Appunti Chimica

DIMENSIONE DI UN ATOMO:

• diametro 10^-10m

• nucleo diametro 10-14m

ISOTOPI: gli atomi di una stessa natura chimica (stesso numero atomico = stesso numero di protoni e elettroni) ma con

differente numero di massa, in questo caso diverso numero di neutroni. Dal punto di vista chimico sono uguali.

Dalton diceva che gli atomi di una stessa specie chimica sono tra loro uguali e anche se questo non sia proprio vero proprio per

l'esistenza degli isotopi, la teoria di Dalton risulta comunque plausibile in quanto, la differenza a sui si riferisce, è quella data

da un differente comportamento chimico.

MASSA DI UN ATOMO: Se volessimo esprimerla in grammi è piccolissima, quindi è molto scomodo. Per esprimere la massa di

un atomo e quindi state introdotto un’unità di misura di massa atomica Uma che è uguale a un dodicesimo nella massa

dell’isotopo 12 del carbonio. Un dodicesimo perché in natura tutti gli atomi hanno una massa espressa in Uma che è maggiore

di uno, inoltre l’isotopo 12 è il più abbondante il più stabile di tutti.

Molecola: è una specie costituita da più atomi, è un’entità responsabile delle proprietà chimiche di quella determinata

sostanza, detta sostanza molecolare. Nota bene non tutte le sostanze sono molecolari, per cui possiamo parlare di entità

costitutive.

Ione: è un’entità Sub microscopica che non è elettricamente neutra. Il caso più semplice di ione è quello monoatomico, cioè

lo ione che si ottiene da un atomo a cui o togli elettroni(carica positiva), o immetti elettroni (Carica negativa).

Lo ione può essere anche una specie poliatomiccon elettroni in difetto o in eccesso appunto

La struttura dell’atomo:

il modello di rutherfurd ci ha fatto capire che l’atomo è prettamente disomogeneo.

Appena router Ford propose il suo modello nucleare dell’atomo, sorge un importante problema: un nucleo è un elettrone si

attraggono reciprocamente e quindi, affinché rimangano separati, l’energia associata al moto degli elettroni ovvero l’energia

cinetica deve bilanciare l’energia di attrazione ovvero l’energia potenziale.

Però secondo la teoria di Maxwell l’elettromagnetismo, gli elettroni in orbita intorno al nucleo avrebbero dovuto Emettere

radiazioni e quindiperdere rapidamente Energia. A causa di questa perdita di energia gli elettroni dovevano precipitare sul

nucleo seguendo una traiettoria a spirale. Ciò ovviamente non avviene perché gli atomi sarebbero tutti crollati inoltre lo

spettro di emissione dei gas non è continuo ma righe.

Allora ci chiediamo sia anche il modello di fosse errato. In realtà il modello è giusto ma le conoscenze dell’epoca non erano

ancora mature per dare una giustificazione della stabilità dell’atomo.

Quali erano le conoscenze dell’epoca e i progressi fatti che hanno portato alla giustificazione della stabilità dell’atomo?

Con il progresso scientifico si è raggiunta una maggiore conoscenza della struttura dell’atomo, grazie soprattutto agli studi

nelle interazioni tra luce e materia cioè la spettrometria.

La natura della luce:

NB: la luce è una radiazione elettromagnetica, perché ad essa sono associati un campo elettrico e un campo magnetico che si

propagano come delle onde ortogonali tra di loro. Le conoscenze dell’epoca ci dicevano che la luce si comporta come un’onda

descritta attraverso il modello ondulatorio, mentre in matematicamente viene espressa tramite una funzione sinusoidale.

la luce visibile è un tipo di radiazione elettromagnetica, come i raggi X microonde eccetera, ed ha proprietà ondulatorie

descritte Da:

• frequenza (v): e il numero dei cicli subiti dall’onda nell’unità di tempo espressa 1/sec cioè hz Herz.

In generale la frequenza di un fenomeno periodico è il numero di volte in cui esso si ripete nell’unità di tempo.

λ):

• Lunghezza d’onda( È la distanza tra un punto qualsiasi di un’onda e il punto corrispondente dell’onda successiva

per esempio tra una cresta e la cresta successiva. L’unità di misura nella spettroscopia è Armstrong. A= 10^-10 m

La velocità di propagazione di un’onda(m/s) È data dal prodotto della sua frequenza per l’ampiezza D’onda. Nel vuoto tutti i

tipi di radiazione si propagano alla velocità C=2,9979 x 10^8 m/s Che è la velocità della luce.

Dato che è costante allora sono legati da una proporzionalità inversa: Una radiazione con frequenza alta ha

una lunghezza d’onda piccola e viceversa.

L’ampiezza di un’onda e l’altezza di una cresta. L’ampiezza misura l’intensità dei campi magnetici ed elettrici. L’energia della

radiazione luminosa dipende dall’intensità e non dalla frequenza.

