Caratteristiche della materia Da questo possiamo concludere che:

La diversit della varie sostanze dovuta alla diversit della composizione chimica della materia spiegata dalla teoria atomica Comuque spezziamo del sale otteniamo sempre granellini che hanno le proprieta del sale Questo non va all'infinito a un certo punto otteniamo una coppia di atomi di Na (sodio) e Cl (cloro) Halite

La chimica quella scienza che si occupa della struttura della materia e le trasformazioni che subisce La fisica si occupa di quei fenomeni che riguardano la materia lasciandone inalterata la struttura

La molla si allunga in funzione della forza che applichiamo su di essa; se cessa la forza essa ritorna allo stato iniziale Nel ciclo dellacqua la molecola di H 2 O non cambia perci ci troviamo davanti ad una trasformazione fisica

Combustione del metano La combustione del metano comporta la trasformazione del metano in due molecole di acqua e una di anidride carbonica Lossidazione del ferro comporta la sua trasformazione in ruggine

Tutte le sostanze sono fatte di molecole Definiamo molecola la pi piccola particella di materia che ne conserva tutte le caratteristiche chimiche Se divido la molecola ottengo cli atomi ma questi non hanno pi nulla a che vedere con la sostanza di partenza Molecola di acqua ossigeno Molecola di idrogeno rompo

H 2 idrogeno He elio O 2 ossigenoN 2 azoto

C 4 H 10 butano composto formato da 4 atomi di carbonio e 10 atomi di ossigeno CO 2 anidride carbonica formata da un atomo di carbonio e 2 di ossigeno H2O acqua formata da un atomo di ossigeno e 2 di idrogeno

Dal greco indivisibile e tale considerato dalla chimica mentre per la fisica esso risulta suddiviso in particelle pi piccole Esso risulta infatti suddiviso in protoni, neutroni ed elettroni I protoni e neutroni occupano la parte centrale dellatomo detta nucleo e per questo essi sono anche detti nucleoni I protoni sono particelle cariche ed hanno una carica positiva mentre i neutroni, come dice lo stesso nome, sono privi di carica protoni Neutroni

I nucleoni sono anch'essi costituiti da particelle pi piccole dette quark Di queste ne esistono diversi tipi ma per fortuna a noi ne interessano solo due: i quark up (su) aventi una carica pari a +2/3 e i quark down (gi) aventi carica pari a -1/3 I neutroni sono formati da due quark down e un quark up pertanto la loro carica sar: -1/3 -1/3 +2/3 = 0 I protoni sono formati da due quark up e un quark down perci la sua carica sar: +2/3 +2/3 -1/3 = + 1 I quark cono tenuti insieme dalla forza nucleare forte

Intorno al nucleo ruotano delle altre particelle che prendono il nome di elettroni Lelettrone una particella di carica negativa e (-1) a differenza dei nucleoni non composta da particelle pi piccole Nellatomo il numero dei protoni uguale a quello degli elettroni perci latomo neutrolatomo neutro

I costituenti degli atomi sono sempre gli stessi ma non il loro numero perci sar proprio questo a distinguere un atomo dallaltro In particolare due atomi diversi avranno un diverso numero di protoni (e perci anche di elettroni) H Z =1 C z=6

Se andiamo a vedere le masse dei costituenti del nucleo ci accorgeremo che protoni e neutroni hanno masse allincirca uguali mentre gli elettroni sono circa 1800 volte pi leggeri Perci la massa degli atomi data dalla somma dei protoni e degli elettroni in essi presenti

Gli elettroni che ruotano intorno al nucleo non sono distribuiti a caso a si trovano in particolari zone dette gusci elettronici Teoricamente non c un limite al numero dei gusci elettronici ma normalmente si dice che i gusci elettronici sono 7 perch con questa quantit possibile sistemare tutti gli atomi fino a Z=119 ma tale atomo non stato ancora scoperto Ad ogni guscio compete una particolare energia che ne determina il livello energetico Il primo guscio contiene 2 elettroni, lultimo guscio al massimo 8 elettroni Argo

Sappiamo gi dallo scorso anno che atomi di uno stesso elemento hanno lo stesso numero di protoni Ma non assolutamente detto che abbiano lo stesso numero di neutroni anzi non assolutamente cos Se il numero di neutroni pu variare significa che nellatomo di un elemento fisso il numero Z ma pu variare il numero A Si definiscono isotopi tutti gli atomi di uno stesso elemento che differiscono per il numero di massa A e che quindi sono fisicamente (non chimicamente) diversi fra lorodiversi fra loro

