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Prime Scoperte
Lavoisier 1774 La Legge di Conservazione della Massa
Proust 1799 Legge della Composizione Costante
Dalton 1803-1808 Teoria Atomica
La Teoria Atomica di Dalton
Ogni elemento chimico è composto da microscopicheparticelle dette atomi.
Non è possibile creare o distruggere gli atomi in unareazione chimica.
Tutti gli atomi di un medesimo elemento hanno le stesseproprietà.
I composti si formano quando si combinano gli atomi didiversi elementi
Legge delle proporzioni definite
Un composto puro, qualunque sia l’origine o il modo dipreparazione, contiene sempre quantità definite ecostanti degli elementi proporzionali alla loro massa
Anidride Carbonica (COAnidride Carbonica (CO22):):Carbonio:Carbonio: 27,3 %27,3 %Ossigeno:Ossigeno: 72,7 %72,7 %
Ossido di Carbonio (CO):Ossido di Carbonio (CO):Carbonio:Carbonio: 42,9 %42,9 %Ossigeno:Ossigeno: 57,1 %57,1 %
Gli Elettroni e le Scoperte della Fisica Atomica
Se a due elettrodi posti alle estremità di un tubo in cui è fatto ilvuoto viene applicato un alto voltaggio, dall'elettrodo negativo(catodo) si dipartono dei raggi detti raggi catodici.
Thomson dimostrò che tali raggi sono costituiti da un flusso diparticelle cariche negativamente che chiamò elettroni.
Vari esperimenti condotti all'inizio del 1900 dimostrarono che gliatomi non sono indivisibili ma costituiti da particelle più piccole(elementari).
La scoperta degli elettroni
Tubo a raggi catodici
La deviazione di unraggio catodico daparte di un campoelettrico e di uncampo magnetico
Elettrone m/e = -5.6857 x 10-9 g coulomb-1
La Carica dell’Elettrone
Tra il 1906-1914 Robert Millikan dimostrò che la caduta digoccioline ionizzate di olio poteva essere fermata/rallentataapplicando un campo elettrico.
Il valore della carica su una gocciolina è un multiplo intero della carica dell’elettrone, e.
La Dispersione delle Particelle α La maggior parte della massa e tutta
la carica positiva è concentrata inuna regione molto piccola dettanucleo .
Il n. di elettroni esterni al nucleo èuguale al n. delle cariche positivenel nucleo.
Diametro dell’atomo 10-8 cm Diametro del nucleo 10-13 cm
La Struttura del Nucleo
Particella Massa Caricakg amu Coulombs (e)
Elettrone 9.109 x 10-31 0.000548 –1.602 x 10-19 –1Protone 1.673 x 10-27 1.00073 +1.602 x 10-19 +1Neutrone 1.675 x 10-27 1.00087 0 0
1 Å
Dimensioni degli Atomi
Unità di misura:
1 amu (atomic mass unit) = 1.66054 x 10-24 kg 1 pm (picometer) = 1 x 10-12 m 1 Å (Angstrom) = 1 x 10-10 m = 100 pm = 1 x 10-8 cm
L’atomo più pesante ha una massa di soli 4.8 x 10-22 ge un diametro di 5 x 10-10 m.
