Atomo, Chimica

Nell’Ottocento, Dalton ipotizzò il primo modello atomico su basi sperimentali, cui si

affiancarono gli studi di Lavoisier e Proust. Lavoisier studiò le trasformazioni chimiche

arrivando a enunciare la legge di conservazione della massa. Proust scompose diversi

composti minerali negli elementi costitutivi misurandone le diverse quantità e proporzioni,

arrivando a enunciare la legge delle proporzioni definite.

• Legge di Lavoisier (o della conservazione masse) : La somma delle masse delle

sostanze prima della reazione è uguale alla somma delle masse delle sostanze

dopo la reazione.

(Es. in una reazione chimica, la massa si conserva perché il numero e la natura

degli atomi restano inalterati: la somma del sodio e del cloro è uguale alla massa

totale del cloruro di sodio che si forma)

• Legge di Proust (o delle proporzioni semplici o definite) : gli elementi si combinano

tra loro secondo rapporti in massa definiti e costanti esprimibili da numeri piccoli e

interi.

In un composto chimico puro gli elementi sono combinati secondo un rapporto in

massa definito e costante, qualunque sia la quantità di composto ottenuta e in

qualunque modo il composto venga prodotto.

(Es. Il rapporto tra le masse di cloro e sodio è definito e costante: un atomo di

cloro si combina sempre con uno di sodio e ogni atomo di cloro ha una massa 1,54

volte maggiore di quella di ogni atomo di sodio.

Massa cloro/ massa sodio = 1,5  35.45 u / 22.99 u = 1.54 , ciò significa che

siccome gli elementi si combinano secondo un rapporto in massa definito e

costante, con la metà di grammi di Cl si combineranno la metà di grammi di Na,

oppure che con il doppio dei grammi di Cl, si combineranno il doppio dei grammi di

Na, ecc.. )

• Legge di Dalton (o delle proporzioni multiple) : quando due elementi si combinano

per formare diversi composti, le masse degli elementi che si combinano stanno tra

loro in rapporti che si possono esprimere con numeri interi.

La legge delle proporzioni multiple esprime la possibilità di molti elementi di

combinarsi tra loro in rapporti quantitativi diversi, formando quindi composti

differenti.

(Es. In determinate situazioni l’ossigeno e il carbonio si combinano per formare

un determinato composto, in altre condizioni, i due elementi si combinano per

formare un composto diverso, in altre parole:

Monossido di Carbonio (2,33 g) quando abbiamo la combinazione di 1 g C,

- e 1.33 g di 0

Diossido di Carbonio (3,66 g) quando abbiamo la combinazione di 1 g C, e

- 2.66 g di O.

La teoria atomica di Dalton ( combacia perfettamente con le tre leggi).

Tutta la materia è costituita da particelle piccolissime, indivisibili e indistruttibili

1. chiamate “atomi”.

Tutti gli atomi di uno stesso elemento sono identici nelle masse e nelle proprietà e

2. sono diversi in qualche proprietà dagli atomi di ogni altro elemento.

I composti chimici si formano dalla combinazione chimica tra atomi di elementi

3. differenti. Un certo composto ha sempre gli stessi numeri relativi e stessi tipi di

atomi.

Le reazioni chimiche consistono nella riorganizzazione degli atomi, cioè nel

4. cambiamento del modo in cui si legano tra loro: di per sé, gli atomi non possono

essere né creati, né distrutti, né possono essere convertiti in atomi di altri elementi,

ma si trasferiscono interi da un composto all’altro.

Dalton attraverso la sua teoria atomica spiega le tre leggi:

1. Conservazione della massa: Gli atomi non possono essere né creati, né distrutti o

convertiti in altri tipi di atomi. Poiché ogni atomo ha una massa fissa, durante una

reazione chimica gli atomi si combinano in differenti modi l’uno con l’altro e quindi non

c’è variazione della massa totale.

2. Composizione definita: Gli atomi si combinano in un composto in rapporti specifici e

ogni atomo ha una specifica massa.

3. Proporzioni multiple: Gli atomi di uno stesso elemento hanno la stessa massa e gli

atomi sono indivisibili.

Thomson attraverso il suo esperimento dimostrò che non è vero che l’atomo è indivisibile

(I° postulato di Dalton). L’esperimento di Thomson ha portato alla scoperta degli elettroni,

particelle cariche negativamente che costituiscono le radiazioni dette “raggi catodici”. La

placca negativa fu chiamata “catodo (-) “, quella positiva “anodo (+) “. A generatore

acceso, la radiazione proveniente dal catodo produceva una luminosità verdastra in fondo

al tubo, dopo aver attraversato e inciso sul foro della placca positiva. Queste radiazioni

furono chiamate raggi catodici. I raggi catodici sono costituiti da particelle cariche

negativamente, presenti in tutta la materia e si manifestano quando queste particelle

urtano molecole di gas residue nel tubo. Queste particelle presero il nome di elettroni.

Thomson, con il suo esperimento arrivò a determinare il rapporto esistente tra carica e

massa (q/m) delle particelle costituenti i tubi catodici (elettroni), e trovò che è circa 1800

volte inferiore a quello dell’atomo più leggero (H).

Millikan, studiando la carica di goccioline di olio nebulizzate, dedusse la carica

dell’elettrone q , quindi, la massa dell’elettrone divenne nota. Il fisico, in assenza di

campo elettrico misurò la massa della goccia in base alla velocità di caduta. Poi notò che

variando il campo elettrico, variava la velocità di caduta della goccia, così Millikan

calcolava la carica totale delle gocce. Dopo averne studiato un gran numero, ne dedusse

che fossero sempre un multiplo intero di una carica minima: gocce differenti catturavano

un numero differente di elettroni, quindi la carica minima doveva essere quella

dell’elettrone. Il valore calcolato da Millikan differisce solo per l’1% da quello calcolato da

-19

Coulomb (C),ovvero: -1.602x10 C. Dal rapporto determinato da Thomson

(carica/massa) : massa -12 -19

massa dell’elettrone : x carica  (-5,686x10 kg/C) x (-1,602x10 C)

1 carica -31 -28

9,109x10 kg = 9,109x10 g

Con un apparecchiatura simile a quella usata da Thomson, furono identificate altre

particelle che si muovevano verso il polo negativo (in senso opposto agli elettroni dei raggi

catodici) formando un fascio di raggi anodici, quindi si trattava di particelle con carica

positiva. L’analisi dei rapporti q/m ottenuti per raggi positivi generati da vari gas mostrò che

+

la massa più piccola si otteneva con il gas idrogeno (H ione idrogeno, atomo di idrogeno

privato del suo elettrone) e risultava 1800 volte più grande di quella dell’elettrone.

Il protone è una particella elementare positiva, che ha la stessa carica dell’elettrone ma

con massa molto più grande. In seguito alle scoperte delle principali particelle

fondamentali (elettrone e protone), Thomson propose un primo modello di struttura

Thomson vede l’atomo come una sfera di materia diffusa di carica

positiva in cui sono dispersi (come l’uvetta nel panettone) gli elettroni

negativi.

dell’atomo che fu chiamata “plum-pudding” o “modello a panettone”

.

Radioattività.

La radioattività è stata scoperta da Becquerel ma grazie a Rutherford si è arrivati a

classificare i diversi tipi di radiazioni :

• Raggi alfa ( α

): corrispondenti ai nuclei di elio (carica 2+, massa 4)

1 Rapporto determinato da Thomson.