Gli atomi e le molecole

• IN NATURA ESISTONO 92 PARTICELLE ELEMENTARI, IN NATURA ESISTONO 92 PARTICELLE ELEMENTARI,

DETTE DETTE ATOMIATOMI , CHE COSTITUISCONO L’UNITÀ , CHE COSTITUISCONO L’UNITÀ

STRUTTURALE PIÙ PICCOLA DELLA MATERIA.STRUTTURALE PIÙ PICCOLA DELLA MATERIA.

• GLI ATOMI SONO COSTITUITI DA UN GLI ATOMI SONO COSTITUITI DA UN NUCLEONUCLEO, NEL QUALE , NEL QUALE

SI TROVANO SI TROVANO I PROTONII PROTONI (PARTICELLE CARICHE (PARTICELLE CARICHE

POSITIVAMENTE) E I POSITIVAMENTE) E I NEUTRONINEUTRONI ( CHE SONO NEUTRI, CIOÈ ( CHE SONO NEUTRI, CIOÈ

SENZA CARICA), ATTORNO AL QUALE IN VARIE POSIZIONI SENZA CARICA), ATTORNO AL QUALE IN VARIE POSIZIONI

ORBITANO GLI ORBITANO GLI ELETTRONIELETTRONI (PARTICELLE MOLTO PIÙ (PARTICELLE MOLTO PIÙ

PICCOLE DELLE PRECEDENTI E CARICHE PICCOLE DELLE PRECEDENTI E CARICHE

NEGATIVAMENTE). DATO CHE IL NUMERO DELLE CARICHE NEGATIVAMENTE). DATO CHE IL NUMERO DELLE CARICHE

NEGATIVE È UGUALE A QUELLO DELLE CARICHE POSITIVE, NEGATIVE È UGUALE A QUELLO DELLE CARICHE POSITIVE,

GLI ATOMI RISULTANO ELETTRICAMENTE NEUTRI.GLI ATOMI RISULTANO ELETTRICAMENTE NEUTRI.

Gli atomi e le molecoleGli atomi e le molecole• LA MATERIA SI FORMA CON LA STESSA LOGICA CHE PRESIEDE LA MATERIA SI FORMA CON LA STESSA LOGICA CHE PRESIEDE

AL GIOCO DELLE COSTRUZIONI DOVE, A PARTIRE DA ALCUNE AL GIOCO DELLE COSTRUZIONI DOVE, A PARTIRE DA ALCUNE TIPOLOGIE LIMITATE DI MATTONCINI E CON UN PO’ DI TIPOLOGIE LIMITATE DI MATTONCINI E CON UN PO’ DI FANTASIA, È POSSIBILE CREARE MOLTISSIMI OGGETTI.FANTASIA, È POSSIBILE CREARE MOLTISSIMI OGGETTI.

• ALLO STESSO MODO COMBINANDOSI FRA LORO, GLI ATOMI ALLO STESSO MODO COMBINANDOSI FRA LORO, GLI ATOMI DANNO LUOGO ALLE MOLECOLE DI TUTTE LE SOSTANZE DANNO LUOGO ALLE MOLECOLE DI TUTTE LE SOSTANZE PRESENTI IN NATURA.PRESENTI IN NATURA.

IL LAVORO NECESSARIO PER SEPARARE DUE MOLECOLE PUÒ IL LAVORO NECESSARIO PER SEPARARE DUE MOLECOLE PUÒ ESSERE MAGGIORE O MINORE A SECONDA DELL’ENERGIA, ESSERE MAGGIORE O MINORE A SECONDA DELL’ENERGIA, DETTA DETTA ENERGIA DI LEGAMEENERGIA DI LEGAME, CHE LE TIENE INSIEME. , CHE LE TIENE INSIEME.

L’ENERGIA DI LEGAME ESPRIME IL LAVORO CHE UNA FORZA L’ENERGIA DI LEGAME ESPRIME IL LAVORO CHE UNA FORZA DEVE COMPIERE PER SOTTRARRE UNA MOLECOLA DEVE COMPIERE PER SOTTRARRE UNA MOLECOLA ALL’ATTRAZIONE DELLA MOLECOLA VICINA.ALL’ATTRAZIONE DELLA MOLECOLA VICINA.

L'ATOMO NELLA FILOSOFIA GRECA V SECOLO A.C.