• Tutti gli atomi di un dato elemento hanno lostesso numero di protoni
• Il numero di protoni in un atomo prende nomedi numero atomico, Z
• Gli atomi neutri hanno ugual numero di protonied elettroni
• Gli atomi variano la carica elettronicaacquistando o cedendo elettroni (non i protoni)
• La somma dei protoni e neutroni in un atomopende nome di numero di massa, A
Numeri atomici e numeri di massa
Numeri atomici e numeri di massa
Simbolismo per rappresentare un determinato atomo:
XXZZAA nn
numero atomiconumero atomico
caricacarica
Simbolo dellSimbolo dell’’elementoelemento
numero di massanumero di massa
Z = 18, quindi sono presenti 18 protoni
A = 40, A = # di protoni + # di neutroniQuindi, # neutroni = A − # protoni 40 – 18 = 22 neutroni
Carica, n = 0, quindi # di e– = 18
ArAr40401818
Isotopi
• Atomi che hanno un uguale numero diprotoni ma un diverso numero di neutroni.Z rimane identico, A (il mumero di massa)cambia
• Il n. di elettroni non è rilevante
Abbondanza isotopicaUn campione naturale di zolfocontiene diversi isotopiaventi la seguente abbondanzaIsotopo % abbondanza 32S 95.02 33S 0.75 34S 4.21 36S 0.02
# di atomi di un dato isotopo% Abbondanza = ──────────────────────────── x 100 Somma # di atomi di tutti gli isotopi nell’elemento
32S, 33S, 34S, 36S16 16 16 16
Determinazione delle Masse Atomiche
••Spettrometro di massaSpettrometro di massa..––Strumento cheStrumento chegenera genera ioni cheioni cheattraversando attraversando ununmagnete vengonomagnete vengonodeflessi deflessi in base in base allaallaloro massaloro massa..
Alla massa dell’isotopocarbonio-12 si attribuisceuna massa di riferimentopari a 12 uma.
Le masse degli altrielementi si basano suquesto riferimento
Tavola Periodica(*)
• Una lista di elementi ordinata in accordo alle loro proprietà chimiche efisiche
• I Gruppi o Famiglie contengono elementi con proprietà simili posizionati incolonne verticali
• I Periodi sono righe orizzontali di elementi. Ciascun periodo vieneidentificato da un numero, da 1 a 7.
(*) organizzata da Mendeleev (1869) basandosi sulle masse atomiche, poi modificatada Moseley (1913) basandosi sul numero atomico degli elementi.
•Masse atomiche degli elementi.•Stati di ossidazione.•Configurazioni elettroniche degli elementi.•Proprietà fisiche e chimiche degli elementi.
Che cosa troviamo nella Tavola Periodica
• In base al numero o all’elemento chimico che licaratterizza
• Alcuni hanno dei nomi: Gli Elementi Rappresentativi• Metalli alcalini - gruppo 1A• Matalli alcalino terrosi - gruppo 2A• Gas nobili - gruppo 8A• Alogeni- gruppo 7A• Calcogeni - gruppo 6A• Gruppo dell’azoto - gruppo 5A
Gruppi
Elementi Rappresentativi
1
Cr98
H
Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
3
11
19
37
55
87
1.008
6.941
22.99
39.10
85.47
132.9
4
12
20
38
56
88
9.012
24.31
40.08
87.62
137.3
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
Ra
21
39
57
89
44.96
88.91
138.9
Sc
Y
La
Ac
22
40
72
104
47.88
91.22
178.5
Ti
Zr
Hf
Unq
23
41
73
105
50.94
92.91
180.9
V
Nb
Ta
Unp
24
42
74
106
52.00
95.94
183.8
Mo
W
Unh
25
43
75
54.94
186.2
Mn
Tc
Re
Fe
Ru
Os
26
44
76
55.85
101.1
190.2
27 28 29 30
58.93 58.69 63.55 65.39Co Ni Cu Zn
Rh Pd Ag Cd
Ir Pt Au Hg
45 46 47 48
77 78 79 80
102.9 106.4 107.9 112.4
192.2 195.1 200.6197.0
2
5 6 7 8 9 10
13 14 15 16 17 18
31 32 33 34 35 36
49 50 51 52 53 54
81 82 83 84 85 86
