LE DOMANDE DEL GIOVANE WPARTE SECONDA

L’atomo?

Gli atomi non si

potranno mai vedere

AFFERMAZIONE N°4

Ma se inventiamo

microscopi più potenti …

Non dipende dalla potenza dei

microscopi. E’ un problema di ordine di

grandezza!

Ordine di grandezza

Atomo10-10m

Luce visibile380nm 750nm

Ordine di grandezza10-6 -10-7m

E’come se volessimo misurare lo spessore di

un foglio di carta velina avendo a

disposizione solo un metro da sarta!

E se invece della vista provassimo

ad usare altri sensi?

Bella idea!!!!!

Hai ragione!Per esempio si può sfruttare qualcosa di simile al

tatto:L’ STM (microscopio a effetto tunnel), è una tecnica molto diffusa con la quale gli atomi

vengono “sentiti” da una sorta di tatto strumentale, come se toccassi le cose con le mani artificiali invece di vederle

Ernest Rutheford nel 1911 fece un

famoso esperimento usando, invece

della luce, particelle alfa che sono in pratica dei

nuclei di elio, quindi carichi positivamente

In questo esperimento si direziona un fascio di particelle

alfa attraverso una lamina d’oro talmente sottile da poter essere attraversata da queste

particelle cariche.    Intorno alla lamina c’è un

detector specifico, quello che potrebbe essere inteso come un occhio sensibile a questi raggi

Rutheford osservò che:

• la stragrande maggioranza delle particelle non si

spostava dalla sua traiettoria e arrivava dritta

all’osservatore come fosse passata attraverso lo spazio

vuoto.

• Una porzione molto piccola di esse subiva una forte deflessione, come se si scontrasse con qualche

ostacolo in grado di deviarne la direzione rispetto a quella

iniziale, prima dell’attraversamento della

lamina d’oro.  

Questi ostacoli, davvero minimali

rispetto alla superficie della lamina, erano i

nuclei dell’oro, che di fatto costituivano gran parte della materia di cui erano fatti gli

stessi atomi

Ma questo mi ricorda … il

vuoto e porta alla quinta

affermazione!

to kenon

Gli atomi

sono

principalment

e spazio vuoto

AFFERMAZIONE N°5

Nucleo di elio10-15m

10-10m

Se consideriamo l’atomo grande come un campo da calcio, il

nucleo è una capocchia di spillo posta al

centro.

nucleo

1km

elettrone

Ma perché

non passo attraverso

imuri?

Non c’è materia ma ci sono forze che impediscono che questo spazio venga occupato

Non vi è solo la presenza di materia ad impedire il transito di ulteriore materia attraverso una porzione di spazio: si pensi ad esempio al campo repulsivo che un polo di una calamita crea intorno a sé nei confronti di una seconda calamita con la stessa carica

Ma insomma,come è fatto

questo atomo!!!

AFFERMAZIONE N°6

Gli atomi

presentano una

struttura

modulare

e prevedibile

Protoni, neutroni elettroni

Con queste tre particelle, in rapporti diversi e diversamente organizzate nello spazio e dal

punto di vista energetico, sono costruiti tutti gli atomi

esistenti, e di conseguenza tutte le molecole, a loro volta fatte da atomi, fino alle loro

organizzazioni più complesse di tipo biologico o geologico.

La struttura del nucleoprotoni (carichi

positivamente) e neutroni (senza carica) tenuti insieme dall’ “interazione nucleare

forte”, una delle 4 forze

fondamentali della natura (insieme all’interazione

nucleare debole, all’elettromagnetismo ed alla

gravità)

E gli elettroni?