Nel XIX sec. Erano conosciuti molti elementi chimici ma non si riusciva a trovare il modo di ordinarli in una maniera coerente. Dopo vari tentativi due chimici imboccarono la strada giusta Nel 1870 il chimico tedesco Iulius Mever pubblic un modello di tavola degli elementi. In maniera indipendente, il professore di chimica russo Dmitrii Mendellev pubblic nel 1869 la sua prima versine di tavola periodica. In tutte e due le tavole gli elementi erano ordinati in righe e colonne, in ordine di peso atomico crescente in modo tale che appartenevano alla stessa colonna presentassero caratteristiche simili

La tavola periodica di Mendeelev presentava diversi spazi vuoti Il chimico sosteneva che questi spazi contenessero degli elementi che ancora dovevano essere scoperti In questo modo la sua tabella non era un semplice modo di ordinare gli atomi ma era a tutti gli effetti una teoria scientifica in quanto essa prevedeva: 1. Lesistenza di elementi che ancora dovevano essere scoperti 2. Prediceva le caratteristiche che dovevano avere questi elementi e perci dava delle indicazioni ben precise su come andarli a cercare Il successo di entrambe le previsioni fece di Mendeleev uno dei maggiori scienziati di fama mondiale Differenza fra previsioni di Mendeleev e verifiche sperimentali sullelemento chimico Z = 32 sconosciuto a Mendeleev. Fonte Antonio F. Gimigliano, Il sistema periodico degli elementi in La materia in formule, 2000, Brescia, Editrice La Scuola, pp. 120.

Dalla struttura della tavola periodica e dalla comprensione del modo in cui i vari atomi si combinavano gli scienziati ebbero lintuizione sul modo con cui gli elettroni si potavano distribuire allinterno degli atomi Lattuale tavola periodica conta 118 atomi di cui 92 maturali e 26 artificiali (transuranici) ottenuti in laboratorio, il pi pesante il UnunoctiumUnunoctium In essa si contano: 7 righe orizzontali dette periodi 8 colonne verticali dette gruppi Un gruppo di elementi detti di transizione Due sottogruppi dei lantanidi e degli attinidi Due sottogruppi Tavola Periodica

Nella tavola di Mendeleev gli elementi sono raggruppati in metalli non metalli semimetalli e gas nobili ma cosa li contraddistingue? I metalli: 1. Salvo il Hg a temperatura ambiente sono tutti solidi 2. Sono lucidi e splendenti 3. Hanno alto punto di ebollizione e fusione (ecc. alcalini) 4. Sono duttili (ridotti in fili) 5. Sono malleabili (ridotti in fogli) 6. Conduttori di elettricit e calore

1. A temperatura ambiente la maggior parte si trova allo stato gassoso, il Br liquido mentre C, S, e Si sono solidi 2. Sono opachi 3. Hanno bassi punti di fusione e di ebollizione 4. Non sono ne duttili ne malleabili 5. Sono cattivi conduttori di calore (ecc. C) ZolfoGrafite Diamante

Ogni atomo ha un suo simbolo che deriva dal suo nome latino ElementoNome latinoSimboloLettura Idrogeno Ossigeno Calcio Ferro Mercurio Carbonio hydrogenum oxygenum calcium ferrum hydrardyrum carbonium H O Ca Fe Hg C acca o ci-a effe-e acca-g ci

idrogen0ossigeno Nella molecola ci son 2 atomi di idrogeno La presenza del simbolo e lassenza di un numero indica che nella molecola c un solo atomo di ossigeno Acqua Si legge accadueo

Simbolo del calcio Simbolo del carbonio Simbolo dellossigeno Sono privi di indice quindi c un solo atomo Sono presenti 3 atomi di ossigeno Si legge ciaciotre Simbolo del carbonio Simbolo dellidrogeno Sono presenti 4 atomi di idrogeno Si legge ciaccaquattro

Atomo di idrogeno Atomo di ossigeno Sono presenti 2 atomi di idrogenoatomi di idrogeno Sono presenti 2 atomi di ossigeno Si legge accadue-odue

Un numero relativamente piccolo di atomi pu originare un numero elevatissimo di composti chimici Come abbiamo gi visto questo si origina mettendo insieme diversi tipi di atomi Tutto questo pu grazie alla capacit degli atomi di formare legami chimici Ma come si formano questi legami?

