Chimica

CHIMICA

È la più piccola quantità di un elemento e sono particelle

indivisibili. L'atomo si compone da un nucleo e elettroni che

ruotano attorno ad esso. Per avere una rappresentazione in

testa possiamo paragonare il nucleo al sole e i pianteti che lo

circondano agli elettroni.

Il NUCLEO si compone di due particelle sub-atomiche

PROTONI E NEUTRONI mentre esternamente ad esso sono

presenti gli ELETTRONI. Il modo in cui questi si combinanano

da origine all'atomo , che può avere quindi le più disparate

caratteristiche. (l'atomo è un sistema stabile).

Quelle appena descritte sono le particelle sub-atomiche; Tra

loro hanno caratteristiche diverse.

Le principali differenze consistono nella massa e nella carica :

PROTONI MASSA A RIPOSO mR = 1,673x10^-

·

27 KG CARICA

Q= +1,6022X10^-19 C

NEUTRONI MASSA A RIPOSO mR = 1,675X10^-

·

27 KG CARICA

Q= 0

ELETTRONI MASSA A RIPOSO mR =

·

9,1094X10^-31 KG CARICA

Q = -1,6002X10^-19 C

Gli elettroni più "esterni" sono considerati i più manipolabili si

possono, infatti, aggiungere e sottrarre , formando così

attraverso questa operazione gli IONI POSITIVI (CATIONE) e

gli IONI NEGATIVI (ANIONE).

La parte più "pesante", ovvero dove vi è concentrata più massa,

è quella del nucleo , per questo motivo per definire la massa di

un atomo utilizziamo la massa dei protoni sommata a quella dei

neutroni.

Ogni elemento è caratterizzato da un numero preciso di

PROTONI questo numero si chiama "numero atomico "

mentre la somma dei protoni con i neutroni si chiama "

numero di massa".

ISOTOPI

Gli isotopi rappresentano atomi di uno stesso elemento con lo

stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni , ciò

che sicuramente cambia è la massa ; Sono da ricordare

sicuramente i due isotopi dell'idrogeno ovvero il deuterio e il

trizio.

Si definisce abbondanza isotopica la quantità del'isotopo

presente in natura.

Subito dopo l'atomo vi è la molecole ovvero un'aggregazione di

due o più atomi; Di queste ne possiamo definire la formula di

struttura , ovvero la distribuzione nello spazio.

ATOMO CARBONIO

Tra gli isotopi più comuni e conosciuti in natura vi è il

carbonio12 così composto: 6 protoni,6 elettroni, 6 neutroni.

Ogni atomo possiede una sua m.a.r. ovver la massa

atomica relativa che possiamo leggere in alto a destra di ogni

elemento e per individuare quel valore si è tenuto conto di tutti

gli isotopi presenti in natura.

DIVERSE FORMULE

Formula molecolare es: H2O2

· Formula di struttura (disposizione nello spazio)

· Formula empirica o minima ( formula appunto minima es: C6

·

H12 O6 -----> C H2 O )

UNITA' DI MASSA ATOMICA (u.m.a.)

l'unità di massa atomica= 1/12 massa di un atomo di C12 e di

conseguenza m.a.r. C12= 12 u.m.a

Carbonio12 = 1,66x10^-27 kg (DALTON)

MOLE

La mole è una certa quantità di massa (microscopica) ; In

particolare la MOLE è un numero di AVOGADRO (Na) di entità

microscopiche

Na = 6,02 x 10^23

Il numero di avogadro è il numero di atomi presente in 12

grammi di carbonio 12.

ANALISI ELEMENTARE

Quando si parla di elementare si fa riferimento ad un

elemento , questo tipo di analisi infatti ci dice da quali elementi

è composto, inoltre ci da informazioni quantitative sulla massa ,

in particolare la percentuale della massa di ogni elemento.

Es: Ho 100g di NaCl , questa analisi mi permette di capire

quanti dei 100g sono di sodio e quanti di cloro.

