Le particelle Le particelle dell’atomodell’atomo
Modulo 3 U.D. 1Modulo 3 U.D. 1Chimica Chimica
Prof. Augusto FestinoProf. Augusto FestinoLiceo Scientifico “G. Salvemini”Liceo Scientifico “G. Salvemini”
A.S. 2005/06A.S. 2005/06
La natura elettrica della materiaLa natura elettrica della materia Le particelle fondamentaliLe particelle fondamentali I modelli atomici di Thomson e I modelli atomici di Thomson e
RutherfordRutherford Numero atomico, numero di massa e Numero atomico, numero di massa e
isotopiisotopi Il nucleo dell’atomo e le sue Il nucleo dell’atomo e le sue
trasformazioni (facoltativo)trasformazioni (facoltativo)
J.J. THOMPSONJ.J. THOMPSON
Nel 1897 identifica nei Nel 1897 identifica nei raggi catodici raggi catodici le particelle le particelle più piccole che formano la materia: gli più piccole che formano la materia: gli elettronielettroni
Gli elettroni hanno una massa di Gli elettroni hanno una massa di 9,19,1·10·10-28-28 grammi grammi,, pari a circa pari a circa 1/20001/2000 dell’atomo più leggero, dell’atomo più leggero, idrogeno idrogeno HH
portano una portano una carica di segno (carica di segno (– )– ) pari a pari a 1,6·101,6·10-19-19 coulombcoulomb
hanno sempre le stesse caratteristiche, qualunque hanno sempre le stesse caratteristiche, qualunque sia il materiale da cui provengonosia il materiale da cui provengono
e-
H+
Esperimento di Thomson
Scoperta dell’elettrone
Animazione esperimento di Thomson
MODELLO A “PUDDING”MODELLO A “PUDDING”Thomson nel 1906 presentò il Thomson nel 1906 presentò il modello modello
dell’atomodell’atomo come come un insieme di particelle con un insieme di particelle con carica carica
positivapositiva, massicce e voluminose, tra , massicce e voluminose, tra le quali si muovevanole quali si muovevano
gli gli elettronielettroni, con massa molto , con massa molto inferiore e con inferiore e con carica negativacarica negativa ma ma uguale a quella delle particelle uguale a quella delle particelle positive per cui positive per cui
l’atomo elettricamente neutro è l’atomo elettricamente neutro è formato da parti positive e negative formato da parti positive e negative in numero ugualein numero uguale
Ernest RUTHERFORDErnest RUTHERFORD
Nel 1899 inizia a studiare la natura Nel 1899 inizia a studiare la natura delle radiazione delle radiazione αα e e ββ emesse da emesse da elementi radioattivielementi radioattivi
Particelle Particelle ββ sono gli elettroni - sono gli elettroni - ee-- -- Particelle Particelle αα sono nuclei di elio con sono nuclei di elio con
due cariche positive - Hedue cariche positive - He++++ - -
eββ
+
+αα
Esperimento di Esperimento di RutherfordRutherford
se esistono atomi che se esistono atomi che “si spezzano” “si spezzano” spontaneamente, come spontaneamente, come dimostrato dagli dimostrato dagli esperimenti dei esperimenti dei CurieCurie e e di di Becquerel Becquerel sulla sulla radioattività (Nobel radioattività (Nobel 1903)1903) è possibile “rompere” è possibile “rompere” artificialmente l’atomo artificialmente l’atomo in laboratorioin laboratorio e dall’analisi dei e dall’analisi dei “pezzi” ricavarne la “pezzi” ricavarne la strutturastruttura
una una foglia d’orofoglia d’oro è è costituita da pochi costituita da pochi strati di atomi strati di atomi voluminosi e massicci voluminosi e massicci (modello di Thomson)(modello di Thomson)
una sorgente una sorgente radioattiva di particelle radioattiva di particelle αα -come il -come il poloniopolonio-- funge da funge da “mitragliatrice”“mitragliatrice”
si studiano i si studiano i “frammenti” degli atomi “frammenti” degli atomi di oro colpiti e spezzatidi oro colpiti e spezzati
ipotesiipotesi Progetto di esperimentoProgetto di esperimento
Esperimento di Esperimento di RutherfordRutherford
procedimentoprocedimentomaterialemateriale
polonio che emette polonio che emette particelle particelle αα
foglia d’orofoglia d’oro
contattore Geiger contattore Geiger montato su montato su meccanismo che meccanismo che ruota attorno alla ruota attorno alla laminalamina
Animazione 1
Animazione 2
Esperimento di Esperimento di RutherfordRutherford conclusioniconclusioni
quasi tutta la massa dell’atomo occupa una quasi tutta la massa dell’atomo occupa una ridottissima porzione del suo volume totale, ridottissima porzione del suo volume totale, al centro al centro nucleonucleo
esso è costituito da particelle positive-esso è costituito da particelle positive-protoniprotoni- e probabilmente da altre - e probabilmente da altre neutreneutre . .
