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Cap 2
Sommario della lezione 2
Materia e definizioni
Struttura dell’atomo
Cap 2
Cap 2
Cap 2
La materia è qualsiasi cosa abbia una massa e occupi uno spazio. Esiste in tre stati:
Solido
Forma e volume determinati
Gas
Forma non rigida e volume non determinato
Liquido
Volume determinato,
forma non rigida
Cap 2
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Cap 2
Lo stato della materia osservato per una particolare sostanza è sempre dipendente
dalla temperatura e dalla pressione a cui l'osservazione viene effettuata.
L'ossigeno, cui si pensa normalmente come gas, può essere ottenuto allo stato liquido
e solido a bassissima temperatura.
Il ferro metallico è un gas a temperature estremamente alte (circa 3000°C). A
temperature intermedie (1535-3000°C), il ferro è liquido.
L'acqua è una di quelle poche sostanze per cui tutte e tre le sue forme fisiche sono a
noi familiari: ghiaccio solido, acqua liquida, e vapore gassoso
Cap 2
Cap 2
Cap 2
Un elemento è un tipo di materia che non può essere suddiviso in altre sostanze pure.
Viene identificato dal suo simbolo
Sono conosciuti oltre 110 elementi di cui 92 si trovano in natura.
Cap 2
Cap 2
Un composto è una sostanza pura che è formata da più di un elemento.
I composti hanno composizione fissa (percentuale in massa).
L’acqua, H2O, è un composto di
idrogeno, H, e ossigeno, O.
L’acqua, H2O, contiene esattamente
l’11,19% di idrogeno e l’88,81 % di
ossigeno.
Cap 2
Le proprietà dei composti sono molto diverse da quelle degli elementi che li compongono.
Cap 2
Una miscela contiene due o più sostanze pure combinate in maniera tale che ciascuna sostanza mantenga la sua
identità chimica.
Miscela omogenea Miscele eterogenee
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Una soluzione è una miscela omogenea.
E’ costituita da un solvente (sostanza presente in quantità maggiore) e da uno o
più soluti.
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Metodi di separazione dei componenti di una miscela
Cap 2
Proprietà delle sostanze
Proprietà intensive indipendenti dalla quantità (es. colore)
Proprietà estensive dipendenti dalla quantità ( es. peso di…)
Proprietà chimiche
vengono osservate quando una sostanza è sottoposta ad una reazione chimica che la trasforma in una nuova sostanza.
Proprietà fisiche
sono ad esempio il punto di fusione e di ebollizione, proprietà che vengono osservate senza modificare l’identità chimica della sostanza.
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La densità è una proprietà fisica ed è :
massa m
volume V
ed è normalmente espressa in g/cm3.
densità = d =
Mentre massa e volume sono proprietà estensive,
il loro rapporto è intensivo.
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Struttura elettronica e tavola periodica
Cap 2
Cap 2
Cap 2
ESPERIMENTO DI THOMSON
Un fascio di raggi catodici attraversa un campo elettrico e un campo magnetico. L'esperimento è predisposto in modo che il campo elettrico devii il fascio in una direzione mentre il campo magnetico lo devia nella direzione opposta.
Bilanciando gli effetti è possibile determinare il rapporto carica/massa dell'elettrone.
e/m=1,7588 1011 C/Kg
Calcolo del rapporto e/m
dell’elettrone
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Quantizzazione della carica elettrica: esperimento di Millikan
Gocce di olio cariche elettricamente vengono fatte cadere in presenza di un campo elettrico. Dalla massa nota delle goccioline e dal voltaggio applicato per mantenere ferme le gocce cariche si potè calcolare la carica presente sulle gocce. Fu trovato che tutte le cariche elettriche sono multiple di una carica elementare minima e assunta come carica dell'elettrone.
e=1,602 10-19 C (coulomb)
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Thomson aveva calcolato:
e/m= 1,76 1011 C/Kg
Da cui si dedusse:
m= 9,1110-31 Kg
Un valore circa 1800 volte più piccolo della massa dell'idrogeno.
