L’Atomo e le Molecole

LA MATERIA

TUTTO CIO’ CHE OCCUPA UNO SPAZIO

Ha una MASSA (Kg) Occupa un VOLUME (m3)

FORMATA DA MOLECOLE

FORMATE DA ATOMI

Tutte le sostanze sono fatte di MOLECOLE

MOLECOLA: la più piccola quantità di

materia che ne conserva tutte le

caratteristiche chimiche.

Se divido la molecola ottengo gli ATOMI,

ma questi non hanno più nulla a che

vedere con la sostanza di partenza.

Immaginiamo di dividere un granello di SALE GROSSO: otteniamo granellini più piccoli che mantengono le proprietà del sale: salati e si sciolgono in un liquido! Questo non va all'infinito! Ad un certo punto otteniamo una coppia di atomi di Na (sodio) e Cl (cloro)‏, non più salati e non più in grado di sciogliersi in un liquido!

Molecola di acqua

ossigeno

Molecola di idrogeno

rompo

LA MATERIA

UN SOLO ATOMO

PIU’ ATOMI UGUALI

PIU’ ATOMI DIVERSI

SOSTANZE SEMPLICI o

ELEMENTI

SOSTANZE COMPOSTE o

COMPOSTI

H2 idrogeno

He elio O2 ossigeno N2 azoto

C4H10 butano composto formato da: 4 atomi di C + 10 atomi di H

CO2 anidride carbonica formata da: 1 atomo di C + 2 di O

H2O acqua formata da: 1 atomo di O + 2 di H

Come fanno gli atomi a legarsi fra loro per costituire le molecole?

Come si possono distinguere un atomo di un elemento da quello di un

altro elemento?

L’ATOMO

Il termine ATOMO deriva dal greco atomos e

significa «indivisibile».

Infatti, fino al XIX secolo, gli scienziati ritenevano

che l’atomo fosse la più piccola parte della materia.

SCOPERTA DI CARICHE ELETTRICHE

L'atomo è composto da 3 tipi di particelle elementari piccolissime:

i protoni, i neutroni e gli elettroni.

NEUTRONI

PROTONI

ELETTRONI

Protoni e Neutroni I protoni e i neutroni formano insieme quello che si può definire il cuore dell'atomo: il NUCLEO.

Queste due particelle hanno più o meno la stessa MASSA, cioè sono formate da una quantità di materia quasi uguale.

Il protone, però, è diverso dal neutrone perché ha una proprietà, chiamata carica elettrica positiva, che il neutrone non possiede.

PROTONI

Elettroni

Intorno al nucleo si muovono

rapidissimamente altre particelle: gli elettroni.

Gli elettroni hanno una MASSA circa 2000 volte inferiore rispetto a quella dei protoni e dei neutroni.

Anche gli elettroni hanno una carica elettrica, ma essa è diversa da quella del protone: è una carica elettrica negativa.

• Gli elettroni che ruotano intorno al nucleo non sono distribuiti a caso, ma si muovono all’interno di orbite concentriche dette gusci elettronici.

• I gusci elettronici sono posti

a distanze crescenti dal nucleo.

• Ad ogni guscio corrisponde una particolare energia che dipende dalla vicinanza al nucleo: l’elettrone che occupa l’orbitale più vicino al nucleo ha più energia perché è maggiormente attratto dai protoni, carichi positivamente (esempio: la calamita).

• Ogni guscio elettronico ospita un numero fisso di elettroni:

il primo guscio: 2 e-

l’ultimo guscio: al max 8 e-

• Nei diversi atomi gli elettroni occupano i gusci a partire da quello più vicino al nucleo.

• Solo quando un guscio è completo, gli elettroni incominciano ad occupare il guscio successivo.

L’atomo neutro

In condizioni normali il numero degli elettroni è sempre uguale a quello dei protoni: a un certo numero di cariche positive corrisponde un ugual numero di cariche negative. L'atomo, dunque, risulta neutro, né positivo né negativo.

PROTONI = ELETTRONI

…ci sono tanti elementi diversi…

…eppure gli atomi hanno la stessa struttura (protoni,

neutroni, elettroni)…

COSA DIFFERENZIA L’ATOMO DI CIASCUN

ELEMENTO???

