Didattica delle Scienze della MateriaCHIMICA

La Tavola Periodica

Dr. Riccardo Pettinarie-mail: riccardo.pettinari@unicam.it

Tel. 0737-402338

Tirocini Formativi Attivi

La Stele di Rosetta

ChampollionStele di rosetta

La stele di Rosetta riporta un'iscrizione con tre differenti grafie: geroglifico, demotico e greco.

Rappresenta la chiave di lettura dei geroglifici egiziani

Tavola Periodica degli Elementi

La tavola Periodica degli elementi è stata considerata come l’icona del XX secolo. Essa rappresenta la chiave di lettura della

natura

Mendeléev è lo Champollion della natura!

Mendeleev

La scoperta degli elementi

Litio, Sodio e PotassioCloro, Bromo e Iodio

Calcio, Stronzio e Bario

J. W. Döbereiner inizio del XIX secolo: molti elementi potevano essere riuniti in gruppi di tre elementi simili

• quando i tre elementi di una triade venivano disposti in ordine crescente di massa atomica, le proprietà dell’elemento centrale risultavano intermedie rispetto a quelle degli altri due

• la massa atomico dell’elemento centrale era molto vicino alla media aritmetica degli altri due (per esempio, nella triade cloro, bromo, iodio il peso atomico del bromo è 79,9, valore molto vicino a 81,2 che è la media aritmetica di 35,5 (cloro) e 126,9 (iodio).

Legge delle triadi

Legge delle ottave

J. Newlands (1866): quando gli elementi erano sistemati in ordine crescente di massa atomica, ogni elemento aveva proprietà simili a quelle degli elementi che stavano otto posti avanti e otto posti indietro.

Legge delle ottave: l’ottavo elemento era una specie di ripetizione del primo, analogamente a quanto si verifica per l’ottava nota nella scala musicale

Meyer e i Volumi Atomici

Lothar Meyer

Meyer osservò (1870) che, se si tracciava un grafico dei volumi atomici degli elementi in funzione delle masse atomiche, si otteneva una serie di onde che formavano vertici appuntiti in corrispondenza dei metalli alcalini, cioè sodio, potassio, rubidio e cesio.

La distanza tra due vertici consecutivi corrispondeva a un periodo della tavola degli elementi. In ogni periodo, oltre al volume atomico, subiva un'oscillazione anche un certo numero di altre proprietà fisiche.

Dimitri Mendeleev e la Legge Periodica

D. Mendeléev osservò (1869) una regolarità nella variazione della valenza degli elementi e del loro comportamento chimico, riportati in ordine di massa atomica crescente la valenza aumentava e diminuiva, dando luogo ai periodi.

Dimitri Mendeleev

Quando gli elementi sono disposti in ordine crescente di massa atomica, alcune serie di proprietà ricorrono con

periodicità.

Previsione di nuovi elementi

Era necessario lasciare nella tavola degli spazi vuoti, corrispondenti ad elementi che non erano stati ancora scoperti, che chiamò eka-boro (scandio), eka-alluminio (gallio) ed eka-silicio (germanio) (eka significa «uno» in sanscrito).

— = 44

— = 72— = 68— = 100

Previsione di nuovi elementi

Applicando la sua Legge Periodica, Mendeleev previde correttamente le proprietà degli elementi prima della loro scoperta, avvenuta alcuna anni dopo:

Un nuovo gruppo della tavola

Lord Ramsay

Un gruppo di elementi che Mendeleev non aveva previsto era quello dei gas nobili. Egli non lasciò spazi vuoti per essi. Ramsay, il loro scopritore, propose di disporli in un gruppo separato, dopo gli alogeni.

F

Cl

Br

I

At

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

He

Li

Na

K

Rb

Cs

Fr

Numero atomico e legge periodica

Attraverso lo studio degli spettri dei raggi X emessi dai differenti elementi egli correla le frequenze dei raggi X alle cariche nucleari, in corrispondenza delle posizioni degli elementi nella tavola periodica. Egli assegna i numeri atomici agli elementi e comprende che:

Proprietà simili ricorrono periodicamente quando gli elementi sono disposti in funzione del loro numero atomico

crescente.

H. G. J. Moseley

Tavola PeriodicaMetalli Alcalini

Alcalino-terrosi

Metalli di Transizione

Calcogeni

Gas Nobili

Lantanidi e Attinidi

Gruppi principali

Gruppi principali Alogeni

Caratteristiche generali dell’atomo

Numero Atomico Z

Per atomi elettricamente neutri il numero di protoni è uguale al numero di elettroni.