I FILOSOFI GRECI LEUCIPPO, DEMOCRITO ED EPICURO

RIBADISCONO CHE IL NASCERE NON É CHE UN

"AGGREGARSI DI COSE CHE SONO", E IL MORIRE UN

"DISGREGARSI”. ATTRIBUENDO ALLE PARTICELLE ULTIME

DELLA MATERIA TERMINE ATOMO (DAL GRECO

ÀTOMOS:NON-DIVISIBILE) NON PERCETTIBILE CON I

SENSI, MA SOLO CON L'INTELLIGENZA.

L'ATOMO VIENE PENSATO COME "PIENO“, SI SUPPONE

NECESSARIAMENTE IL VUOTO, SENZA VUOTO GLI ATOMI

NON POTREBBERO DIFFERENZIARSI E NEMMENO

MUOVERSI.

LE TRASFORMAZIONI DELLE SOSTANZE VENGONO

SPIEGATE IPOTIZZANDO CHE GLI ATOMI SONO IN

CONTINUO MOVIMENTO.

L'ATOMO NEL MEDIOEVO E RINASCIMENTO

SEGUE UN LUNGO PERIODO, CHE SI ESTENDE FINO AL XVI

SECOLO, E DURANTE IL QUALE, IN APPLICAZIONE DELLA

TEORIA DI ARISTOTELE PIÚ O MENO RIMANEGGIATA,

CONTINUA LA VANA RICERCA DELLA "PIETRA FILOSOFALE"

; É IL PERIODO DELL'ALCHIMIA.

ELEMENTI QUALITA’

TERRA SECCA-FREDDA

ARIA UMIDA-CALDA

ACQUA FREDDA–UMIDA

FUOCO CALDO-SECCO

DOMINATA DALLE IDEE DI ARISTOTELEARISTOTELE,, LA MATERIA E’

COMPOSTA IN PROPORZIONI VARIABILI DA QUATTRO

ELEMENTI FONDAMENTALI E DI QUATTRO QUALITA’.

L’ATOMO DAL 1600 AL 1850L’ATOMO DAL 1600 AL 1850

SI PRESUME ESISTENZA DI PIU’ ELEMENTI IL CHIMICO SI PRESUME ESISTENZA DI PIU’ ELEMENTI IL CHIMICO

ANTOINE LAVOISIERANTOINE LAVOISIER INDIVIDUA UN NUMERO ABBASTANZA INDIVIDUA UN NUMERO ABBASTANZA

NUTRITO DI ELEMENTI.NUTRITO DI ELEMENTI.

JOHN DALTON, INSEGNANTE ELEMENTARE,

NEL TEMPO LIBERO SI DEDICAVA ALLE

SCIENZE NATURALI RITENEVA CHE GLI

ATOMI FOSSERO DOTATI DI GANCI CHE LI

TENEVANO UNITI, ATTRIBUIVA A CIASCUN

ATOMO OLTRE CHE UNA

RAPPRESENTAZIONE SIMBOLICA ANCHE UN

PESO. NEL 1850 PUBBLICO’ UNA TABELLA

CHE IN SEGUITO VENNE ESTESA E

MIGLIORATA.

NEL 1897 IL FRANCESE JOHN JOHN

JOSEPH THOMSONJOSEPH THOMSON ERA

RIUSCITO AD IDENTIFICARE

L’ELETTRONEELETTRONE ED ESPOSE IL

PRIMO MODELLO ATOMICO:

IPOTIZZO’ CHE L’ATOMO

AVESSE UNA STRUTTURA

OMOGENEA, CON LA MASSA E

LA CARICA POSITIVA

DISTRIBUITE UNIFORMEMENTE

IN TUTTO L’ATOMO ED INSERITI

ALL’INTERNO GLI ELETTRONI.

L'ATOMO DAL 1850 AL 1900L'ATOMO DAL 1850 AL 1900

L'ATOMO DAL 1900 AI GIORNI NOSTRIL'ATOMO DAL 1900 AI GIORNI NOSTRI

NEL 1911 IL NEOZELANDESE E.

RUTHERFORD PROPONE UN

MODELLO ATOMICO

PLANETARIO: MASSA E CARICA

POSITIVA SONO CONCENTRATE

IN UNA PARTE MOLTO PICCOLA

DELL'ATOMO, MENTRE GLI

ELETTRONI SONO DISTRIBUITI

TUTT'INTORNO E OCCUPANO

TUTTO IL RESTO DELL'ATOMO.p

n

NEL 1913 IL DANESE N. BOHR

ESPONE UN NUOVO MODELLO

ATOMICO, SECONDO IL QUALE GLI

ELETTRONI POSSONO MUOVERSI,

SENZA IRRAGIARE, SU ORBITE

CIRCOLARI STAZIONARIE.

