite: in un composto, gli elementi sono presenti secondo rapporti in massa definiti e costanti (1799) Proust fornisce un indizio sulla composizione atomica della materia e stabilisce una differenza fondamentale tra composti e miscugli 3

La legge delle proporzioni multiple e la teoria atomica di Dalton John Dalton (1766-1844) scopre che due elementi si possono combinare secondo proporzioni diverse se formano un composto diverso (come C e O nel formare CO e CO2) 4

La legge delle proporzioni multiple e la teoria atomica di Dalton Nel 1802 Dalton enuncia la legge delle proporzioni multiple: se un elemento si combina con la stessa massa di un altro elemento, le masse del primo stanno tra loro secondo rapporti esprimibili con numeri piccoli e interi (il C necessario per formare CO è il doppio di quello necessario per formare CO2, a parità di O) La teoria atomica spiega la legge delle proporzioni definite e la legge delle proporzioni multiple 5

La legge delle proporzioni multiple e la teoria atomica di Dalton Dalton espone la sua teoria atomica nell’opera "Nuovo sistema di filosofia chimica" (1808): la materia è costituita da atomi gli atomi sono indivisibili, non si creano e non si distruggono tutti gli atomi di un elemento sono uguali gli atomi di elementi diversi hanno proprietà diverse nelle reazioni gli atomi si trasferiscono da un composto all’altro (conservazione della massa) I punti 2 e 5 sono oggi superati (in parte) 6

La legge delle proporzioni multiple e la teoria atomica di Dalton William Hyde Wollaston (1768-1828) e Jöns Jakob Berzelius (1779-1848) forniscono ulteriori prove sperimentali della legge delle proporzioni multiple La teoria atomica di Dalton segna il passaggio definitivo dall’alchimia alla chimica: se atomi di elementi diversi hanno proprietà diverse e gli atomi non si creano e non si distruggono è impossibile trasmutare un metallo in oro 7

Un simbolo per gli elementi chimici Lavoisier aveva assegnato un nome agli elementi Dalton usa un simbolo Berzelius propone di utilizzare l’iniziale (o le prime due lettere, se necessario, come nel caso di C e Cl) Questa convenzione è ancora in uso e permette di scrivere le formule chimiche CO2 e le reazioni chimiche C + O2 → CO2 (reagenti → prodotti) in cui si conserva la massa 8

L’elettricità e la chimica Nel 1800 William Nicholson (1753-1815) e Anthony Carlisle (1768-1840) scoprono l’elettrolisi: facendo passare corrente elettrica nell’acqua, in corrispondenza degli elettrodi metallici immersi, si formano O e H (H in volume doppio, quindi la formula dell’acqua è H2O) Poche settimane prima Alessandro Volta (1745-1827) inventa la pila elettrica sfruttando le reazioni chimiche fra due metalli e una soluzione elettricità ↔ reazione chimica Il legame chimico è di natura elettrica? 9

L’elettricità e la chimica Elettroliti Elettrodi Catodo Anodo Ioni Cationi Anioni 10

L’elettricità e la chimica Michael Faraday (1791-1867) mette in luce che il legame fra fenomeni elettrici e fenomeni chimici è quantitativo e non solo qualitativo Le due leggi di Faraday (ad es. la prima: la massa di una sostanza prodotta in corrispondenza di un elettrodo durante l'elettrolisi è direttamente proporzionale alla quantità di carica trasferita a quell'elettrodo) suggeriscono l’esistenza di "atomi di elettricità", chiamati "elettroni" da George Stoney (1826-1911) 11

Fine della lezione… 12