Ciò che distingue l’atomo di un elemento da quello di un altro elemento è il numero di protoni del suo nucleo.

Z

NUMERO ATOMICO

La SOMMA del numero di PROTONI e di NEUTRONI

A

NUMERO di MASSA

Massa Atomica

La SOMMA delle MASSE di PROTONI, NEUTRONI ed ELETTRONI

di un atomo di un elemento

Considerando che la massa degli elettroni è circa 2000 volte inferiore

rispetto a quella delle altre particelle, non contribuisce molto alla

massa atomica.

UNITA’ DI MISURA = Unità di Massa Atomica (u.m.a.) = 1/12 della MASSA dell’atomo di CARBONIO

Rappresentazione di un elemento chimico

X Z

A

Ogni elemento chimico, per brevità, è indicato con un simbolo, che deriva dal nome latino dell'atomo.

Ogni simbolo è formato dalla prima o dalle prime due lettere del nome dell'atomo, per non creare confusione tra atomi i cui nomi hanno la stessa iniziale.

Per esempio il simbolo del carbonio è

C (si legge ci), quello del calcio è Ca

(si legge ci-a) e quello del cloro è Cl

(si legge ci-elle).

Ci sono poi alcuni elementi il cui

simbolo è molto diverso da quello del

loro nome.

Così il simbolo dell'oro è Au, perché

è ricavato dal termine latino aurum;

quello del rame è Cu, perché gli

antichi romani chiamavano il rame

cuprum.

Elemento Nome latino Simbolo Lettura

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

ISOTOPI • Atomi di uno stesso elemento hanno lo stesso

numero di PROTONI.

• Mentre il numero di NEUTRONI può variare.

• Ciò significa che nell’atomo di un elemento è fisso il numero atomico Z, ma può variare il numero di massa A.

Si definiscono ISOTOPI tutti gli atomi di uno stesso elemento che differiscono per il numero di massa A, ossia hanno lo stesso numero di PROTONI, ma diverso numero di NEUTRONI.

ISOTOPI DELL’IDROGENO (H)

L’idrogeno ha 3 ISOTOPI, che hanno masse diverse (1, 2, 3), ma le loro proprietà chimiche sono identiche.

La Tavola Periodica degli Elementi

La tavola periodica degli elementi è lo schema col

quale vengono ordinati e classificati gli atomi degli

elementi sulla base del loro numero atomico.

E’ stata ideata, nel 1869, dal chimico

russo Mendeleev, il quale aveva

notato che, ordinando gli elementi

(allora conosciuti) dal più leggero al

più pesante (in base alla loro massa

atomica), le loro proprietà si

ripetevano periodicamente. •http://www.dayah.com/periodic/

• Inizialmente contava numerosi spazi vuoti,

previsti per gli elementi che sarebbero stati

scoperti in futuro, taluni nella seconda metà del

1900.

• L’attuale tavola periodica conta 118 atomi di cui

92 naturali e 26 artificiali, ottenuti in

laboratorio, il più pesante è il Ununoctium.

• In essa si contano: 7 righe orizzontali dette PERIODI

8 colonne verticali dette GRUPPI

1 gruppo di elementi detti di

TRANSIZIONE

2 sottogruppi dei lantanidi e degli attinidi

• Sono in ordine di peso atomico crescente in modo

tale che elementi appartenenti allo stesso GRUPPO

hanno proprietà simili, dovute a un uguale numero

di elettroni nel guscio esterno.

Le PROPRIETA’ CHIMICHE di un elemento sono determinate dal NUMERO DI ELETTRONI

presenti nel GUSCIO PIU’ ESTERNO

La Tavola degli Elementi

Nella tavola di Mendeleev gli elementi sono

raggruppati in:

•metalli

•non metalli

•semimetalli

•gas nobili

MA COSA LI

CONTRADDISTINGUE?

