Leggi ed esperimenti fondamentali - Chimica

Chimica: postulati di Dalton

Ciascun elemento è costituito da particelle elementari molto piccole dette atomi. Tutti gli atomi di un dato elemento sono identici. Gli atomi di elementi differenti hanno proprietà differenti. Le reazioni chimiche non riescono a mutare gli atomi di un elemento in quelli di un altro, nel corso delle reazioni chimiche gli atomi non si creano né si distruggono. I composti traggono origine dalla combinazione di atomi di almeno due elementi. In un dato composto il numero relativo e le specie degli atomi sono costanti.

Leggi ponderali fondamentali della chimica

La massa non si distrugge né si crea, ma si trasforma; e in una reazione chimica un reagente reagisce con un altro reagente secondo quantità ben precise e definite.

Esempio

Carbonio [1 gr] + Silicio [1 gr] → (Carburo di silicio [1.425 gr])

• Carbonio [0.575 gr] Silicio [0 gr]
• Carbonio [0.425 gr] + Silicio [1.5 gr] →
• Carbonio [0 gr] (Carburo di Silicio [1.425 gr]) Silicio [0.500 gr]

Possiamo notare che per ogni grammo di Silicio reagisce sempre 0.425 gr di Carbonio.

Postulati di Dalton

Ciascun elemento è costituito da particelle elementari molto piccole dette atomi. Tutti gli atomi di un dato elemento sono identici. Gli atomi di elementi differenti hanno proprietà differenti. Le reazioni chimiche non riescono a mutare gli atomi di un elemento in quelli di un altro, nel corso delle reazioni chimiche gli atomi non si creano né si distruggono. I composti traggono origine dalla combinazione di atomi di almeno due elementi. In un dato composto il numero relativo e le specie degli atomi sono costanti.

Leggi ponderali fondamentali della chimica

La massa non si distrugge né si crea, ma si trasforma; e in una reazione chimica un reagente reagisce con un altro reagente secondo quantità ben precise e definite.

Esempio

Carbonio [1gr] + Silicio [1gr] -> Carburo di silicio [1,425gr]

• Carbonio [0,575gr]
• Silicio [0gr]
• Carbonio [0,425gr] + Silicio [1,5gr] ->
• Carbonio [0gr] Carburo di Silicio [1,425gr]
• Silicio [0,500gr]

Possiamo notare che per ogni grammo di Silicio reagisce sempre 0,425 gr di Carbonio.

Esempio

Se abbiamo Ferro (Fe) + Zolfo (S) ⟶ (FeS) Solfuro di ferro. Ferro [1 gr] + Zolfo [1 gr] ⟶ Solfuro di ferro [1.57 gr] Zolfo [0.43 gr] oppure Ferro [1.57 gr] + Zolfo [0.57 gr] ⟶ Solfuro di ferro [1.57 gr] Zolfo [0.9 gr]. Ovvero, per ogni grammo di ferro reagiscono 0.57 grammi di Zolfo.

Legge delle proporzioni definite [Legge di Proust]

Due elementi si combinano tra loro secondo un rapporto in massa definito e costante.

Legge delle proporzioni multiple

Quando due elementi si combinano in rapporti diversi per formare più composti differenti, la massa di un elemento si combina con masse dell'altro elemento che si trovano tra loro in un rapporto semplice e intero.

Particelle subatomiche

Numerosi esperimenti condotti fino alla fine del XIX secolo hanno evidenziato che gli atomi sono costituiti da particelle più piccole chiamate subatomiche: protoni, neutroni, elettroni.

Esperimenti con il tubo catodico

Gli esperimenti si incentrarono particolarmente sull'utilizzo di un tubo catodico. All'interno del quale era possibile imitare una certa quantità di gas in presenza di un campo elettrico (polo negativo catodo; polo positivo anodo e una pompa in grado di creare un vuoto all'interno del tubo stesso).

All'aumentare del grado di vuoto, [Aumento RARREFAZIONE GAS] cominciava a crearsi una certa luminescenza che si affievoliva con l’aumentare del vuoto. Spiegazione del fenomeno: Il gas presente all'interno è costituito da particelle che a causa del movimento/agitazione termica subiscono degli urti reciproci generando energia. Il campo elettrico fornisce energia alle particelle che però quando il gas all'interno del tubo non è rarefatto, non hanno sufficiente libero cammino medio per ionizzare altre particelle. Mentre quando il gas è rarefatto (quindi aumenta il vuoto nel tubo), aumenta il libero cammino medio delle particelle cariche e dunque la loro energia cinetica, le particelle così hanno la possibilità di ionizzare anche altre particelle le quali a loro volta ionizzeranno ancora altre particelle dando vita ad un processo a catena.