Gli elementi dei gas nobili hanno 8 elettroni sullorbitale esterno Sappiamo che tali elementi erano tutti sconosciuti a Mendeleev perch non formano composti con gli altri atomi Ci si verifica perch tali atomi hanno lorbitale esterno completo perch Perch non pensare che anche gli atomi possano cercare di legarsi per raggiungere questa configurazione elettronica esterna particolarmente stabile? Lelio e il neon sono due gas nobili e hanno lorbitale esterno completo (2e e 8 e)

Gli atomi che non hanno lorbitale esterno completo sono elementi chimicamente instabili (non fisicamente instabili come ad esempio il tritio che radioattivo) e sono fortemente reattivi cio tendono a formare legami con gli altri atomi Idrogeno e ossigeno non hanno lorbitale esterno completo e perci sono fortemente reattivi

Se noi contiamo gli elettroni abbiamo che nella molecola di acqua lidrogeno ha due elettroni sullorbitale esterno e lossigeno 8 elettroni sullorbitale esterno perci la formazione della molecola di acqua ha portato al completamento dell'orbitale esterno Se noi contiamo gli elettroni abbiamo che nella molecola di metano lidrogeno ha due elettroni sullorbitale esterno e il carbonio 8 elettroni sullorbitale esterno perci la formazione della molecola di metano ha portato al completamento dell'orbitale esterno Se noi contiamo gli elettroni abbiamo che nella molecola di cloro abbiamo che i due di cloro hanno entrambi due elettroni

Gli atomi quando si incontrano entrano i contatto tramite gli elettroni dellorbitale esterno perci sono questi che formano legami Questi elettroni sono anche detti elettroni di valenza e il loro numero stabilisce quanti legami pu formare latomo Si dice valenza il numero di legami chimici che un atomo pu fare

Gli elementi del gruppo I hanno valenza 1 Gli elementi del gruppo II hanno valenza 2 Gli elementi del gruppo III hanno valenza 3 Gli elementi del gruppo VI hanno valenza 4 Gli elementi del gruppo V hanno valenza 3 Gli elementi del gruppo VI hanno valenza 2 Gli elementi del gruppo VII hanno valenza 1 Gli elementi del gruppo VIII hanno valenza 0

metano Anidride carbonica formaldeide Acido cianidrico

Il termine deriva dal greco che significa andare uno strano nome per un atomo ma vediamo cosa indusse Faraday nel 1834 ad introdurre questo termine Gli ioni hanno la capacit di muoversi allinterno di un campo elettrico (da qui il nome) Lacqua che per sua natura un ottimo isolante diventa conduttore se facciamo una soluzione con un composto ionico (cio un composto che si scioglie liberando ioni) Tutto questo strano discorso ci porta a concludere che gli ioni sono atomi o gruppi di atomi dotati di carica elettrica

Gli ioni vengono indicati, con il simbolo dellatomo o del gruppo atomico, portante in alto a destra tanti segni + o quanti sono gli elettroni perduti o acquistati Prendiamo in considerazione latomo di sodio Esso ha un solo elettrone nellorbitale 3 Questa configurazione instabile Un atomo di sodio pu raggiungere la sua configurazione stabile perdendo lelettrone dellobitale n3 Se latomo di Na cede questo elettrone raggiunge la configurazione elettronica esterna del Ne diventando per Na + Questo perch il numero dei protoni non variato Uno ione con carica positiva si chiama catione

Il cloro ha 7 elettroni sullultimo orbitale (n=3) Questa configurazione elettronica instabile perch il livello esterno non completo Se il cloro acquista un elettrone assume la stessa configurazione elettronica esterna dellargo diventando per Cl - Questo perch il numero dei protoni non variato Uno ione con carica negativa si chiama anione Fonte: http://www.apprendiscienza.ithttp://www.apprendiscienza.it

Normalmente gli atomi del primo e secondo gruppo formano cationi quando formano legami Quelli del sesto e settimo gruppo tendono a formare anioni specie quando si legano con quelli del primo e secondo gruppo Negli altri casi gli atomi tendono a condividere gli elettroni nei legami chimici piuttosto che formare ioni Questo comportamento tipico anche dellidrogeno pur appartenendo al primo gruppo

Il sodio acquista la sua configurazione elettronica stabile cedendo lelettrone dellorbitale n=3 diventando Na + Cedendo il suo elettrone allatomo di cloro che diventa Cl - In questo nodo anche il cloro raggiunge la configurazione di gas nobile A questo punto abbiamo un catione sodio con carica positiva e un anione cloruro con carica negativa Gli ioni con carica opposta si attraggono per forza elettrostatica Si origina cos un nuovo composto: il cloruro di sodio con la formazione di un legame ionico Il legame ionico la conseguenza dell'attrazione elettrostatica che si manifesta tra i due ioni di carica opposta. Fonte immagini: http://www.apprendiscienza.ithttp://www.apprendiscienza.it

Latomo di cloro ha 7e sullorbitale Manca un solo elettrone per raggiungere la struttura elettronica dellargo Vediamo in che modo due atomi di cloro possono risolvere il problema A questo puto i due atomi di cloro hanno avuto un elettrone extra Che ha portato alla formazione dellorbitale eterno completo Nel legame covalente i due elettroni appartengono contemporaneamente ai due atomi di cloro

