Appunti di "Chimica"

La Materia E La Sua Struttura

1. Caratteristiche generali dell’atomo
2. Peso atomico
3. Mole e numero di Avogadro
4. Massa molare

1. Caratteristiche generali dell’atomo

Agli inizi del '900 si scoprirono tre tipi di particelle subatomiche fondamentali (presenti in tutta la materia) cioè il protone (p⁺), il neutrone (m^o) e l’elettrone (e^-); con fu abbondante le teorie dell’atomo indivisibile di Dalton. Le caratteristiche fisiche:

Massa (g) Cariche elettrica (C) n unità e^- 9,1 · 10^-28 -4,6022 · 10^-19 -1 p⁺ 1,6726·10^-24 +4,6028 · 10^-19 +1 m^o 1,6745 · 10^-24 0 0

• p⁺ e m^o esprimono in modo significativo sul peso atomico.
• Il numero atomico (Z) è il numero di protoni nel nucleo, equivale al numero di e^- che ruotano intorno ad esso in un atomo neutro.
• Il numero di massa (A) è il numero complessivo di nucleoni, cioè di p⁺ e m^o.
• Il nuclide _AX^Z è una specie atomica caratterizzata da una ben determinata composizione del nucleo, cioè da definiti valori di A e Z.
• Gli isotopi sono nucleidi di uno stesso elemento che presentano quindi lo stesso Z ma diverso A.
• Elemento monoisotopico è costituito da atomi tutti uguali poiché presenta un solo isotopo (es. F, Al, P).
• Elemento poliusotopico è costituito da una miscela isotopica dove i diversi isotopi si trovano in rapporti generalmente costanti detti abbondanze percentuali (P_i).
• Es. 1H presenta 3 isotopi: 1H (protio), 2H (deuterio), 3H (trizio) P_i = _ni/^n_tot 100 le loro abbondanze percentuali sono:
  • P(1 1H) = 99,8844%
  • P(2 1D) = 0,0156%
  • P(3 1T) ≅ 10^-17
• Gli isobari sono nucleidi che hanno lo stesso A ma diverso Z.

2) Peso atomico

x) Il peso atomico assoluto è la massa misurata in grammi dell'atomo e vale fra 10^-24 - 10^-22 g. 1 u.m.a. = 1,6606 10^-24 g.

y) L'unità di massa atomica (u.m.a.) è l'unità di misura di riferimento per la pesi atomici e corrisponde alla dodicesima parte della massa atomica dell'atomo di ¹²₆C, pari a 1,6606 10^-24 g.

z) L'arbitrario peso atomico relativo (M) è definito come il rapporto tra la massa atomica assoluta e l'unità di massa atomica:

M(²³₁₁Ne) = ^{m(23₁₁Ne)}/_{1 u.m.a.} = 22,989 (u.m.a.)

M_E = ^m(E)/_{1 u.m.a.}

es.) Per un elemento politopico è interessante il peso atomico medio pesato, vale a dire la massa media dell'elemento:

M_Cl = ^{34,97 u.m.a. × 75,77 + 36,97 u.m.a. × 24,23}/₁₀₀ = 35,453 (u.m.a.)

M_P = ^{Σ(M_i × P_i)}/₁₀₀

perché il Cl è formato per il 75,77% da ³⁵Cl (con M_35Cl = 34,97 u.m.a.) e per il 24,23% (P_36Cl) da ³⁷Cl (con M_37Cl = 36,97 u.m.a.)

) Nel caso di molecole non si parla di peso atomico, ma peso molecolare. Essa si ottiene sommando i pesi atomici di tutti gli atomi presenti nella molecola.

) Nel caso di sostanze costituite da unità macromolecolari (non semplici e discrete) si parla di peso formula, che considera l'unità che si ripete.

3) Mole e numero di Avogadro

Per quantizzare il enorme numero di atomi coinvolti nelle reazioni chimiche, è stata introdotta una grandezza, la mole, che è l'unità fondamentale del SI.

) La mole di una sostanza è la quantità di tale sostanza che contiene tante entità (atomi, molecole, ioni, elettroni ...) quante sono gli atomi contenuti in 12 g di ¹²₆C.