IL SUO MODELLO É

SUCCESSIVAMENTE

PERFEZIONATO DAL TEDESCO A.

SOMMERFELD, CHE IPOTIZZÓ LA

FORMA ELITTICA DELLE ORBITE

PERMESSE.

L.V. DE BROGLIEL.V. DE BROGLIE

E. SCHROEDINGERE. SCHROEDINGER

W. PAULIW. PAULIW. HEISEMBERGW. HEISEMBERG

N.BOHRN.BOHR

DURANTE GLI ANNI ‘20 GRAZIE AL CONTRIBUTO DI L.V. DE BROGLIEL.V. DE BROGLIE, , N.BOHRN.BOHR, , W. W.

PAULIPAULI,,

W. HEISEMBERGW. HEISEMBERG,,

E. SCHROEDINGERE. SCHROEDINGER

LALA STRUTTURA DELL'ATOMO VIENE INTERPRETATA SECONDO IL MODELLO, TUTT'OGGI ACCETTATO COSTITUITA DA: PROTONI (DOTATI DI CARICA POSITIVA), NEUTRONI (ELETTRICAMENTE NEUTRI) ED ELETTRONI (DOTATI DI CARICA NEGATIVA).

Gli aspetti macroscopico, microscopico e particellareparticellare della materia

LA MATERIA È TUTTO CIÒ CHE POSSIEDE UNA MASSA E OCCUPA UN VOLUME, CIOÈ UNA PORZIONE DI SPAZIO

UN CAMPIONE MACROSCOPICO DI MATERIA PUÒ ESSERE VISTO A OCCHIO NUDO

UN CAMPIONE MICROSCOPICO DI MATERIA PUÒ ESSERE VISTO CON IL MICROSCOPIO OTTICO

UNA O PIÙ PARTICELLE PARTICELLE DI MATERIA NON SI POSSONO VEDERE NEMMENO CON I PIÙ POTENTI MICROSCOPI

Gli stati della materia

•A LIVELLO MACROSCOPICO LE SOSTANZE POSSONO

ASSUMERE TRE STATI : SOLIDO, LIQUIDO E AERIFORME.

1. LO STATO SOLIDO HA UNA FORMA È UN VOLUME

PROPRIO (UN LINGOTTO D’ORO NON MODIFICA LE SUE

CARATTERISTICHE GEOMETRICHE).

2. LO STATO LIQUIDO HA UN VOLUME PROPRIO

MA NON FORMA PROPRIA (L’OLIO ASSUME LA FORMA

DEL RECIPIENTE CHE LO CONTIENE, PUR OCCUPANDO

SEMPRE UN UGUALE VOLUME).

3. LO STATO AERIFORME NON HA NÉ FORMA NÉ

VOLUME PROPRI (TENDE A ESPANDERSI, OCCUPANDO

TUTTO LO SPAZIO DEL CONTENITORE, QUALUNQUE

FORMA E VOLUME ESSO ABBIA).

Gli stati della materia: solido, liquido e gassoso

ogni particella si muove indipendentemente dalle altre

le particelle si muovono, ma interagiscono tra di loro

Movimento vibrano attorno a delle delle posizioni fisseparticelle:

variabile: la stessa del contenitore

costanteVolume: costante

variabile: la stessa del contenitore

variabile: la stessa del contenitore

Forma: costante, rigida e fissa

Stato solidoStato solido Stato liquidoStato liquido Stato Stato gassosogassoso

Gli stati della materia

Il reticolo cristallino è la struttura, che cambia a seconda del tipo di solido, determinata dal modo con il quale gli atomi o le molecole prendono posizione gli uni accanto agli altri.

Gli stati della materia

CAMBIAMENTI DI STATOCAMBIAMENTI DI STATO

• IL PASSAGGIO DA UNO STATO DELLA IL PASSAGGIO DA UNO STATO DELLA

MATERIA ALL’ALTRO PRENDE IL NOME DI MATERIA ALL’ALTRO PRENDE IL NOME DI

CAMBIAMENTO DI STATOCAMBIAMENTO DI STATO..