Per semplificare le operazioni si utilizzano le MOLI la molecola

infatti si compone di 1 mole di sodio e una di cloro , e la loro

massa atomica relativa la si può facilmente leggere sulla tavola

periodica.

La percentuale % in massa del sodio = (gNa/gTOT) x 100

Se invece sviluppo il ragionamento inverso e quindi parto dalla

percentuale ho % Na 39,3% %Cl 60,7 per ottenere nNa =

39,3/23 = 1,7 n Cl = 60,7/35,5 = 1,7 , dimostrazione che

la quantità di moli è la stessa ed è di 1,7.

La formula non può essere però scritta in cifre decimali e quindi

divido il tutto per 1,7 ottendendo così la FORMULA EMPIRICA

NaCl

ANALISI INDIRETTA

L'analisi indiretta dipende dal tipo di reazione del composto ad

esempio per decomposizione (vedi esempi sul quaderno)

Le reazioni chimiche prevedono dei REAGENTI e PRODOTTI una

volta effettuata la reazione questa deve essere bilanciata ,

l'operazione può essere fatta ad occhio se è banale o

costruendo un semplice sistema ( vedi esempio sul quaderno).

Una tra le più famose reazioni chimiche è quella di combustione

ed avviene tra un combustibile e un comburente.

VEDERE ESERCIZI SUL QUADERNO.12-10-2020

La combustione è una reazione avente come protagonisti

COMBUSTIBILE ( ossigeno) e COMBURENTE (composti del

carbonio). Qusti due però non sempre posseggono le giute

quantità per reagire , talvolta ad esempio vi è un'abbondanza di

combustibile o comburente , ciò non significa che la reazione si

ferma , potrebbe invece mutarsi e prendere un'altra via.

La sterchiometria è quella branca della chimica che indica in

che rapposto si trovano le sostanza.

Es: 1:2=4:8 E soono i numeri che vengono anteposti ad ogni

composto ;

Es: 1 CH4+ 2 O2----> 1 CO2+ 2 H2O

Se ho 1,64 moli di CH4 allora 1:2 = 1,64: nO2 nO2 = 3,28

In una reazione però non sempre il reagente è "sufficentemente

giusto" nel senso che può essere in quantià maggiori o minori ;

Ad esempio se immagino la combustione del metano , partendo

da tre moli di CH4 e 5 moli di O2 il rapporto stechiometrico è

1:2

quindi 1:2= 3 : n O2 -----> nO2= 6 , ma io ne ho solo 5 ;

questo significa che ho un difetto in ossigeno.

Mentre 1: 2 = nCH2: 5 -----> nCH2= 2,5

ESEMPI SUL QUADERNO

NUCLEO ATOMICO

Il nucleo di un atomo è compoto da protoni p+ e neutroni ,

insieme questi formano i nucleoni. Gli atomi non sono le

particelle più piccole che esistano , infatti esistono anche le

particelle sub atomiche , particelle con caratteristiche ben

precise.

I protoni sono vicini tra loro, nonostante + e + solitamente si

respingono , infatti i nucleoni internamente sono tenuti insieme

dalla FORZA FORTE , una forza sicuramente maggiore della

forza di repulsione columbiana , la repulsione infatti non

riguarda i neutroni mentre la forza forse si e per questo motivo

rimangono vicini tra loro.

La forza forte riguarda escludivamente le particelle circostanti ;

Es:

Immagino di dover valutare la variazione di energia potenziale.

Più si avvicinano le particelle maggiore sarà la forza repulsiva

quindi sale anche l'energia potenziale , e sale fino a che entra

in gioco la forza forte e raggiunge poi la stabilità.

Δm= massa dei nucleoni a riposo - massa del nucleo

All'aumentare del nucleo l'elemento diventa più instabile

perchè aumenta la repulsione , mentre se i nuclei sono piccoli vi

è più forza fore e quindi più stabili.

DECADIMENTI RADIOTTIVI DI 4 TIPI

α i primi due spontanei in

·

natura

β-

· β+ ultimi due non spontanei

· Cattura elettronica C.A.