Rappresenta il numero di protoni nel nucleo

Numero Atomico e Tavola Periodica

Gli atomi con carica positiva: i cationi

Gli atomi con carica negativa: gli anioni

I chimici non potevano pesare direttamente un atomo quindi hanno definito in maniera arbitraria una

“unità di massa atomica”

• Ossigeno O è circa 1.33 volte più pesante del carbonio

• L’idrogeno H è circa 12 volte più leggero del carbonio

• Il mercurio Hg è circa 16,66 volte più pesante del carbonio

La Massa Atomica

Unità di massa atomica

Ad 1 atomo di carbonio contenente 6 protoni e 6

neutroni è stata assegnata arbitrariamente una

massa esatta di 12 u

1/12 della massa di un atomo di 12C corrisponde ad 1 u

Le masse delle particelle atomiche fondamentali sono espresse in u (Dalton Da, uma o amu)

1u (1 Da = 1amu = 1uma) = 1.661x10-27 Kg = 1.661x10-24 g

Masse atomiche relative

• Ossigeno O è circa 1.33 volte più pesante del carbonio

• Se C pesa 12 u e se O è 1.33 volte più pesante di C

Allora O pesa 12u x 1.33 16 u

• L’idrogeno H è circa 12 volte più leggero del carbonio

Se C pesa 12 u e se H pesa 1/12 di C

Allora H pesa 1/12u 1 u

• Il mercurio Hg è circa 16,66 volte più pesante del carbonio

Se C pesa 12 u e se Hg pesa 16.66 volte C

Allora Hg pesa 12u x 16.66 200 u

Struttura Nucleare

Rappresenta il numero di protoni e di neutroni nel nucleo (anche

detti nucleoni).

Numero di Massa A

Numero di Massa A

Isotopi = atomi di un elemento con lo stesso numero di protoni, ma con un differente numero di neutroni

Contrariamente a quanto Dalton pensava, non tutti gli atomi di un elemento hanno la stessa massa. Nel 1912 Thomson trovò che il Neon è formato da 3 isotopi:

20Ne (90.48%), 21Ne (0.27%), 22Ne (9.25%)

Isotopi

L’idrogeno è l’unico elemento per il quale esistono dei noni

specifici per i tre differenti isotopi.

Isotopi

Gli atomi più pesanti possiedono

generalmente un numero maggiore di

isotopi

Isotopi

Gli isotopi hanno le stesse proprietà chimiche ma differenti proprietà fisiche

1H 2D

Acquaghiaccio

Acqua pesante

ghiaccio pesante

Acqua ghiaccio pesante

Quale è la Massa Atomica di un elemento

Masse Atomiche naturali

La massa atomica (peso*) di un elemento è la media delle masse isotopiche, pesate in base alle abbondanze naturali degli isotopi

dell’elemento

La massa atomica di un elemento è il peso medio di un

atomo dell’elemento. La massa atomica dipende dalle

percentuali con cui i vari isotopi dell’elemento sono presenti

in natura e dalla loro massa.

Masse Atomiche naturali

La massa atomica (peso*) di un elemento è la media delle masse isotopiche, pesate in base alle abbondanze naturali degli isotopi

dell’elemento

* Il termine peso risale a Dalton e spesso la massa atomica viene chiamata erroneamente peso atomico

.....2) isotopo x(massa100

2 isotopo %1) isotopo x(massa

100

1 isotopo %Atomica Massa

31

Filmato originale con commento audio sul disastro del dirigibile Hindeburg nel 1937, Lakehurst , New

Jersey, USA

Interazioni deboli

Allotropi del Carbonio

DIAMANTE

GRAFITE

Allotropi del Carbonio

NANOTUBI DI CARBONIO

FULLERENE C60

Stagno Grigio Stagno Bianco

Allotropi dello Stagno

Stagno Grigio

Stagno Bianco

Allotropi dello Stagno

Stagno Grigio Stagno Bianco

Allotropi dello Stagno

Allotropi del Fosforo

Zolfo cristallino e plastico

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OSSIGENO

Ossigeno liquido a – 183 °C, contenuto in vaso Dewar trasparente.

Luce emessa dall’ossigeno quando viene eccitato tramite scarica elettrica in un tubo

Bombola da un litro contenente ossigeno compresso alla pressione di 110 bar

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