• QUALUNQUE SOSTANZA PUÒ PASSARE DA QUALUNQUE SOSTANZA PUÒ PASSARE DA

UNO STATO DI AGGREGAZIONE A UN UNO STATO DI AGGREGAZIONE A UN

ALTRO. LA CONDIZIONE PERCHÉ CIÒ ALTRO. LA CONDIZIONE PERCHÉ CIÒ

AVVENGA È AVVENGA È FORNIRLE O SOTTRARLE FORNIRLE O SOTTRARLE

ENERGIAENERGIA..

Cambiamenti di stato

SUBLIMAZIONESUBLIMAZIONE

BRINAMENTOBRINAMENTO

FUSIONEFUSIONE

EVAPORAZIONEEVAPORAZIONE

CONDENSAZIONE

solidosolido

liquidoliquido

aeriformaeriformee

SOLIDIFICAZIONESOLIDIFICAZIONE

AERIFORMAERIFORMEE

SOLIDOSOLIDO LIQUIDOLIQUIDO

CICLO DELL’ACQUA O CICLO CICLO DELL’ACQUA O CICLO IDROLOGICOIDROLOGICO

SI RIFERISCE AI CONTINUI SCAMBI DI MASSA IDRICA TRA L‘ATMOSFERA, LA TERRA, LE ACQUE SUPERFICIALI, LE ACQUE SOTTERRANEE E GLI ORGANISMI.

OLTRE ALL'ACCUMULO IN VARIE ZONE (COME GLI OCEANI CHE SONO LE PIÙ GRANDI ZONE DI ACCUMULO IDRICO), I MOLTEPLICI CICLI CHE COMPIE L'ACQUA TERRESTRE INCLUDONO CINQUE PRINCIPALI PROCESSI FISICI: CONDENSAZIONE EVAPORAZIONE, PRECIPITAZIONE, INFILTRAZIONE, E FLUSSO SOTTERRANEO.

•SE FORNIAMO CALORE CON REGOLARITÀ A UN SOLIDO,

OSSERVIAMO CHE INIZIALMENTE LA SUA TEMPERATURA

AUMENTA. POI, PERÒ, COMINCIA UNA FASE DURANTE LA

QUALE LA TEMPERATURA SI MANTIENE INVARIATA E,

CONTEMPORANEAMENTE, SI VERIFICA IL PROCESSO DI

FUSIONEFUSIONE.

•LA FUSIONEFUSIONE È IL PASSAGGIO DI UNA SOSTANZA DALLO

STATO SOLIDOSTATO SOLIDO A QUELLO LIQUIDOLIQUIDO CHE AVVIENE A

TEMPERATURA COSTANTE.

•LA TEMPERATURA COSTANTE ALLA QUALE SI VERIFICA

LA FUSIONE VIENE INDICATA COME TEMPERATURA DI TEMPERATURA DI

FUSIONE.FUSIONE.

FUSIONE E SOLIDIFICAZIONEFUSIONE E SOLIDIFICAZIONE

FUSIONE E SOLIDIFICAZIONEFUSIONE E SOLIDIFICAZIONEC

HE C

OS

A

AC

CA

DE

PUNTO DI VISTA MICRO-SCOPICO

A CAUSA DEL A CAUSA DEL CALORE FORNITO CALORE FORNITO AUMENTA AUMENTA L’ENERGIA L’ENERGIA CINETICA MEDIA CINETICA MEDIA DELLE MOLECOLEDELLE MOLECOLE

A CAUSA DEL A CAUSA DEL CALORE FORNITO CALORE FORNITO SI SI INDEBOLISCONO INDEBOLISCONO I LEGAMI I LEGAMI MOLECOLARIMOLECOLARI

A CAUSA DEL A CAUSA DEL CALORE FORNITO CALORE FORNITO AUMENTA AUMENTA L’ENERGIA L’ENERGIA CINETICA MEDIA CINETICA MEDIA DELLE MOLECOLEDELLE MOLECOLE

PUNTO DI VISTA PUNTO DI VISTA MACROSCOPICOMACROSCOPICO

LA LA TEMPERATURA TEMPERATURA

AUMENTAAUMENTA

LA LA TEMPERATURA TEMPERATURA RESTA COSTANTERESTA COSTANTE

LA LA TEMPERATURA TEMPERATURA

AUMENTAAUMENTA

sostanza allo stato liquido

compresenza disolido e liquido sostanza

allo stato solido

temperatura

temperaturadi fusione

FUSIONE

STATO SOLIDO

STATO LIQUIDO

Tem

pera

tura

(°C

)

tempo di riscaldamento (min)

Tf (0°C a P=1 atm)