Ben più complesso è il quadro della situazione

relativamente agli elettroni, particelle cariche

negativamente e di dimensioni nettamente più

piccole di quelle dei protoni e dei neutroni

Niels Bohr e

Erwin Schrodinger

Siamo nella prima metà del ‘900. dopo questi scienziati il modello atomico planetario non avrà più significato

Orasi parla in termini

di: orbitali e di probabilità

Infatti, nei modelli atomici più attuali non possiamo individuare o prevedere la posizione esatta di un elettrone e al tempo stesso conoscerne con precisione il livello energetico: la sua localizzazione intorno all’atomo è di tipo probabilistico,

Heisemberg:Principio di indeterminazione

Orbitali• “gusci” elettronici che, racchiusi l’uno nell’altro,

circondano il nucleo a diverse distanze.

• All’interno di un guscio l’elettrone si muove senza seguire un percorso preciso, ma rimanendo “all’incirca” nei pressi della superficie

descritta dal guscio medesimo.

Potremmo perciò

descrivere l’atomo

utilizzando questi termini

…

Gli orbitali quindi

rappresentano una superficie che unisce tutti i punti dello

spazio tridimensionale intorno al nucleo dove gli elettroni

in questione hanno il 95% di probabilità di essere

presenti in quel momento

Questo spiega la loro forma fantasiosa :

L’orbitale disegnato rappresenterà la porzione di spazio intorno al nucleo dove

la probabilità di trovare l’elettrone in questione è uguale o superiore al 95%

Ogni orbitale corrisponde ad un livello di energia

che caratterizza gli elettroni in esso contenuti: quelli più

interni, più fortemente richiamati dalle cariche

positive del nucleo, corrispondono ad energie

minori (sono infatti questi ad essere occupati quando gli elettroni nell’atomo sono

pochi) e contengono al tempo stesso meno elettroni

man mano che ci si sposta su orbitali elettronici più esterni, aumenta l’energia associata agli elettroni in essi contenuti (che quindi potranno essere

“scalzati” più facilmente dall’atomo ad opera di

interventi esterni). C’è inoltre la possibilità da parte degli

stessi gusci esterni di contenere un numero maggiore di elettroni

in un atomo, ogni singolo elettrone si trova di fatto in una situazione

“personale” diversa, differenziandosi dagli altri per

• livello energetico, •per sottolivello sempre energetico (divisione più fine), •Per l’orientamento spaziale del suo guscio nel caso di una sua forma appena meno simmetrica di una sfera,•ed infine per il senso della sua rotazione su sé stesso.  Ogni elettrone ruota infatti anche su sé stesso, e può farlo in senso orario o antiorario

Dalla “configurazione elettronica” di un atomo,

ovvero dalla esatta disposizione degli elettroni

negli orbitali atomici, dipendono le più importanti caratteristiche dell’elemento

che ne deriva: valenze possibili, reattività chimica e

geometria delle molecole delle quali può entrare a far

parte.

Ma quanti tipi di atomi

esistono?

AFFERMAZIONE N°7

Gli atomi esistono in un centinaio di

tipologie diverse.

Precisamente 82 diversi tipi di atomi (elementi) presenti in natura sul

nostro pianeta e stabili nel tempo.  

 A questi bisogna aggiungere una trentina di elementi, per lo più

preparati artificialmente, di solito più pesanti e più instabili dei primi, alcuni

dei quali possono esistere solo per brevi

istanti prima di convertirsi negli atomi di

altri elementi tramite reazioni nucleari

spontanee, con relativa emissione di radiazioni

Come si differenzia

no gli atomi?

Gli atomi si possono differenziare per

numero di :Protoni

Neutronielettroni

Se la differenza è dovuta al numero di protoni gli

atomi considerati

rappresentano elementi chimici diversi.

   

Il numero di protoni contenuti

nel nucleo rappresenta il

numero atomico

ed è il fattore di base che pone la differenza fra un elemento ed un

altro,

Quando due atomi hanno lo stesso numero di protoni

ma diverso numero di neutroni si tratta comunque dello stesso elemento, ma in

aggiunta si dice che i due atomi sono isotopi fra loro.  