4.003
10.81 12.01 14.01 16.00 19.00 20.18
26.98 28.09 30.97 32.07 35.45 39.95
69.72 72.59 74.92 78.96 79.90 83.80
114.8 118.7 121.8 127.6 126.9 131.3
204.4 207.2 209.0
He
B C N O F Ne
Al Si P S Cl Ar
Ga Ge As Se Br Kr
In Sn Sb Te I Xe
Tl Pb Bi Po At Rn
Cr
1
1A
2A
3B 4B 5B 6B 7B 8B 1B 2B
3A 4A 5A 6A 7A
8A
58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103
140.1 140.9 144.2 150.4 152.0 157.3 158.9 162.5 164.9 167.3 168.9 173.0 175.0
232.0 238.0
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Fm Md No LwTh Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es
(223) (226) (227) (257) (260) (263)
(210) (210) (222)
(257)(254)(256)(253)(254)(249)(247)(243)(242)(237) (247)(231)
(147)
(98)
107 108 109
Uns Uno Une(262) (265) (266)
1
2
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17
18
8B8B
Elementi di Transizione
1
Cr98
H
Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
3
11
19
37
55
87
1.008
6.941
22.99
39.10
85.47
132.9
4
12
20
38
56
88
9.012
24.31
40.08
87.62
137.3
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
Ra
21
39
57
89
44.96
88.91
138.9
Sc
Y
La
Ac
22
40
72
104
47.88
91.22
178.5
Ti
Zr
Hf
Unq
23
41
73
105
50.94
92.91
180.9
V
Nb
Ta
Unp
24
42
74
106
52.00
95.94
183.8
Mo
W
Unh
25
43
75
54.94
186.2
Mn
Tc
Re
Fe
Ru
Os
26
44
76
55.85
101.1
190.2
27 28 29 30
58.93 58.69 63.55 65.39Co Ni Cu Zn
Rh Pd Ag Cd
Ir Pt Au Hg
45 46 47 48
77 78 79 80
102.9 106.4 107.9 112.4
192.2 195.1 200.6197.0
2
5 6 7 8 9 10
13 14 15 16 17 18
31 32 33 34 35 36
49 50 51 52 53 54
81 82 83 84 85 86
4.003
10.81 12.01 14.01 16.00 19.00 20.18
26.98 28.09 30.97 32.07 35.45 39.95
69.72 72.59 74.92 78.96 79.90 83.80
114.8 118.7 121.8 127.6 126.9 131.3
204.4 207.2 209.0
He
B C N O F Ne
Al Si P S Cl Ar
Ga Ge As Se Br Kr
In Sn Sb Te I Xe
Tl Pb Bi Po At Rn
Cr
1
1A
2A
3B 4B 5B 6B 7B 8B 1B 2B
3A 4A 5A 6A 7A
8A
58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103
140.1 140.9 144.2 150.4 152.0 157.3 158.9 162.5 164.9 167.3 168.9 173.0 175.0
232.0 238.0
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Fm Md No LwTh Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es
(223) (226) (227) (257) (260) (263)
(210) (210) (222)
(257)(254)(256)(253)(254)(249)(247)(243)(242)(237) (247)(231)
(147)
(98)
107 108 109
Uns Uno Une(262) (265) (266)
1
2
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17
18
8B8B
Metalli, Non-metalli e Semimetalli
Gli elementi sono classificati in due categorie principali metalli enon-metalli divisi sulla tavola da una linea a zigzag
I metalli sono solidi (eccetto il mercurio) con una caratteristicalucentezza, malleabilita e duttilità; sono inoltre buoni conduttoridi calore ed elettricità
I non-metalli sono gas o solidi (eccetto il bromo) che nonpresentano caratteristiche metalliche
Gli elementi attorno alla linea a zigzag hanno caratteristicheintermedie fra metalli e non-metalli e sono noto comesemimetalli o metalloidi. (B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po, At)
Le caratteristiche metalliche aumentano da destra verso sinistrae dall’alto verso il basso.
Gas Nobili
• Sono gli elementi meno reattivi• Sono gas, poco abbondanti sulla Terra, però
l’elio è l’elemento più abbondantenell’universo dopo l’idrogeno
• Il Neon viene utilizzato nelle insegneluminose
• Alcuni laser utilizzano He, Ar, Kr
La Mole
• Fisicamente è impossibile contare gli atomi.