1. A temperatura ambiente sono solidi

(tranne il mercurio, che è liquido)

2. Sono lucenti e splendenti

3. Hanno alto punto di ebollizione e

fusione

4. Sono duttili (ridotti in fili)

5. Sono malleabili (ridotti in fogli)

6. Buoni conduttori di elettricità e

calore

• gas nobili: hanno tutti il guscio esterno completo

con 8 elettroni.

Molto stabili.

• metalli:

1. A temperatura ambiente la

maggior parte si trova allo stato

gassoso, il Br è liquido mentre C,

S, e Si sono solidi

2. Sono opachi

3. Hanno bassi punti di fusione e di

ebollizione

4. Non sono nè duttili nè malleabili

5. Sono fragili

6. Sono cattivi conduttori di calore

(ecc. C)

• non metalli:

ZOLFO

DIAMANTE

• Semimetalli: 1. Si trovano lungo la linea di

separazione tra metalli e non

metalli.

2.Presentano caratteristiche

intermedie

3.Un esempio di utilizzo è

l’elettronica moderna:

dispositivi nei computer,

cellulari, televisori, satelliti.

Come fanno gli atomi a legarsi fra loro per costituire le

molecole?

Quando gli atomi si uniscono: La Molecola

Gli atomi hanno la

capacità di unirsi tra loro

formando le MOLECOLE.

Le Formule Chimiche

Per indicare le molecole si usano le

FORMULE CHIMICHE che indicano il tipo

ed il numero di atomi presenti in una

molecola. O2

idrogeno ossigeno

Nella molecola ci son 2 atomi di idrogeno

La presenza del simbolo e l’assenza di un numero indica che nella molecola c’è un solo atomo di ossigeno

Acqua Si legge acca-due-o

Si scrivono i simboli degli atomi che le costituiscono e, in basso a destra di ogni simbolo, si indica un numero (indice), che

corrisponde al numero di atomi di quell'elemento nella molecola stessa.

Simbolo del calcio

Simbolo del carbonio

Simbolo dell’ossigeno

Sono privi di indice quindi c’è un solo atomo

Sono presenti 3 atomi di ossigeno

Si legge cia-ci-otre

Simbolo del carbonio

Simbolo dell’idrogeno

Sono presenti 4 atomi di idrogeno

Si legge ci-acca-quattro

Le Formule Chimiche

Il NUMERO delle MOLECOLE si indica prima della formula del composto.

2CaCO3 2 molecole di carbonato di calcio

• Un numero relativamente piccolo di atomi può originare un numero elevatissimo di composti chimici.

• Come abbiamo già visto, questo si origina mettendo insieme diversi tipi di atomi.

• Ciò è resa possibile grazie alla capacità degli atomi di formare legami chimici.

Come si formano questi legami?

• Gli elementi dei gas nobili hanno 8 elettroni sull’orbitale esterno.

• Sappiamo che tali elementi erano tutti sconosciuti a Mendeleev perché non formano composti con gli altri atomi.

• Ciò si verifica perché tali atomi hanno l’orbitale esterno completo e quindi sono molto stabili.

Elio e Neon hanno

l’orbitale esterno

completo

Perché non pensare che anche gli atomi possano cercare di legarsi per raggiungere questa configurazione elettronica esterna

particolarmente stabile?

Gli atomi che non hanno l’orbitale esterno completo sono elementi chimicamente instabili e sono fortemente reattivi cioè tendono a formare legami con altri atomi, per raggiungere la configurazione elettronica del gas nobile più vicino nella tavola periodica.

Idrogeno e ossigeno non hanno l’orbitale esterno completo e perciò sono fortemente reattivi.

• Gli atomi quando si incontrano entrano i contatto tramite gli elettroni dell’orbitale esterno perciò sono questi che formano legami.

• Questi elettroni sono anche detti elettroni di valenza e il loro numero stabilisce quanti legami può formare l’atomo.

• Si dice VALENZA il numero di legami chimici che un atomo può 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

Gli atomi possono formare un legame chimico cedendo, acquistando o

mettendo in comune gli elettroni di valenza, per completare il loro guscio

esterno.

I legami chimici sono di 3 tipi:

1. LEGAME COVALENTE

2. LEGAME IONICO

3. LEGAME METALLICO

Legame Covalente

Se due atomi sono carenti di elettroni, possono completare il loro guscio esterno condividendo alcuni elettroni, formando

così un legame covalente.

