Riassunto esame Chimica generale e inorganica, Prof. Messori Luigi, libro consigliato Chimica generale , Rodomontano

NUCLIDI

Sono atomi costituiti da:

•X: elemento

•Z: numero atomico (numero di protoni, caratterizza specie atomica)

•A: numero di massa (somma Protoni e neutroni)

Essi hanno uguale numero di protoni ed elettroni

Variando il numero di neutroni non cambia il comportamento di base dell’elemento.

ISOTOPI

Si dicono Isotopi i nuclidi con stesso numero atomico (Z) e diverso numero di massa (A).

Una specie atomica è costituita da vari isotopi: miscela isotopica naturale. Le specie

atomiche sono 112, di cui 90 naturali, 81 hanno almeno un nuclide stabile

TAVOLA PERIODICA

In natura abbiamo circa 90 specie atomiche naturali e 22 elementi artificiali.

Il primo elemento artificiale è il Tecnezio, nato nel 1937.

Tra gli elementi artificiali abbiamo il Promezio e gli elementi transuranici che vanno da 93 a

112.

La tavola periodica è lo strumento principale per i chimici,fu elaborata fine anni ’70 dell’800

quando ancora nessuno sapeva cosa fosse un atomo, ma la struttura della tavola periodica

rispecchia quella che abbiamo oggi.

L’ideatore voleva distribuire gli elementi conosciuti secondo una densità crescente e

mettendo in luce le analogie del comportamento chimico.

Tutti gli elementi sono razionalizzati dalla tavola periodica secondo il numero atomico

crescente.

•Righe: corrispondono ai periodi, ad ognuno corrisponde un livello energetico

•Colonne: corrispondono ai gruppi che raccolgono famiglie di elementi con stessa

configurazione elettronica esterna, quindi con comportamenti più o meno omogenei:

I Gruppo: Metalli alcalini eccetto H

II Gruppo: Metalli alcalini terrosi

L'unione dei due da il Blocco S

III Gruppo: Alogeni

IV Gruppo: Gas nobili/rari

L'unione dei due da il Blocco P

Blocco D: da colonna 6 a 10

Abbiamo poi 2 serie separate in basso: i lantanidi e gli attinidi che formano il Blocco M

La linea nera di demarcazione divide i metalli dai non metalli.

Mole

La massa di un nuclide è troppo piccola per essere espressa in kg, prendiamo quindi come

12

unità di riferimento quella del nuclide C = 1/12.

Da il vantaggio di passare da microscopico a macroscopico.

•Peso atomico= massa atomica, è la massa relativa e media di un elemento rispetto alla

12

massa del nuclide di riferimento (1/12 di C).

Le Masse di n e p sono riferite a 1/12 di 12C, hanno così massa relativa di 1. La massa dei

nuclidi è vicino al numero di massa (A).

Ogni sostanza ha un peso atomico dato dalla somma di tutti gli elementi che lo

compongono.

•Peso formula: la sostanza non è composta da molecole discrete ma da un insieme infiniti

di atomi o ioni.

ES→ NaCl: 22.9898+35.453=58.443

•Peso molecolare: somma dei pesi atomici degli elementi contenuti in un elemento o

composto.

Peso atomico,peso molecolare e peso formula sono delle masse atomiche.

è la quantità di sostanza che contiene un numero N di particelle che devono

essere specificate

La mole è una delle grandezze fondamentali del Sistema Internazionale (SI).

Armstrong: unità di misura danese.

N è il numero di nuclidi che stanno in esattamente 12 g di 12C.

Perciò la massa in g di una mole di 12C è per definizione 12 g.

Il numero N è 6,0221367(36) ×1023 mol-1 —> costante di Avogadro (chimico piemontese di

fine ‘800).

7 GRANDEZZE

Grandezza Unità Simbolo

Lunghezza Metro M

Massa Kilogrammo Kg

Tempo Secondo S

Corrente elettrica Ampere A

Temperatura Kelvin K

Intensità luminosa Candela Cd

Chimica nucleare

La conoscenza della struttura del nucleo è dovuta agli studi del 900.

La chimica nucleare è un settore definito che si occupa di energia nucleare, radiazioni …

Nella ricerca biologica spesso si usano sonde radioattive. Per capire come funziona

un farmaco ci metto una sonda: posso vedere qual è il comportamento della sostanza

marcata nell’organismo grazie alle radiazioni emesse.

Studia la struttura del nucleo atomico, le sue trasformazioni e le conseguenze, pertanto che

vanno incontro a decadimento emettendo radiazioni corpuscolate o meno.

I nuclei che cambiano struttura atomica emettendo radiazioni sono detti radioattivi.

Nella chimica generale gli atomi trasformati rimangono immodificati, nella chimica nucleare

vado incontro a trasformazioni degli elementi, cambiano:composizione del nucleo, numero

atomico. Un elemento si trasforma in un altro attraverso un decadimento radioattivo.

La trasformazione è un processo che può essere più o meno veloce a seconda del livello di

instabilità, generalmente è molto lento, come nell'esempio di C che si trasforma in 5000

14

anni.

•Esperimento Rutheford

Definisce l'atomo nella sua struttura planetaria in cui la massa dell'atomo contenuta nel

nucleo , occupa uno spazio molto piccolo e centrale, è costituito dall'insieme dei nucleoni .

Nello spazio esterno sono disposti gli elettroni

NUCLEO

È l'insieme di nucleoni (protoni e neutroni) uniti tra loro, hanno volume molto

piccolo rispetto al totale, concentrano la massa dell'atomo.

•Neutrone libero:instabile e tende a decadere liberando un protone e un elettrone. È stabile

solo quando si trova nel nucleo

•Protone libero:stabile.