• E’ necessario mettere in relazione il n. di atomicon una massa misurabile.
Mole: è unità di misura.
Numero di Avogadro• La quantità di atomi, ioni, molecole, elettroni in un
composto sono misurati in moli.
• 1 mole di atomi, … = 6.0221367 × 1023 unità(6.0221367 × 1023 = N Numero di Avogadro).
• in1 mole di atomi di 12C vi sono 6.02 x 1023 atomi• in 1 mole di molecole di H2O vi sono 6.02 x 1023 molecole• in1 mole di ioni NO3
- vi sono 6.02 x 1023 ioni
Massa Molare
• La massa molare, M, è la massa in grammi di unamole di sostanza, ed è numericamente uguale alpeso atomico/molecolare della sostanza
Per definizione, 1 mole of 12C = 12 g. (12g/mol)
Massa molare di Massa molare di Na Na = 22.990 = 22.990 g/molg/molMassa molare di Cl Massa molare di Cl = 35.453 g/mol= 35.453 g/molMassa molare di Massa molare di O O = 15.999 g/mol= 15.999 g/mol
Calcoli di moli
1) grammi ⇒ moli
A quante moli corrispondono 10,0 g di C2H5OH ?
PM(C2H5OH) =12,0 x 2 +16,0 + 6 x 1,01= 46,1 u.m.a.
Massa molare Massa molare = 46,1 g/mol= 46,1 g/mol
mol 0,217g/mol 46,1
g 10,0n ==
(g/mol) molare massa
g) massa( (n) moli di numero =
2) Moli ⇒ grammi
Quanto pesano 0,0654 moli di ZnI2 ?
PM(ZnI2)= 65,39 + 126,90 x 2= 319,2 u.m.a.
Massa molare di ZnI2= 319,2 g/mol
Peso = 0,0654 mol x 319,2 g/mol= 20,9 g
Esercizio
• Quanti atomi di C ci sono in 0.350 moli diC6H12O6 (glucosio)?
Atomi di C = [0.350 moli C6H12O6 x (6.02 x 1023
molecole/1 mol C6H12O6) x (6 C atomi/1 molecola)] =1.26 x 1024 C atomi
Esercizio
Convertire le moli in massa• Calcolare il numero di moli di glucosio
contenute in 5.380 g. (glucosio C6H12O6; PM 180g/mol)
• Moli di C6H12O6 = [5.380 g C6H12O6 x (1 moleC6H12O6/ 180 g C6H12O6)] = 0.02989 mol C6H12O6
In pratica: moli di A = grammi di A / PA o PM di A
Esercizio
Convertire la massa in n. particelle
• Calcolare il numero di atomi presenti in 3 gof Cu? (PA 63,5 g/mol)
• Atomi di Cu = [3 g Cu x (1 mole Cu/63,5gCu) x (6.02 x 1023 atomi Cu/1 mole Cu)] =2,84 x 1022 atomi di Cu
Combinazione di diversi fattori di conversione in unproblema. Massa Molare, Costante di Avogadro,Abbondanze Percentuali
Il potassio-40 è uno dei pochi isotopi radioattivinaturali degli elementi a basso numero atomico. Lasua abbondanza percentuale è 0.012%.
Quanti atomi di 40K sono presenti in 371 mg di K?
(PA = 39,1)
Esempio 2-8
Soluzione
mK (g) x 1/MK (mol/g) nK(mol)
1. Convertire la massa del K (mg K) in moli di K (mol K)
2. Convertire le moli di K in atomi di 40K
nK(mol) x NA atomi K x 0.012% atomi 40K
nK = (0.371 g) x (1 mol) / (39.10 g) = 9.49 x 10-3 mol K
atomi 40K = (9.49 x 10-3 mol) x (6.022 x 1023 atomi /mol)
x (1.2 x 10-4 40K/K) = 6.9 x 1017 40K atomi