L’atomo di cloro ha 7e sull’orbitale

Manca un solo elettrone per raggiungere la struttura elettronica

dell’argo

Vediamo in che modo due atomi di cloro possono risolvere il problema • A questo punto i due atomi di cloro

hanno avuto un elettrone extra

• Che ha portato alla formazione dell’orbitale esterno completo: l. covalente

• 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 può raggiungere la configurazione elettronica di un gas nobile se acquisisce un elettrone. La stessa cosa succede per l’atomo di idrogeno che in questo modo acquisisce la configurazione elettronica esterna dell’elio.

A ciascuno dei due perciò serve un elettrone.

Se condividono due elettroni risolvono il problema raggiungendo entrambi 8 elettroni.

La coppia condivisa forma un legame covalente fra l’atomo di cloro e l’atomo di idrogeno.

I due elettroni condivisi si muovono intorno ad entrambi gli atomi.

Il legame covalente fra atomi diversi

Fonte http://www.apprendiscienza.it

Quando un atomo cede uno o più elettroni ad un altro atomo, tra i due si forma un

legame ionico.

Il legame ionico

Il sodio acquista la sua configurazione elettronica stabile cedendo l’elettrone dell’orbitale n=3 diventando Na+.

Cedendo il suo elettrone all’atomo di cloro che diventa Cl-.

In questo modo 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 così un nuovo composto: il cloruro di sodio con la formazione di un legame ionico.

Il legame ionico è la conseguenza dell'attrazione elettrostatica che si manifesta tra i due ioni di carica opposta.

• Nei metalli gli atomi perdono facilmente gli elettroni più esterni, estremamente mobili, trasformandosi in ioni positivi.

• Questi ioni vanno ad occupare il minor spazio possibile sistemandosi all'interno di un reticolo cristallino.

• Gli elettroni persi non appartengono ad un singolo atomo, ma a tutto il reticolo del solido, muovendosi da un atomo all’altro.

• Essi sono liberi di muoversi fra gli ioni positivi, garantendo la neutralità del sistema e fungendo da collante per gli ioni metallici.

• Il legame metallico è dovuto quindi all’attrazione elettrostatica tra gli elettroni mobili e gli ioni positivi.

Il legame metallico

Le Reazioni Chimiche

Il legno di un fiammifero brucia combinandosi con l’ossigeno dell’aria,

produce anidride carbonica e sprigiona energia (calore e luce) trasformandosi in

cenere.

Le Reazioni Chimiche

Il ferro di un chiodo, reagendo con l’ossigeno dell’aria, dà origine ad una serie

di composti di colore rossiccio che chiamiamo ruggine.

Le Reazioni Chimiche

Una reazione chimica è un processo in cui partendo da alcune sostanze (reagenti) si

ottengono sostanze diverse (prodotti).

Le Reazioni Chimiche

Una reazione chimica, in genere, libera energia sotto forma di calore come nel caso del fiammifero che brucia. Queste

reazioni si dicono esotermiche.

Le Reazioni Chimiche

Le reazioni chimiche che sottraggono calore si dicono

endotermiche.

I sacchetti che usano i dentisti per raffreddare le gengive ed

evitare che si gonfino contengono nitrato di potassio

che, reagendo con l’acqua, fa scendere la temperatura a -5°C.

Le Reazioni Chimiche

Legge di Lavoisier

In una reazione chimica nulla si crea e nulla si distrugge: la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti.

Le leggi fondamentali delle reazioni chimiche

Le Reazioni Chimiche

Nel 1799 il chimico francese J.L. Proust, notò che la pirite conteneva ferro e zolfo e che questi due elementi erano presenti secondo un rapporto fisso e costante: per ogni grammo di ferro erano sempre presenti 0,57 g di zolfo.

Le leggi fondamentali delle reazioni chimiche

Le Reazioni Chimiche

Legge di Proust

In un composto chimico gli elementi che lo costituiscono sono sempre presenti in rapporti in massa costanti e definiti.

Le leggi fondamentali delle reazioni chimiche