Gran parte dei nuclidi sono isotopi stabili, tali che un gran numero di protoni e neutroni si

trovano in un volume ristretto (nucleo), questi sono tenuti insieme dalla forza forte, forza di

attrazione più potente di quella columbiana, in grado di vincere la repulsione elettrostatica

tra protoni.Tale interazione forte si può spiegare con lo scambio dei mesoni tra nucleoni, cioè

particelle subatomiche di massa circa 1/5 dei nucleoni.

Diametro nucleare molto piccolo: femtometro (fm = 10-15), sono responsabili delle forze

nucleari.

I nuclidi presentano un numero atomico Z (protoni) e un numero di massa A(protoni più

neutroni) in cui i neutroni variano in misura ridotta differenziando gli isotopi= atomi con

stesso Z e diverso A. Ogni isotopi di un elemento è detto nuclide.

Es: gli isotopi del calcio hanno 20 protoni e neutroni che vanno da 20 a 28

Z definisce l'elemento (Z=6→ Carbonio)

A definisce il numero di nucleoni e neutroni, per essere stabili i nuclidi devono avere neutroni

più o uguali ai protoni

DISINTEGRAZIONI NUCLEARI

È il processo seguito radionuclidi che consiste nella parziale rottura del nucleo che emette

particelle beta o alfa e comporta la trasformazione di un elemento in un altro perché si avrà

un’alterazione di Z.

La disintegrazione trasforma il nucleo di partenza in quello di un altro elemento, detto

nucleo figlio.

Le radiazioni gamma (non corpuscolata) sono ad alta energia associate alle disintegrazioni

nucleari, riguardano la modalità di riassestamento del nucleo dopo che ci è stata la

disintegrazione.

I decadimenti corpuscolati alfa e beta sono spesso accompagnati da radiazioni

gamma.

Dopo la disintegrazione, il nucleo figlio ha eccessiva energia e tende così

ad assestarsi (energia minore) emettendo gamma.

L’emissione di onde elettromagnetiche è associata al passaggio da energia maggiore (stato

eccitato) a energia minore (stato fondamentale).

A seconda della posizione del nuclide instabile possiamo prevederne la disintegrazione:

-Nuclidi grossi: si alleggeriscono emettendo particelle

-Nuclidi fuori la banda di stabilità: avvicinano il rapporto di neutroni e protoni a 1.

•Disintegrazione alfa: il nucleo che emettendo una particella alfa perde 2 unità positive e

una massa pari a quella di 4 nucleoni. Il numero atomico scende di 2 unità.

-

•Disintegrazione beta: il nucleo emette una particella beta , privandosi di una carica

negativa. La perdita può essere interpretata come la trasformazione di un neutrone in

protone. Il numero atomico sale di 1 unità.

•Cattura elettronica: la cattura del nucleo di un elettrone riduce il numero atomico.

•Emissione positroni: viene emesso un posizione di carica +1 riducendo il numero

atomico.

STABILITÀ NUCLEI

Un grafico Z→N definisce la banda di stabilità circondata dal mare di

instabilità.

•Z fino a 20 , i nuclidi hanno stesso numero protoni e neutroni

•Z>20, i nuclidi sia stabili che instabili hanno più neutroni che protoni

(A>2Z).

Previsione disintegrazione:

•Nuclei sopra la banda di stabilità, ricchi di neutroni, per rientrare nella

-

stabilità cedono una particella beta .

•Nuclei sotto la banda di stabilità, ricchi di protoni, per rientrare nella stabilità

-espellono un positrone

-catturano un elettrone

Nuclidi con Z>83 si alleggerisce emettendo protoni e neutroni (disintegrazioni alfa).

La disintegrazione di atomi pesanti spesso va a tappe: radiazione alfa seguita da beta o alfa,

fino a raggiungere stabilità (spesso piombo, Z=82).

PARI E DISPARI

I nuclidi possono avere numeri pari (Even) e dispari (odd) di protoni e neutroni. Quelli a

numero pari sono più stabili.

Elementi con:

-Z <81: Isotopi stabili + 34 isotopi instabili

-81 ≤ Z≤ 83: Isotopi stabili + 12 isotopi instabili

7 232 235 238 81 82 83 83

-84 ≤ Z≤ 92: Tutti instabili con t <10 a tranne Th, U, U , Tl, Pb, Bi, Po

1/2

VELOCITÀ DISINTEGRAZIONE (cinetica)

•Decadimento uni-molecolare: nucleo precursore + nucleo prodotto + radiazione.

Si definisce decadimento radioattivo in termini di semivita t : il tempo in cui si disintegra la

1/2

metà dei nuclei di un campione.

È un processo classico monoesponenziale che prevede emivita diversi a seconda del

nuclide.

Tutti i processi di decadimento radioattivo sono di primo ordine.

Può essere un processo che definisce famiglie radioattive.

FAMIGLIE RADIOATTIVE

Tutti gli isotopi da Polonio a Uranio sono radioattivi, molti hanno tempi di dimezzamento

corti(alcune ore).

Gli isotopi radioattivi sono ancora presenti in natura in quanto prodotti e costantemente

riforniti da nuclidi con tempi di dimezzamento lunghi.

Esistono isotopi con tempi di dimezzamento molto lunghi che garantiscono la presenza

costante di quei nuclidi che hanno tempi di dimezzamento brevi.Si definisce così una

famiglia radioattiva o serie radioattive.

NUCLEOSINTESI

È il processo opposto che forma elementi chimici attraverso:

-Riscaldamento sostanza a temperature elevatissime

-Bombardamento nuclei con particelle elementari accelerate

-Trasmutazione neutroni (non subisce repulsione elettrostatica dalla carica elettrica del

nucleo)

Tale processo fonde atomi piccoli per dare origine ad elementi più grandi e che ha dato vita

a tutti gli elem