GHIACCIO

GHIACCIO + ACQUA

ACQUA

LA CURVA DI FUSIONE DELL’ACQUA LA CURVA DI FUSIONE DELL’ACQUA

(CURVA DI RISCALDAMENTO DI UN SOLIDO)(CURVA DI RISCALDAMENTO DI UN SOLIDO)

SOSTA TERMICA

ghiaccio ghiaccio + acqua

acqua

FUSIONEFUSIONE

LA QUANTITÀ DI CALORE NECESSARIA PER TRASFORMARE

L’UNITÀ DI MASSA DI UNA SOSTANZA DALLO STATO SOLIDO A

QUELLO LIQUIDO, UNA VOLTA CHE SI TROVA ALLA

TEMPERATURA DI FUSIONE (COST.), SI CHIAMA

CALORE LATENTE DI FUSIONE ( Cf).

m

QC f

A PARTIRE DALLA FORMULA SI DETERMINA L’UNITÀ DI L’UNITÀ DI MISURAMISURA:

DEFINIAMO IL CALORE LATENTE DI FUSIONE COME IL RAPPORTO

FRA CALORE ASSORBITO QCALORE ASSORBITO Q DALLA SOSTANZA E LA SUA MASSA MASSA

mm:

SOSTANZA DELLA MASSAASSORBITO CALORE

FUSIONE DI LATENTE CALORE

Kg

J

m

QC f

Kg)in(misuratamassajoule)inmisurata(calore

ANDAMENTO ANDAMENTO DELLA DELLA TEMPERATURA IN TEMPERATURA IN FUNZIONE DEL FUNZIONE DEL TEMPO DURANTE TEMPO DURANTE LA LA SOLIDIFICAZIONESOLIDIFICAZIONE

Ch

e c

osa

accad

e

PUNTO DI PUNTO DI VISTA MICRO-VISTA MICRO-SCOPICOSCOPICO

A CAUSA DELLA A CAUSA DELLA DIMINUZIONE DIMINUZIONE DI CALORE DI CALORE L’ENERGIA L’ENERGIA CINETICA CINETICA MEDIA DELLE MEDIA DELLE MOLECOLE MOLECOLE DIMINUISCEDIMINUISCE

A CAUSA DELLA A CAUSA DELLA DIMINUZIONE DI DIMINUZIONE DI CALORE SI CALORE SI INDEBOLISCONO INDEBOLISCONO I LEGAMI I LEGAMI MOLECOLARIMOLECOLARI

A CAUSA DELLA A CAUSA DELLA DIMINUZIONE DIMINUZIONE DI CALORE DI CALORE L’ENERGIA L’ENERGIA CINETICA CINETICA MEDIA DELLE MEDIA DELLE MOLECOLE MOLECOLE DIMINUISCEDIMINUISCE

PUNTO DI PUNTO DI VISTA VISTA MACROSCOPICMACROSCOPICOO

LA LA TEMPERATURA TEMPERATURA DIMINUISCEDIMINUISCE

LA LA TEMPERATURA TEMPERATURA RIMANE RIMANE COSTANTECOSTANTE

LA LA TEMPERATURA TEMPERATURA DIMINUISCEDIMINUISCE

sostanza allostato liquido

compresenzadi solido e liquido

sostanza allostato solido

temperatura

temperaturadi fusione

SOLIDIFICAZIONE

Tem

pera

tura

(°C

)

tempo di raffreddamento (min)

liquido + solido

solido

liquido

T=0°C

CURVA DI RAFFREDDAMENTO DELL’ACQUACURVA DI RAFFREDDAMENTO DELL’ACQUA

IL GRAFICO DELLA SOLIDIFICAZIONE HA UN ANDAMENTO INVERSO RISPETTO ALLA FUSIONE

SOSTA TERMICA

GRAFICO TEMPERATURA -TEMPO PER UNA SOSTANZA AMORFA: SOSTANZE CHE PUR AVENDO LA CONSISTENZA DEI SOLIDI, NON HANNO STRUTTURA CRISTALLINA. ESEMPIO VETRO, PLASTICA E CERA.

temperatura

PRIMA DELL’ISTANTE T1 LA SOSTANZA È SOLIDA, TRA T1 E T2 LA SOSTANZA RAMMOLLISCE E FONDE; DOPO T2 LA SOSTANZA È LIQUIDA.

OSSERVAZIONE LA TEMPERATURA AUMENTA DURANTE TUTTO IL

PROCESSO

solidafonde

liquida