Il Il nucleonucleo è, perciò, elettricamente è, perciò, elettricamente positivopositivo
gli gli elettronielettroni, dotati di , dotati di carica elettrica carica elettrica negativanegativa,, ruotano su orbite a grande ruotano su orbite a grande distanza dal nucleo, come pianeti attorno al distanza dal nucleo, come pianeti attorno al solesole
quando protoni ed elettroni sono nello quando protoni ed elettroni sono nello stesso numero, l’atomo è elettricamente stesso numero, l’atomo è elettricamente neutroneutro
modello atomico di modello atomico di Rutherford (1911)Rutherford (1911)
- - nel nel nucleonucleo è concentrata tutta è concentrata tutta lalacarica positivacarica positiva dell’atomo e la dell’atomo e la gran parte della massagran parte della massa di esso di esso
raggio dell’atomoraggio dell’atomo 10 10-8 -8 cmcm raggio del nucleo raggio del nucleo 10 10-12 -12 cmcm - la - la carica del nucleocarica del nucleo
corrisponde al corrisponde al numero dei numero dei protoniprotoni che contiene e viene che contiene e viene chiamatachiamata
il nucleo è 10.000 volte più piccolo dell’intero atomo di cui fa parte
10-12
= 10-4
10-8
NUMERO ATOMICONUMERO ATOMICO
gli elettroni vengono trattenuti
dal nucleo mediante
forze di natura elettrostatica
(coulombiane)
particelle particelle subatomichesubatomiche
NOMENOME dove dove si si
trovatrova
cariccaricaa
quantitàquantità
(coulom(coulomb)b)
massamassa(grammi(grammi
unità unità chimica)chimica)
scopritorescopritore datadata
+
-
protonprotonee
nucleonucleo ++1,91,91010-19-19
1,67231,6723 1010-24 -24
gg
11
E.RutherforE.Rutherfordd
19111911
neutroneutronene nucleonucleo 00
1,67451,6745 1010-24 -24
gg
11
J. ChadwichJ. Chadwich 19321932
elettroelettronene
spazio spazio esterno esterno al al nucleonucleo
--1,91,91010-19-19
9,10969,10961010-28 -28 gg
1/18361/1836J.J. J.J. ThomsonThomson
18971897
Esercizio
Esercizio 1Esercizio 1Esercizio 2Esercizio 2
Atomi, Molecole e IoniAtomi, Molecole e Ioni
ParticleParticle LocationLocation WeightWeight ChargeCharge
ProtonProton NucleusNucleus 1.0073 amu1.0073 amu PositivePositive (+1)(+1)
NeutronNeutron NucleusNucleus 1.0087 amu1.0087 amu NeutralNeutral
ElectronElectronss
Electron Electron CloudCloud 0.000549 amu0.000549 amu
NegativNegativee
(-1)(-1)
Nota: visto che gli atomi hanno un numero uguale di elettroni e protoni, non hanno una carica elettrica netta
1 amu = 1.66054 x 10-24 g
Atomi, Molecole e IoniAtomi, Molecole e Ioni
• Tutti gli atomi di un elemento hanno lo stesso numero di protoni nel nucleo
• Siccome la carica netta di un atomo è 0, l’atomo deve contenere un numero uguale di elettroni
• E i neutroni? Il loro numero può variare. Gli atomi che differiscono solo nel numero di neutroni si chiamano isotopi. Visto che il neutrone ha una massa di 1.0087 amu (il protone è 1.0073), diversi isotopi hanno diverse masse.
Esercizio sugli isotopi 1
Esercizio sugli isotopi 2
Esercizio sulla struttura atomica
Atomi, Molecole e IoniAtomi, Molecole e Ioni
Tutti gli atomi di carbonio (C) hanno 6 protoni e 6 elettroni. Il numero di protoni dell’atomo di carbonio si denota in basso a sinistra del simbolo atomico:
Questo numero è chiamato numero atomico (Z) e siccome è sempre 6 per il carbonio è ridondante e usualmente si omette. Un altro numero, il numero di massa (A) esprime la somma di protoni e neutroni presenti nel nucleo:
N. Neutroni = 12 -6 = 6 N. Neutroni = 14 -6 = 8
Carta di identità di un elemento
6C
12simbolo dell’elemento
Numero di massa (A)
numero protoni (Z)+
numero neutroni
Numero atomico (Z)
Numero protoni
Numero atomico e numero di massa
numero protoni = numero elettroni
atomo elettricamente neutro
NUMERO ATOMICO (Z )numero protoni
Identifica l’elemento : è uguale in tutti gli atomi di un elemento
numero neutroni
può essere diverso in atomi dello stesso elemento
si ricava : A Z
• il numero di neutroni del nucleo di atomi dello stesso elemento può variare ma non variano le proprietà chimiche dell’elemento
• atomi dello stesso elemento (stesso numero atomico) possono avere diverso numero di massa
• occupano lo stesso posto (ίσος τόπος) nella tavola che classifica gli elementi in base al numero atomico (v. tavola periodica)
• per questo sono chiamati
isotopi
isotopi
Figure 3.10: Two Figure 3.10: Two isotopes of sodium.isotopes of sodium.
Isotopi H e C
i 3 isotopi dell’idrogeno
stesso numero atomico (Z=1)
diverso numero di massa: 1, 2, 3
i 3 isotopi del carbonio
stesso numero atomico (Z=6)
diverso numero di massa: 12, 13, 14
massa atomica relativa e peso atomico• unità di massa atomica ( u.m.a. o dalton) = 1/12 dell’isotopo 12 del carbonio (12C)• massa atomica relativa = rapporto tra la massa di un atomo e l’ u.m.a.
media, in base alle frequenze, delle masse atomiche
degli isotopi dell’elemento
peso atomicopeso atomico
peso atomico dell’idrogeno
1,0079
peso atomico del carbonio
12,011
1H:99,985% 2H: 0,015%
12 C: 98,89% 13C: 1,11% 14C: instabile
3H: instabile
FineFine
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