Quindi il campo elettrico dà energia alle particelle e quest'ultime danno indietro tale energia, quando si riuniscono con le particelle cariche positivamente, sotto forma di luminescenza ovvero come radiazioni luminose. Ma, se continua ad aumentare il vuoto e quindi la rarefazione del gas, e aumenta perciò il libero cammino medio, esse non si urtano più e non si produce più il fenomeno di luminescenza.

Libero cammino medio

Il percorso di una particella compiuto tra l'urto con un'altra particella e l'urto con un'altra ancora.

Esperimenti per determinare gli elettroni

1. Obiettivo: dimostrare come le particelle abbiano una natura corpuscolare. Svolgimento: Venne usato un tubo catodico con un polo negativo (catodo) e uno positivo (anodo): attraverso un collimatore (le particelle vengono collimiate vicino al catodo. Queste vengono attratte dall'anodo e nel percorso dal catodo all'anodo viene interposto un mulinello che esse devono necessariamente urtare. Evidenza: Urnto il mulinello e muovendolo percependo così anche un po' lavoro, viene dimostrato che le particelle hanno natura corpuscolare.
2. Obiettivo: dimostrare la natura elettrica della particella. Svolgimento: Stesso apparecchio dell'esperimento precedente ma al posto del mulinello viene posto un campo elettrico orizzontale o piano creato da due elettrodi, in apposizione l'uno dall'altro e uno posit che inversiona con la carica elettrica che lo attraversa in modo da deviarla, allo stesso modo di come verrebbe deviata una particella negativa. Evidenza: Le particelle hanno una carica elettrica negativa.

Esperimento di Thomson

Thomson, 1857 - 1940. Esperimento dal 1897 al 1899. Usò un tubo sottovuoto per determinare il rapporto tra la carica e la massa dell'elettrone q/m = ^2tanα⁄_ℓ = ^E⁄_H².

Esperimento di Millikan

Attraverso il quale riuscì a determinare la carica q dell'elettrone. Due piastre [una negativa una positiva] un campo elettrico tra le due piastre, un gas rarefatto. Il campo elettrico determinava la presenza delle cariche elettriche, in pari quelle negative. Veniva poi nebulizzato dell'olio formante le goccioline che passavano tramite un foro nella piastra positiva. Queste goccioline andavano a catturare le cariche elettriche negative. Attraverso un microscopio Millikan riuscì a porre in sospensione queste particelle e tramite l'equilibrio delle forze gravitazionale e le forze del campo elettrico in opposizione tra loro, ovvero resp. mg e qE, determinò la carica elettrica dell'elettrone.

Carica dell’elettrone: -1.6 x 10^-19 C [il meno indica che è una carica negativa]

Massa dell’elettrone: 9.1 x 10^-31 C [trovate con la formula di Thomson] dove: ● = goccioline d’olio, E = campo elettrico, m = massa della gocciolina, g = gravità, q = carica della gocciolina.

Esperimento per determinare i protoni

Esperimento di Goldstein [1850-1930] nel 1917 con un tubo catodico con un catodo modificato su cui venivano realizzati dei fori che permettevano il passaggio alle cariche positive che, dotate della giusta energia urtavano la parte terminale del tubo dove era presente uno schermo fluorescente al solfuro di zinco che veniva reso luminescente delle collisioni di quest'ultimi.

Massa del protone: 1.67 x 10^-27 Kg [1836 volte l'elettrone]

Carica del protone: +1.6 x 10^-19 C

Spettrometro di massa

Obiettivo: determinare la massa del protone.

1. Una parte iniziale: dove si introduce il gas, una pompa che lo rende perfetto, inseriti due elettrodi che generano un campo elettrico, in grado di accelerare particelle elettriche.
2. Seconda parte, collimatore, che collimano le particelle, e permette il passetto delle particelle attraverso una zona dove è presente un campo elettrico e un campo magnetico. Quest'ultimi vengono aggiustati in tal modo da permettere che il cammino delle particelle sia lineare, ovvero che la forza magnetica e quella elettrica si equivalgono o contrappongono.
3. Terza parte, zona dove è presente solo un campo magnetico, quindi particelle soggette solo alle forze di Lorentz che le porta ad avere una traiettoria circolare.

Il raggio di tale traiettoria è una funzione legata alla massa, tanto maggiore è la massa, tanto maggiore è il raggio di curvatura.

_{r = ^{m * E} / 9H1H2} dove H₁H₂ sono due campi magnetici.