Prendiamo in considerazione un atomo di cloro e uno di idrogeno Un atomo di cloro pu raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile se acquisisce un elettrone La stessa cosa succede per latomo di idrogeno che in questo modo acquisisce la configurazione elettronica esterna dellelio A ciascuno dei due perci serve un elettrone Se condividono due elettroni risolvono il problema raggiungendo entrambi 8 elettroni La coppia condivisa forma un legame covalente fra latomo di cloro e latomo di idrogeno I due elettroni condivisi si muovono intorno ad entrambi gli atomi Fonte http://www.apprendiscienza.ithttp://www.apprendiscienza.it

Nei metalli gli atomi perdono facilmente gli elettroni pi esterni trasformandosi in ioni positivi Questi ioni vanno ad occupare il minor spazio possibile sistemandosi all'interno di un reticolo cristallinoreticolo Gli elettroni persi non appartengono ad un singolo atomo ma a tutto il reticolo del solido Essi sono liberi di muoversi fra gli ioni positivi garantendo la neutralit del sistema e fungendo da collante per gli ioni metallici

La teoria della materia ha da sempre rappresentato unidea portante della scienza anzi essa nata insieme alla scienza Talete sostenne che il principio di tutte le cose fosse lacqua Anassimene lo ricondusse allaria Anassimandro ad una sostanza primigenia detta apeiron Eraclito al fuoco Empedocle introdusse i 4 elementi che dominarono la scena fino al rinascimento (terra, acqua, aria fuoco)

Accanto a questa visione dominante si mantenne sempre viva la teoria atomica formulata da Democrito Democrito deduce l'esistenza di atomi da un processo logico e puramente teorico attraverso il quale comprende che scomponendo la materia in parti sempre pi piccole non si pu che arrivare a dei costituenti fondamentali e indivisibili. Studiando quando si andava scoprendo sulle reazioni chimiche (legge della conservazione della massa di Lavoisier, delle proporzione definite di Proust e quella delle proporzioni multiple da lui stesso formulata) Dalton pose le basi per la moderna teoria atomica sviluppando 5 punti fondamentali:

1. la materia costituita da particelle elementari, dette atomi; 2. gli atomi sono indivisibili e inalterabili; 3. gli atomi di uno stesso elemento sono identici tra loro, possedendo la stessa massa e le stesse propriet; 4. gli atomi di elementi diversi sono differenti; 5. gli atomi di elementi diversi si combinano tra di loro formando particelle composte (atomi composti, come allora si diceva), o composti; in ogni determinato composto, il rapporto numerico con cui sono combinati gli atomi costituenti definito e costante.

Nel 1897 Thomson studiando il passaggio della corrente elettrica nei gas rarefatti, dimostra che i raggi emessi dal catodo (raggi catodici) sono particelle di carica negativa(raggi catodici) Siccome latomo neutro debbono esistere particelle di carica positiva Nel modello atomico a panettone di Thomson: latomo una particella neutra costituita a sua volta da particelle negative sparse (come le uvette e i canditi nel panettone) in una pasta positiva. Le cariche negative e positive si neutralizzano tra loro.

Rutherford bombardando una sottile lamina di oro con particelle alfa (costituite da due protoni e due neutroni e dotate perci di carica positiva 2+) si accorse che molte di queste venivano deviate mentre se fosse stato vero il modello di Thomson dovevano passare senza deviazioni Da questo esperimento si accorse che le cariche negative dovevano trovarsi allesterno dellatomo e quelle positive al suo interno e che latomo era sostanzialmente vuoto Rutherford propone perci il modello atomico planetario, simile al sistema solare: un nucleo denso, dotato di carica elettrica positiva, attorno al quale ruotano, come i pianeti intorno al Sole, gli elettroni, particelle dotate di carica elettrica negativa (modello planetario) in orbite circolari.

Gli elettroni in movimento dovrebbero emettere energia elettromagnetica e cadere sopra il nucleo perci il modello di Rutherford da origine ad un atomo instabile Per superare questo inconveniente Bohr propose un nuovo modello basata sulla moderna fisica quantistica sviluppata da lui stesso, Plank ed Einstein Nel modello di Bohr lelettrone non collassa sul nucleo, ma ruota senza emettere energia lungo orbite circolari prefissate: gli stati stazionari. La spiegazione del modello di Bohr richiede competenze che vanno al di l della scuola media perci ci fermiamo qui Fonte: Zanichelli online scuolaZanichelli online scuola

Caratteristiche della materia Da questo possiamo concludere che:

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