Nozioni e lezioni, Elementi di Chimica

LA STRUTTURA ATOMICA DELLA MATERIA

Tutta la materia è composta di atomi; lo si è verificato sperimentalmente.

gli atomi sono a loro volta composti di particelle ancora più piccole e quindi sono dotati di una struttura complessa.

I PRIMI MODELLI ATOMICI

1. J. Dalton (1803) — atomo come sfera indivisibile di materia compatta
2. Scoperta dell'elettrone (1890) — era la prima particella subatomica scoperta con i tubi di Crookes
   • Con una grande tensione dal catodo si generano dei raggi che creano una fluorescenza del fondo del tubo grazie a una sostanza
   • raggi catodici → raggi emessi dal catodo
   • essi erano in grado di far girare un mulinello, avevano quindi massa propria → sono particelle vere e proprie e le hanno chiamate elettroni
3. J. J. Thompson (1904) — secondo modello atomico basato sulla scoperta dell'elettrone
   • atomo come sfera caricata positivamente
   • la natura della carica era ignota, gli elettroni erano all'interno dell'atomo (modello plum pudding)
4. Esperienze di Rutherford (1911) — chiarisce la natura della carica ignota degli atomi
   • bombarda con particelle α dei sottili fogli metallici
   • le particelle α hanno carica positiva doppia rispetto a quella dell'elettrone

alcune particelle trapassavano il foglio, mentre altre rimbalzavano.

Altre ancora colpivano il foglio e passavano oltre deviate.

Secondo Rutherford, le particelle deviate colpivano qualcosa cioè il nucleo, che conteneva cariche positive.

Quelle che passavano oltre incontravano degli spazi vuoti, occupati dagli elettroni.

• terzo modello atomico
• modello di Rutherford
• modello planetario

Dagli angoli di deviazione, attraverso laboriosissimi calcoli, è riuscito a determinare il numero di protoni presente nei nuclei dei vari elementi.

Tuttavia il n° dei protoni e gli elettroni non coincideva con la massa totale dell’atomo.

• mancavano i neutroni!

S° J. Chadwick (1932) ➔ scopre i neutroni.

Tutte le specie chimiche con lo stesso numero di elettroni hanno lo stesso comportamento chimico.

• Z = n° atomico = n° di protoni contenuti nel nucleo
• Z = n° di elettroni (negli atomi neutri)

NUCLIDI ED ISOTOPI

Un nuclide è una specie chimica caratterizzata da una ben determinata composizione del nucleo. Il nuclide è rappresentato con il simbolo dell'elemento, accompagnato da due indici (A e Z).

• A = n° di massa
• Z = n° atomico

A = n° di massa = somma tra i neutroni e i protoni

Vengono chiamati isotopi i nuclidi di uno stesso elemento caratterizzati da uno stesso numero atomico ma aventi un diverso numero di massa.

Gli isotopi occupano la stessa posizione nella tavola periodica.

Gli isotopi di un elemento sono presenti in natura secondo l'abbondanza isotopica naturale.

Si è osservato sperimentalmente che i gas reali, a bassa pressione, hanno tutti lo stesso comportamento. Questo fatto ha indotto, per estrapolazione, a immaginare un “intero” e “gas modello”, rappresentativo di qualsiasi gas reale, a bassa pressione. A questo “modello” si ricava una forma analitica semplice. Tuttavia non esiste in natura un gas ideale, o modello del gas reale.

Un gas ideale è un gas che presenta le seguenti caratteristiche:

• non ci sono forze di attrazione tra le particelle, infatti sono di un gas “perfetto” (molecole costituite tra loro);
• le particelle sono puntiformi, cioè non hanno volume.

Viceversa, le caratteristiche di un gas reale sono:

• presenza di forze di attrazione tra le particelle;
• le particelle possiedono un loro volume proprio.