·

Decadimenti spontanei

1) α = 2p+ + 2n

2) β- -----> n -> p+ + β- + ENERGIA

3) β+ -----> E+ p+ ----> n+ β+ + ENERGIA

FOGLIO SPIEGAZIONI ED ESEMPI

19-10-2020

Esiste una tecnica chiamata PET molto utile per individuare le

masse tumorali . Questa tecnica consiste nel utilizzare un

emettitore di positroni B+ , che incontrano elettroni creando gli

annichilimenti , questi avverranno quindi sulla massa tumorale.

In particolare utilizzaiamo :

F , generato da un ciclotrone(acceleratore di particelle), non è

stabile è quindi si lega allo zucchero la molecola che si viene a

creare si va a localizzare sulla massa tumorale.

Nella lezione precedente sono stati analizzati i primi tre

decadimenti , manca il quarto :

LA CATTURA ELETTRONICA

Questo decadimento consiste nella cattura di un elettrone dal

nucleo , in particolare un elettrone decade nel nucleo legandosi

ad un protone

p+ + e- = n

es:

Cono di stabilità:

Il grafico viene diviso in tre zone dal cono di stabilità , zona A,B

e C.

Nella zona A aumento p+ e diminuisce n , qui vi è

·

decadimento β-

Nella zona B ho molti protoni e pochi neutroni , bisognerebbe

·

aumentare quindi i neutroni e diminuire i protoni, qui vi è un

decadimento o β+ o di tipo CATTURA ELETTRONICA

Nella zona C ho troppi p+ e n ---> tutti i nuclei emettitori α

·

TEMPO DI DIMEZZAMENTO

Il tempo di dimezzamento vale t 1/2 ed è il tempo necessario

affinchè la metà dei nuclei decada

FISSIONE E FUSIONE NUCLEARE

La fissione nucleare è la rottura di un atomo più grande in due

più piccoli ; La fissione non è un processo spontaneo, per

avviarlo è necessario fornire dell'energia.

Semplificando abbiamo un atomo grande che inizia a

modificarsi per poi formarne due più piccoli:

Per affrontare questo processo è necessario utilizzare nuclei

instabili , ai quali poi va fornita energia , atraverso un

bombardamento per mezzo dei neutroni.

In questo modo il nucleo cattura un neutrone e diventa ancora

più instabile , quindi aumenta le sue vibrazioni e la sua energia.

L'operazione di aumentare l'instabilità è fondamentale e

potrebbe essere causata sia dall'aggiunta di un protone che di

un neutrone , vengono utilizzati i neutroni solo perchè essendo

neutri non si presenta la repulsione che altrimenti si sarebbe

creata con i protoni, quindi vengono usati i neutroni perchè

facilitano il processo.

Il neutrone per riuscire a raggiungere il nucleo fissile( pochi

elementi) deve comunque vincere la FORZA FORTE.

Uno dei problemi della fissione nucleare consiste nel saperla

controllare , infatti una volta innescato il processo spiegato

sopra quiesto non si ferma , infatti più neutroni potrebbero dare

fissione creando un processo esponenziale e seri pericoli , io

invece voglio che solo uno mi dia fissione, quindi è neceario

trovare un modo per controllare la fissione.

Per far si che solo un neutrone dia fissione posso ridimensionare

il combustibile e quindi ridimensionare il nocciolo , in questo

modo permetto che rimanga solo un neutrone facendone uscire

altri due

Uno dei nuclei fissili più importanti è l'uranio ( nn tutti gli

isotopi)

Processo di arricchimento ---> uranio impoverito

Diverse tipologie:

REACTION GRADE 235 U 3/4% fissile

· WEAPONS GRADE 235 U 90% 95% fissile

·

FUSIONE NUCLEARE

La fusione nucleare è un processo che avviene sulle stelle , e

quindi anche sul sole ( necessita di temperature elevate) ; La

reazione è :

n è il neutrone che si forma per poi essere lanciato sulla terra ,

formando i raggi cosmici.