Quasi tutta la massa atomica è quindi associata alla carica
positiva (cioè, come vedremo, è concentrata nel nucleo)
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Modello di Thompson: elettroni in una carica positiva uniforme
Modello Nucleare dell’Atomo
L'esperimento di Rutherford
Modello a panettone
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Raggi : particelle positive con massa 4 volte
l’idrogeno (massa dell’elio, carica +2)
La maggiorparte delle particelle passavano la lamina senza subire deviazioni ma una parte veniva fortemente deviata o addirittura respinta
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Primi modelli atomici
Atomo costituito da elettroni
inclusi in materia diffusa
carica positivamente, le
particelle dovrebbero subire
al massimo piccole
deviazioni
Si osservò che le
particelle subivano
piccole deviazioni
sporadicamente e
grandi deviazioni molto
frequenti
Cap 2
Cap 2
La maggior parte dell'atomo è vuoto
Dimensioni atomiche: circa 1 Å
Dimensioni nucleari: circa 10-5 Å
Modello nucleare
Rutherford concluse che la maggiorparte della massa atomica è concentrata in un centro carico positivamente, nucleo, attorno al quale si muovono gli elettroni (di massa trascurabile) a distanze molto grandi
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STRUTTURA NUCLEARE
Protoni carica +e massa 1836 volte quella dell'elettrone
Neutroni carica 0 massa 1839 volte quella dell'elettrone
Ogni elemento è caratterizzato da una carica nucleare tipica che è un multiplo della carica elettronica e. Questo multiplo viene indicato con la lettera Z.
Ad ogni Z corrisponde un elemento, nell’ordine:
H Z=1 He Z=2 Li Z=3 . . . .
Nell'atomo neutro attorno a tale nucleo si muovono Z elettroni.
Un nucleo è costituito da due tipi di particelle:
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Un numero atomico Z numero di protoni
Un numero di massa A numero di protoni + numero di neutroni
Z=11 11 protoni (definisce l'elemento Na) A=23 23-11= 12 neutroni
Na23
11
Numero di massa
Numero atomico
Un nucleo è quindi caratterizzato da due numeri
Un nucleo particolare caratterizzato da Z e da A è anche chiamato nuclide e rappresentato con la seguente notazione:
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Gli elementi presenti in natura sono in genere miscele di isotopi:
Cloro 75,8 % 24,2 %
Abbondanza relativa: frazione del numero totale di atomi di un dato isotopo.
Cl35
17 Cl37
17
trizio 1 protone 2 neutroni
deuterio 1 protone 1 neutrone
idrogeno 1 protone nessun neutrone H1
1
H3
1
H2
1
Atomi i cui nuclei hanno lo stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni sono detti isotopi.
Ad esempio l'idrogeno ha tre isotopi:
Il postulato di Dalton rimane valido se si fa riferimento ad una massa media: infatti la composizione isotopica rimane costante.
Il postulato di Dalton ?
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Modello planetario
forza centrifuga = forza di gravitazione tra sole e pianeta
+
nucleo
orbita
elettrone
-
pianeta
sole
orbita
Cap 2
Proprietà ondulatorie dell’energia
Modello quantizzato
Cap 2
Onde elettromagnetiche
La lunghezza d’onda (l) è la
distanza tra due massimi
consecutivi
1 nm = 10-9 m
La frequenza (n) è il numero di
cicli d’onda nell’unità di tempo.
La sua unità di misura è l’hertz
(Hz = ciclo/s).
c = ln
La velocità della luce c:
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E = hn
Spettro elettromagnetico
E = hc/l
dove h è la costante di Planck
h = 6.626 x 10-34 Js
Le onde si propagano alla
stessa velocità ma con
differente frequenza e quindi
lunghezza d’onda
Cap 2
Colore e lunghezza d’onda
Cap 2
E = hc/l
L’energia è correlata alla lunghezza
d’onda.
Cap 2
Ogni elemento ha uno spettro caratteristico che può
essere usato per identificarlo
Come si vede negli spettri atomici di ciascun elemento compaiono
solo alcune lunghezze d’onda definite.
I fotoni possono avere solo alcune energie ben definite.