Il modello dei gas ideali segue l’equazione di stato dei gas perfetti, mentre i gas reali seguono delle equazioni molto complesse.

L’equazione di Van Der Waals.

Usando il modello esemplificato della teoria cinetica e verificando sperimentalmente, è ricavata l’equazione di stato dei gas perfetti.

Negli esperimenti effettuati si è compresso con un pistone 1 mole di gas conosciuti come perfetti a determinata temperatura, e si sono registrate le variazioni di pressione e volume.

- 1° esperimento → T: 373,15 K (100°C)

lim _{P → 0}

PV/m = 30,621

l·atm / mol

- 2° esperimento → T: 273,15 K (0°C)

lim _{P → 0}

PV/m = 22,414

l·atm / mol

→ volume escluso per 1 molecola = _8Vm/² = 4V_m

→ volume escluso per 1 mol = 4V_m · N_A = 4N_AV_m

→ 4N_AV_m = b → Covolume (valore tabulato)

→ (P + _a/^V_m2) (V_m – b) = RT → equazione di Van der Waals.

LA LIQUEFAZIONE DEI GAS

Si può trasformare un gas in un liquido abbassando la temperatura o aumentando la pressione.

• Diminuendo la temperatura diminuisce l'E_c delle molecole fino a che essa diventa dell'ordine di grandezza delle forze di attrazione delle particelle in tal caso lo stato liquido.
• Aumentando la pressione le molecole interagiscono più sensibilmente tra di loro e di fatti si ha liquefazione.

Per liquefare un gas per compressione occorre avere una temperatura inferiore alla temperatura critica (Esso varia per ogni gas) Al di sopra della temperatura critica la velocità del moto molecari prevale sempre sulle forze di attrazione.

Sotto la temperatura critica il gas viene definito "vapore".

Il comportamento dei gas in vicinanza e al di sotto della T_c è stato studiato nel 1869 da Andrews.

Il grafico creato da Andrews si chiama grafico a campana.

Quando si arriva all'isoterma critica si ha un punto di flesso a tangente orizzontale.

Il gradino è sempre più pronunciato man mano che si scende di temperatura.

Agendo con un pistone, partendo da una condizione simile a quella nel punto A, si giunge a C e si formano le prime gocce di liquido. Si aggiunge lentamente C a B fino a liquefazione. La curva poi è verticale perché i liquido sono incomprimibili.

Nel tratto da B a C diminuisce la quantità di vapore e diminuisce il volume, la pressione è costante quindi.

d_L = _RT/^p d = const

d - const = RT - const

→ anche la pressione è costante.

3)

I parametri che caratterizzano un'onda elettromagnetica sono:

• ampiezza (A): è l’altezza massima raggiunta dalla cresta dell’onda.

• Intensità (I): è l'energia per unità di volume e coincide con la densità dell'energia dell'onda in un punto. Si può dimostrare come l'intensità media sia proporzionale ad A².

I = K · A² oppure B_max o E_max

• Periodo (T): è il tempo che intercorre tra due creste dell’onda, ovvero il tempo necessario per compiere un'oscillazione completa. [s]

• Frequenza (ν): indica il numero di oscillazioni compiute in un secondo.

ν = ₁/^T [s^-1] = [Hz]

• Lunghezza d'onda (λ) è lo spazio percorso dalla radiazione nel tempo di un periodo

[spazio] = [velocità] · [tempo]

→ λ = v · T [m]

poiché T = ₁/^ν allora λ = _v/^ν

• Numero d'onda (ξ): ξ = ₁/^λ

4)

Una radiazione elettromagnetica caratterizzata da un solo valore di frequenza si dice monocromatica mentre un insieme di radiazioni monocromatiche costituisce una radiazione policromatica.

TEORIA DI PLANCK

Un qualsiasi corpo a qualsiasi temperatura emette radiazioni invisibili. L’intensità della radiazione emessa dipende dalla frequenza in modo diverso a seconda del corpo.