Chimica generale - elementi, atomi e composti

Elementi, atomi e composti

La materia

Per materia si intende qualsiasi oggetto o corpo dotato di massa e di volume. La materia è formata da sostanze pure e da miscele e viene identificata mediante le sue proprietà fisiche (che possono essere estensive, se dipendono dalle dimensioni del campione, o intensive se non dipendono dalle dimensioni) e le sue proprietà chimiche.

Elementi e composti

Elementi: Sostanze pure o individui chimici.

Composti: Materia omogenea o soluzioni di elementi.

Miscele: Miscele di composti e di elementi possono essere eterogenee o miscugli di elementi + composti.

Per massa di un corpo si intende la quantità di materia che costituisce il corpo. La massa è la capacità del corpo di opporsi ad ogni cambiamento del suo stato di quiete. L'unità di misura è il chilogrammo (kg).

Il peso di un corpo (P) rappresenta la forza con cui il corpo è attratto dalla terra per la forza di gravità. Esso è dunque una forza ed è misurato in newton (N). La massa di un corpo è costante in ogni luogo, invece, il peso varia al variare della posizione del corpo poiché varia l'accelerazione di gravità.

Stati di aggregazione della materia

La materia si può presentare in tre diversi stati di aggregazione: stato gassoso, liquido e solido.

• Stato gassoso: Nello stato gassoso, la materia è composta da particelle in continuo movimento che occupano tutto il volume a loro disposizione. I gas non hanno quindi né forma né volume propri.
• Stato liquido: Nello stato liquido, la materia è costituita da particelle tra le quali si esercitano forze di coesione superiori a quelle che tendono ad allontanarle; pertanto, i liquidi hanno volume proprio ma non forma.
• Stato solido: Nello stato solido, la materia si presenta sotto forma di particelle legate da potenti forze di attrazione e di coesione, superiori a quelle che tendono ad allontanarle; perciò, i solidi hanno volume e forma propri.

Quando una porzione di materia può esistere stabilmente nei tre stati fisici, essa può passare da uno stato all'altro mediante dei processi fisici chiamati passaggi di stato della materia.

L'atomo e la molecola

L' atomo è la struttura nella quale è organizzata la materia nel mondo fisico. Più atomi formano le molecole; mentre gli atomi stessi sono a loro volta formati da costituenti subatomici quali protoni, neutroni ed elettroni.

La teoria atomica è dunque la teoria fisica secondo la quale tutta la materia è costituita da unità elementari chiamati atomi.

Come abbiamo detto prima, l’atomo è formato dalle seguenti componenti:

• Protoni (carichi positivamente) e neutroni (privi di carica) formano il nucleo; per questo motivo i protoni e neutroni sono detti anche nucleoni.
• Elettroni (carichi negativamente) sono presenti nello stesso numero dei protoni e ruotano attorno al nucleo senza seguire un'orbita precisa, rimanendo confinati all'interno degli orbitali (o livelli energetici).

Per identificare i diversi atomi vengono utilizzate due diverse quantità:

• Numero di massa (A): La somma del numero di neutroni e protoni nel nucleo.
• Numero atomico (Z): Il numero dei protoni nel nucleo, che, allo stato neutro, corrisponde anche al numero di elettroni esterni ad esso.

Quando un atomo si trova allo stato neutro, significa che il numero di protoni è uguale a quello di elettroni. Per ricavare il numero dei neutroni, si sottrae al numero di massa il numero atomico.

Esiste una grandezza che quantifica la massa di ogni atomo ed è definita peso atomico (più correttamente massa atomica), espresso in unità di massa atomica (u.m.a. o Dalton (Da)), dove una unità di massa atomica equivale alla dodicesima parte della massa di un atomo di ¹²C (carbonio-12) e vale approssimativamente 1,66 × 10^-27 kg.

Due atomi possono differire anche se hanno lo stesso numero atomico ma diverso numero di massa. Tali atomi sono detti isotopi ed hanno medesime proprietà chimiche. Se due nuclei contengono lo stesso numero di protoni, ma un numero differente di neutroni, i due nuclei avranno lo stesso comportamento chimico, ma avranno comportamenti fisici differenti, essendo uno più pesante dell'altro. Gli isotopi sono suddivisi in stabili e non stabili (o isotopi radioattivi).

• 1 H = Prozio
• 2 H = Deuterio
• 3 H = Trizio
• 12 C = Carbonio-12
• 13 C = Carbonio-13
• 14 C = Carbonio-14

Gli atomi non hanno un contorno ben definito, in quanto la distanza degli elettroni rispetto al nucleo varia in ogni istante ed è influenzata dalle condizioni energetiche dell'atomo. Per tale ragione le dimensioni degli atomi possono essere definite in diversi modi; in particolare...