) Tale numero è chiamato numero di Avogadro (N_A). N_A = 6,022 × 10²³ entità/mol.

) Dato N risercibile, il numero di moli N è dato dal rapporto tra N e N_A.

N = ^N/_NA

) Da N_A si può ottenere come rapporto tra: grammi moli atomi

^{massa 1 atomo C}/_{mass NM(¹²C) = ^{12 u.m.a.} (u.m.a./%atom = 4,6606 10^-24 g/u.m.a. = 4,6606 10^-24)}

... donò nell’unità di tempo tabelle medie è calcolabile da v_m= ΔM/Δt avendo dn n_o – n_o mentre quelle istantanee è v_i = - dm/dt

• Tale velocità è direttamente proporzionale al numero n, perciò
• dm/dt = λm ; m = λ dt ; integrando tra l’istante t_o è il generico t
• ∫_m^m_o dm/m = ∫_to^t dt; log m - log m_o = - λ t ; log m/m_o = - λ t
• m = e^-λt m_o = m_o e^-λt e= 2,71828...

Il tempo di dimezzamento (t_1/2) è il tempo necessario affinché il numero di radionuclidi si riduca alla metà.

A: Poiché t_1/2 = - log 2/λ = log m_o - log m - log(2)/λ = log 2/λ = t_1/2

• vs. t_1/2 (²³³U ) ℵ 4,47 • 10ℵ a; t_1/2 (¹⁴C ) ℵ 5,73 • 10ℵ a
• t_1/2 (⁶⁰Co ) ℵ 5,72 a t_1/2 (²²⁰Th ) ℵ 10^-1 s

Il difetto di massa e l’energia nucleare

• B: Si calcola sperimentalmente le masse effettive (m_eff) dei nuclei di atomi; si osserva che il rapporto numerico è il risultato ottenuto sommando le massi dei nucleoni componenti (m_calc) che differente, Δm è legato all'energia di legame fra i nucleoni.
• Δm = m_calc – m_eff = m_calc – ( Z m_p + N m_n ) – m_eff

1eV = 1,602 • 10^-19 Jm_p = 1,007276 u.m.am_n = 1,008665 u.m.a

1. Applicando l'equivalenza tra masse ed energie di Einstein E = mc² si trova che ad ogni variazione Δm è associata una ΔE in modoΔE = ...
2. Si può calcolare l'energia di legame corrispondente ad un difetto di masso di 1 u.m.a

ΔE (1 u.m.a.) = 4,606 • 10^-29 J (2,998) 10^{8 2} m² = 1,493.10ℵ = 932 MeV

• vs.m_calc(u.m.a) | m_eff (u.m.a) | Δm (u.m.a) | ΔE (MeV)
• D | 2,015 am | 2,013 am | 0,002 am | 2,75
• He | 4,034 am | 4,014 am | 0,030 am | 28,3
• x)

L'energia media di legame dim nucleoni costituisce un indice del:

... le forze di legame dei neur nuclei e quindi ricche delle stabili

te di un nuclide. Si trova come rapporto tra l'energie di legame

- L'ampiezza (A): è il valore massimo del campo oscillante (E_max, B_max).

- Il periodo (T): è il tempo che l'onda impiega a percorrere una distanza pari a λ; è l'inverso di ν:

T = ¹/_ν = ^λ/_v.

Lo spettro delle radiazioni elettromagnetiche è un insieme di radiazioni ciascuna caratterizzata da precisi valori di ν e λ:

- La diffrazione della luce avviene quando l'onda luminosa si trova una fessura che ha una dimensione comparabile della incidente; il risultato è che su un piano distanziato da quello con la fenditura si osservano dei cerchi concentrici alternati chiari e scuri.

- Per l'interferenze tra onde: se si incontrano in concordanza di fase è costruttiva e l'onda risultante ha un'ampiezza maggiore delle due iniziali; se si incontrano in discordanza di fase è distruttiva e s'annullano gli effetti luminosi.

B Natura corpucolare

Nell'interazione con le materia le radiazioni elettromagnetiche si comportano come costituite da fasci di corpuscoli, i fotoni. Questo concetto fu introdotto da Einstein nel 1905 nell'interpretazione dell'effetto fotoelettrico, che la fisica classica non riusciva a spiegare.