Isotopi diversi dello stesso elemento chimico avranno

proprietà chimiche pressoché identiche (ad esempio formeranno gli

stessi composti che godranno dello stesso tipo

di reattività chimica),

Potranno variare anche in modo significativo le

proprietà fisiche tanto degli elementi allo stato nativo che dei loro composti (ad esempio il loro peso specifico, il loro

punto di ebollizione e di fusione, ecc), e questo in

funzione del fatto che l’atomo di un isotopo con più elevato numero di neutroni peserà

individualmente di più di uno con un numero di neutroni

inferiore.

Il numero risultante dalla

somma del numero dei protoni e dei

neutroni contenuti nel nucleo di un atomo prende il

nome di numero di massa

Numero atomico 1

Numero atomico 2

Numero atomico 3

Esempi di isotopi

Esempio di topo

Atomi con uguale numero di protoni e di neutroni ma

diverso numero di elettroni (la differenza si gioca sempre negli orbitali energetici più esterni!)

rappresentano stati di ossidazione differenti dello

stesso elemento e si dicono ioni

La variazione del numero di elettroni nei livelli energetici

periferici di un atomo, a differenza di quelle relative al numero di protoni o neutroni, è

oggetto di pertinenza della chimica

Gli atomi (la maggior parte)

hanno una forte tendenza

a restare aggregati fra

loro

AFFERMAZIONE N°8

Perché è così difficile

trovare in natura atomi isolati. ma si trovano quasi

tutti sotto forma di

molecola?

Perché aggregati

raggiungono una maggiore

stabilità

Esistono diversi modalità di formazione di un legame chimico:

Possono entrare in gioco • forze come quelle di Van der Waal

Nuvole elettroniche come nei legami metallici

• “Cessioni o acquisti” di elettroni• condivisioni di elettroni

L’argomento sarà trattato in modo più approfondito

nei prossimi giorni.

Gli atomi non si possono maneggiare singolarmente.

AFFERMAZIONE N°9

Questo l’avevo capito

anch’io

il chimico non opererà mai sul singolo atomo, come neppure sulla singola

molecola, bensì su una massa composta da un grandissimo numero di atomi o molecole dello stesso tipo, che come un gregge risponde alle stesse caratteristiche e si comporta nello

stesso modo di fronte ad una sollecitazione esterna.

Quando compie una reazione in provetta, il chimico opera su parecchi

miliardi di atomi o di molecole, contemporaneamente e nello stesso

modo.

NaOH + HCl NaCl+H2O

Il chimico ragiona su atomi e molecole ma lavora sulle masse

AFFERMAZIONE N°10

Gli atomi non stanno mai fermi.

Gli atomi non stanno mai fermi né al loro

interno che reciprocamente l’uno rispetto

all’altro Ecco perché mi

gira la testa!!!

Le molecole d’acqua si muovono

così!

Le vibrazioni atomiche si intensificano con l’aumentare della temperatura, mentre in

prossimità dello zero assoluto esse diventano minimali (ma a quanto pare non scompaiono del tutto),

dando l’idea di una sorta di “congelamento” nella posizione

reciproca degli atomi.

L’atomo in sé stesso è

probabilmente più oggetto di

interesse del fisico che non del

chimico.

AFFERMAZIONE N°11

La chimica, infatti, si occupa del livello di organizzazione della materia che, partendo appunto dall’atomo, descrive, prevede e caratterizza i suoi stati aggregativi via via più complessi, costituiti da due, alcuni, diversi o moltissimi atomi, le molecole appunto, o anche gli ioni, i radicali … in pratica tutto ciò che viene oggi descritto come

specie chimica

. In verità le scoperte in campo chimico effettuate nella storia dell’uomo fino all’inizio del XX secolo ed in particolare subito prima, nel XIX secolo (metodi di sintesi inorganica ed organica, metodi di analisi, fino alla scoperta di nuovi elementi), sono state fatte tranquillamente senza conoscere davvero nulla della struttura dell’atomo.

Questo significa che nel nostro corso di chimica non tenteremo di

risolvere l’equazione di Schrödinger e che le nostre

conoscenze sull’ atomo saranno quelle necessarie per cercare di rispondere alle domande relative

ai fenomeni chimici che incontreremo nel nostro percorso