Appunti sulla Teoria atomica della materia, corso di Chimica generale ed inorganica con elementi di organica, Prof.ssa Daniela Pappalardo, Libro consigliato "Fondamenti di chimica" Lanfredi, Tiripicchio

Teoria atomica della materia

Cenni allo sviluppo storico della teoria atomica della materia

La chimica è la scienza che studia sotto gli aspetti quantitativi e qualitativi la composizione e le trasformazioni dei diversi campioni di materia con specifiche proprietà. La materia (che si presenta nei tre stati solido, liquido e gassoso in base alla temperatura) è costituita da particelle elementari piccolissime chiamate atomi che si differenziano per le loro proprietà. Gli atomi con le stesse proprietà costituiscono gli elementi. Gli elementi conosciuti attualmente sono 118 di cui solo 90 sono presenti in natura mentre gli altri sono stati creati artificialmente. Ogni elemento ha un suo nome e un suo simbolo costituito da una o due lettere che generalmente costituiscono le iniziali del suo nome in latino. I 90 elementi che si trovano in natura sono distribuiti in modo differenziato nell’atmosfera, nell’idrosfera e nella litosfera. Mentre gli elementi (sostanze elementari) sono costituiti da atomi della stessa specie, i composti sono costituiti da due o più atomi di specie diverse (quindi con proprietà diverse) presenti in proporzioni definite e costanti. Un aggregato discreto di pochi o molti atomi si chiama molecola. La formula di una molecola ci indica gli elementi e ci dà il rapporto con cui questi sono presenti.

Nonostante la chimica affondi le sue radici in tempi antichissimi, solo verso la fine del Settecento e l’inizio dell’Ottocento venne riconosciuta come dottrina specifica. La sua rapida evoluzione si realizzò solo nel XX secolo grazie alle moderne conoscenze della struttura atomica della materia che hanno permesso di determinare il verificarsi o meno di alcune trasformazioni. La conoscenza della struttura della materia ha sempre affascinato l’uomo e le prime intuizioni sulla struttura della materia sono attribuibili agli antichi filosofi greci. Infatti, Democrito nel IV secolo a.C. postulò che la materia fosse formata da particelle piccolissime ritenute indivisibili e chiamate atomi, ma questa intuizione rimase sterile per una ventina di secoli perché non supportata da verifiche sperimentali.

Sviluppo della teoria atomica

Solo nel 1808 la concezione atomistica della materia fu ripresa dallo scienziato John Dalton che propose una teoria basata sull’esperienza, cioè una teoria che interpretava in modo semplice le leggi fino ad allora formulate in base a misure delle masse delle sostanze coinvolte nelle reazioni chimiche e chiamate leggi stechiometriche.

Legge della conservazione della massa (di Lavoisier)

La prima delle leggi stechiometriche venne ideata da Lavoisier. Nel 1785 Lavoisier ebbe l’intuizione di seguire il decorso delle reazioni chimiche usando come metodo di controllo l’uso della bilancia: un controllo quantitativo la cui importanza era sfuggita a tutti i chimici precedenti. Fino ad allora si riteneva che un metallo scaldato all’aria a seguito del riscaldamento perdesse il cosiddetto “flogisto” trasformandosi in una “calce” (ossido) che una volta riscaldata con carbone era in grado di trasformarsi in metallo, riacquistando il flogisto di cui era ricco il carbone. Lavoisier, controllando con la bilancia la massa delle sostanze reagenti in questo tipo di reazione, si accorse che il metallo aumentava di massa durante la sua trasformazione in calce mentre l’aria diminuiva di massa, e quindi non poteva esserci perdita di flogisto da parte del metallo. Mentre nella seconda reazione l’aria si appesantiva mentre la calce si alleggeriva rendendo impossibile l’acquisto di flogisto da parte del metallo. I numerosi esperimenti condotti portarono alla formulazione della prima legge ponderale chiamata legge di Lavoisier o della conservazione della massa.

Legge di Lavoisier o della conservazione della massa: in una trasformazione chimica la massa dei reagenti è uguale a quella dei prodotti (in altre parole la materia non si crea e non si distrugge ma solo si trasforma).

La legge della conservazione della massa di Lavoisier e le altre che seguirono suggerirono a Dalton di riprendere la concezione atomistica degli antichi greci e di formulare nel 1808 la prima teoria atomica fondata sull’esperienza.

Teoria atomica di Dalton

• Teoria atomica di Dalton: La materia è costituita da particelle indivisibili chiamate atomi;
• (a) Gli atomi sono caratterizzati dalla loro massa; atomi di uno stesso elemento hanno la stessa massa e le stesse proprietà; elementi diversi sono costituiti da atomi con proprietà diverse e quindi con masse diverse;
• (b) I composti sono formati dalla combinazione chimica di atomi di differenti elementi in un rapporto di numeri interi e piccoli;
• (c) Nel corso di una reazione chimica gli atomi non si creano né si distruggono, mantenendo la loro individualità.

Accettando la teoria atomica di Dalton, la legge di Lavoisier è ben interpretata. La materia è costituita da corpuscoli (atomi) di massa ben definita e quando questi si combinano tra loro per formare i composti, cambia il loro modo di raggrupparsi ma non la loro massa. La teoria di Dalton stimolò nuovi lavori e nuove speculazioni, tra cui la denominazione delle masse atomiche (pesi atomici) nonché delle formule dei composti formati da atomi diversi. I dati di analisi permettevano solo di determinare la percentuale in peso con cui i vari elementi erano presenti nei loro composti o il loro peso di combinazione.

Determinazione dei pesi atomici e delle formule chimiche

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