Chimica generale ed inorganica

Gli atomi indivisibili di Dalton, derivati direttamente dalle teorie del filosofo greco Democrito, cedettero il

posto al nuovo modello proposto da Thomson a Panettone nel 1904 secondo il quale: l’atomo è costituito

da elettroni disposti in posizioni ordinate all’interno di una sfera carica di elettricità positiva.

Nel frattempo viene scoperta la radioattività; i Sali d’uranio e i Sali di radio mostrano la capacità di

emettere differenti tipi di radiazioni classificate in base alla loro capacità di penetrare la materia e del loro

comportamento quando sottoposte a campo elettrico generato da due elettrodi.

• Raggi α: identificati come atomi di elio privati dei loro elettroni deviati verso la piastra negativa, la

loro natura è dunque positiva; è sufficiente un foglio di carta per bloccarli.

• Raggi β: elettroni molto veloci, deviati verso la lastra positiva, la loro natura è quindi negativa; è

necessario un foglio di alluminio per bloccarli.

• Raggi ϒ: radiazioni elettromagnetiche con frequenza maggiore di quella dei raggi X, non subiscono

nessuna deviazione dunque la loro natura è neutra. È necessario il piombo per bloccarli.

I raggi α furono particolarmente studiati da Rutherford, egli intuì che era possibile effettuare una verifica

sperimentale del modello atomico di Thomson analizzando le traiettorie tracciato dai raggi α

nell’attraversare la materia. Questi raggi vennero indirizzati su una lamina d’oro circondata da lastre

fotografiche in grado di rilevare le direzioni prese dalle particelle. Dal momento che l’atomo secondo

Thomson aveva una densità molto bassa, non si sarebbero dovute riscontrare deviazioni consistenti.

Rutherford confermò la quasi assenza di deviazioni, tuttavia notò che una percentuale molto bassa di

particelle tornava indietro. La deviazione (scattering) di queste poche particelle α dimostrava l’esistenza

nell’atomo di una zona con un diametro 100.000 volte inferiore a quello dell’atomo stesso, responsabile sia

della carica positiva, sia di tutta la massa dell’atomo e in grado quindi di deviare i raggi α. Visto che, inoltre,

la maggior parte delle particelle non subiva alcuna deviazione, gli elettroni dovevano occupare da soli tutta

la rimanente parte dell’atomo.

L’atomo è composto da un nucleo positivo, in cui è concentrata tutta la massa e attorno al quale ruotano,

a notevole distanza, gli elettroni.

Al nucleo dell’atomo di H Rutherford diede, nel 1920, il nome di protone.

Gli elettroni dovevano trovarsi ben distanti dal nucleo e quindi essere capaci di vincere l’attrazione che si

esercita tra cariche opposte, condizione possibile soltanto se gli elettroni si fossero mossi attorno al nucleo

con moto circolare. In questo caso la forza centrifuga (repulsiva) e quella elettrostatica (attrattiva) si

sarebbero annullate mantenendo l’elettrone su un’orbita costante. Il modello planetario di Rutherford

presenta degli elettroni in movimento sulle orbite circolari; in tal modo la forza centrifuga controbilancia

l’attrazione elettrostatica del nucleo. Tuttavia, questo modello è in contrasto con le leggi

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dell’elettromagnetismo secondo cui una carica in moto circolare emette energia sotto forma di onde

elettromagnetiche con progressivo calo di velocità. Ciò prevedeva una perdita di energia dell’elettrone e la

sua caduta a spirale sul nucleo.

Se la massa dei nuclei fosse stata un multiplo della massa di quello d’H, la loro carica avrebbe dovuto essere

rappresentata dallo stesso multiplo; tuttavia Rutherford aveva dimostrato che i nuclei di elio erano 4 volte

maggiori dei nuclei di idrogeno, mentre avevano una carica solamente doppia rispetto a questi ultimi.

Per un certo periodo di tempo si pensò che i protoni fossero due in più e che ci dovessero essere elettroni

attorno al nucleo che non erano stati percepiti; questa teoria venne accantonata quando Chadwick scoprì il

neutrone: dotato di carica nulla e con massa simile a quella del protone.

La presenza dei neutroni nel nucleo spiega la discordanza tra la massa e la carica elettrica; queste particelle

sono prive di carica e sono interposte tra protoni aventi carica positiva ed elettroni aventi carica negativa, li

tengono separati rendendo minima la loro repulsione. Più recentemente si è scoperto che neutroni e

protoni sono vincolati dalla forza nucleare forte. Protone e neutrone presentano massa molto simile,

-24 -24

rispettivamente 1,673*10 g e 1,675*10 g, ambedue pari a circa 1u; ma mentre il primo ha la più piccola

-19

carica elettrica positiva esistente (1,602*10 C), indicata con +1, il secondo non ha carica.

Il numero dei protoni presenti in un nucleo ne rappresenta il numero atomico, indicato con Z, che

caratterizza i diversi elementi. Le proprietà chimiche di un elemento dipendono dal numero di elettroni

posseduti. -28 -19

La massa dell’elettrone vale 9,11*10 g e la sua carica (-1,602*10 C) è la più piccola carica elettrica

negativa esistente, indicata per convenzione con -1. I neutroni tengono uniti i protoni nel nucleo e

determinano la massa dell’atomo; il numero dei neutroni presenti in un atomo si indica con N e non è

caratteristico di un elemento.

Il numero totale di particelle presenti nel nucleo, generalmente detti nucleoni, viene definito numero di

massa ed è indicato con A. A=N+Z

A: numero di massa in alto a sx Z: numero atomico (numero dei protoni) in basso a sx

Secondo Dalton tutti gli atomi di un elemento sono uguali tra loro; gli studi sulla radioattività e sui raggi

anodici hanno messo tuttavia in evidenza l’esistenza di atomi di uno stesso elemento che si diversificavano

per la massa. Poiché tutti presentano le proprietà chimiche di quell’elemento, devono avere un’unica

collocazione nella tavola periodica degli elementi; vennero quindi chiamati isotopi “che occupa lo stesso

posto” dal fisico Soddy. Il motivo della diversa massa presentata dagli isotopi sta nel diverso numero di

neutroni dal momento che per avere le stesse caratteristiche chimiche devono avere lo stesso numero di

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protoni. Pertanto: gli isotopi di un elemento sono atomi che hanno uguale numero di protoni, ma diverso

numero di neutroni. 3 2

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Testo discorsivo di teoria, comprende formule e spiegazioni necessarie e sufficienti per passare l'esame. Gli appunti trattano la storia della chimica con tutti i modelli atomici proposti, la teoria degli orbitali e dell'ibridazione; spiegazioni sulla tavola periodica, esperimenti per la scoperta di elettroni, protoni e neutroni. Vengono trattate le varie soluzioni e miscele, l'osmosi e i metodi di separazione dei componenti in soluzione.