I raggi cosmici a contatto con l'azoto presente sulla terra

possono dare vita a due reazioni:

Come possiamo vedere dall'immagine i raggi cosmici fanno si

che si rigenerino specie instabili sulla tera il 14C ad esempio si

rigenera , questo processo fa si che l'abbondanza isotopica è

costante nel tempo , e dipendono solo dalla attivita solare che

varia nel tempo.

La possibilità che la fusione nucleare avvenga sulla terra esiste

( bomba H) , bomba contenente deuterio e trizio proprio come

nella reazione che avviene nel sole:

Altre reazioni importante di nostro interesse , toccano solo gli

elettroni esterni ,no i neutroni .

Il famosissimo ma erroneo modello a panettone , per descrivere

l'atomo, fu sostituito dal più corretto modello di RUTHERFORD

( modello planetario).

Esperimento

Lo scenziato bombardò una sottilissima lamina di oro con raggi

alfa; Osservo che le particelle passavano nel 99% dei casi

attraverso la lamina senza subire deviazioni , in alcuni casi

venivano deviate con una particolare angolazione , in altri casi,

molto rari, i raggi tornavano indietro.

Rutherford ipotizzò dunque che se le particelle oltrepassavano

nella maggior parte dei casi la lamina senza subire deviazioni

significava che l'atomo doveva essere formato da spazio vuoto.

le particelle alfa venivano deviate o respinte nei rarissimi casi in

cui colpivano i piccoli protoni , mentre gli elettroni dovevao

muoversi lungo le orbite circolari.

RICORDARE SEMPLICEMENTE CHE:

Il sistema atomo sfugge alla fisica classica.

20-10-2020

Il modello atomico che sostituì quello di Rutherford appartiene

allo scienziato Bohr .

Bohr chiarì il modello di Rutherford , sottolineando che gli atomi

non si attengono alle leggi della fisica classica.

Afferma che l'elettrone per orbitare attorno al nucleo deve

rispettare due condizioni :

1) La quantizzazione del momento angolare , spiega che

l'elettrone è stabile intorno al nucleo solo se rispetta questa

legge , e non quelle della fisica classica :

n (numero quantico principale) = 1,2,3,...,∞

h (costante di Planck) = 6,626x10^-34 JxS

h/2π (quanto) = quantizzazzione n volte , ovvero può assumere

solo valori multipli del quanto.

r ---> rappresenta la distanza determinata dalla

quantizzazione del momento angolare (la distanza

dell'elettrone dal nucleo). Sia r che l'energia sono quindi

quantizzate.

Infatti l'energia E è proporzionale a -1/n^2 mentre r è

proporzionale a n^2

Condizione

2) Un elettrone può passare da un orbitale all'altro solo

attraverso un balzo , senza passaggi intermedi , qundi da un

livello direttamente all'altro , nel passaggio da un livello

inferiore a uno maggiore l'energia aumenta come: 1/n^2

r = cost x n^2 E= -1/n^2 x cost

Come detto poco fa l'elettrone deve trovarsi solo sulle orbite ;

Illustro:

L'energia cresce al crescere di n fino all'∞ dove la distanza è

,

infinita è quindi l'energia potenziale sarà 0.

Un salto da E1 ad E2 ad esempio implica un assorbimento pari

a E1-E2

E1 è chiamato stato fondamentale , mentre tutti gli altri

corrispondono agli stati eccitati , ovvero, stati con un contenuto

energetico più alto rispetto al fondamentale.

Ricordiamo che però oltre a salire di livello energetico si può

anche scendere e " tornare indietro" per compiere questo

passaggio bisogna che l'elettrone emetta energia.

SPETTRI ATOMICI DI ASSORBIMENTO E DI EMISSIONI

(La prof parlava con il X2 e sicuramente il microfono rotto ha

aiutato)

Consideriamo un campione da analizzare , il campione è

formato da atomi H molto distanziati tra loro

Mando uno spettro di energia sul campione di atomi H dall'altra

parte ho un RILEVATORE, ovvero una lastra fotografica ( vedi

disegno sotto) capace di individuarci e dirci le lunghezze d'onda