Lo spettro elettromagnetico:

Le onde dello spettro si propagano tutte alla stessa velocità nel vuoto ma differiscono nella frequenza e nella lunghezza

d’onda. Lo spettro viene diviso in intervalli.

L’occhio umano percepisce differenti lunghezze d’onda ho frequenze della luce, come differenti colori del russo O del

violetto.

Dal primo all’ultimo abbiamo che la frequenza diminuisce mentre la lunghezza d’onda aumenta appunto per poter arrivare a

dare una giustificazione della stabilità dell’atomo, dobbiamo focalizzarci sulla spettrometria.

Natura particella della luce:

tra i fenomeni riguardanti la materia e la luce in particolare consideriamo:

1) Radiazione del corpo nero

2) Effetto fotoelettrico

3) Gli spettri atomici

1. Radiazione del corpo nero

Un corpo nero e un oggetto teorico che assorbe il 100% della radiazione che incide su di esso. Perciò non riflette alcuna

radiazione e Appare nero. Nessun materiale assorbe tutta la radiazione incidente, la grafite mi assorbe il 97% ed è anche

perfetto per emettere radiazioni.

Se considero una fornace con una cavità, l’energia che entra da un piccolo foro viene assorbita dalle pareti della fornace che si

riscaldano e Emettono radiazioni restituendo completamente tutta l’energia assorbita.

Invece quando un corpo assorbe l’energia senza emetterla la sua temperatura aumenta; analizzando lo spettro dell’energia

elettromagnetica che il corpo emette notiamo che:

• All’aumentare della temperatura l’energia totale emessa cresce perché aumenta l’area sottesa dalla curva, Diminuisce

la lunghezza d’onda massima, ovvero aumenta la frequenza della radiazione emessa.

I risultati sperimentali ottenuti studiando gli spettri di emissione di un corpo Incandescente Erano in disaccordo Con la fisica

classica secondo la quale era prevista una catastrofe ultravioletta Secondo cui un corpo nero in equilibrio termico con

l’ambiente emetterebbe radiazioni elettromagnetiche infinite. Secondo la teoria classica elementi oscillanti ad alta frequenza a

temperatura ambiente dovrebbero emettere uv,gamma e raggi X.

PLANK

Questo fisico tedesco cerco un modello che potesse giustificare i risultati sperimentali. Ipotizzo che l’iterazione tra materia e

luce avviene per trasferimento di quantità discrete di energia chiamate i quanti, ciascuno di energia pari a:

Quindi, quando la luce interagisce con la materia trasferisce dei pacchetti di energia proporzionale alla frequenza dei quanti.

Successive interpretazioni dell’ipotesi di plank stabilirono che la radiazione emessa da un corpo a temperatura elevata è

emessa dagli atomi di cui è costituito. Se un atomo puoi mettere solo certe quantità di energia, vuol dire che ne può possedere

solo alcune, l’energia di un atomo quindi è quantizzata: L’energia è discretizzata, non è continua è presente solo in

determinate quantità fisse e viene trasferita mediante pacchetti predefiniti.

Un atomo varia il suo stato energetico emettendo o assorbendo una o più quantità di energia e la sua energia è uguale alla

differenza tra gli Stati energetici dell’atomo.

Giustificazione di plank:

secondo plank il corpo nero è costituito da particelle elementari che assorbendo energia radiante dall’esterno aumentano la

loro temperatura e quindi la loro energia cinetica ed iniziano ad oscillare.

Oscillando emettono radiazioni, ma l’energia di questa radiazione contrariamente ai principi classici non può assumere valori

qualsiasi. L’energia È emessa in quantità definite pacchetti che dipendono dalla frequenza di oscillazione alle radiazioni di alte

frequenze corrispondono valori di energia più elevati cioè a piccole lunghezze d’onda corrispondono pacchetti di energia più

grandi.

• A basse temperature: Le particelle non hanno abbastanza energia per oscillare con quelle frequenze e quindi non si

vedrà emissione di radiazione ad alta frequenza.—>emissione infrarosso a basse t

• Ad alte temperature : le particelle avranno abbastanza energia per emettere pacchetti di radiazione a frequenze via

via più alte—>emissione nell’uv ad alte t

2. Effetto fotoelettrico

prendiamo la superficie di un metallo e la colpiamo con una radiazione luminosa; quello che succede, è che il metallo emette

elettroni, i quali si allontanano dalla superficie metallica con una certa energia cinetica, velocità.

Gli elettroni sono cariche elettriche, se sono in movimento, rappresentano una corrente elettrica >>quindi accade che può

generare una corrente elettrica.

IDEA QUALITATIVA: la materia è fatta da atomi strutturati secondo il modello di Rutherford, dove gli elettroni restano

confinati entro un certo volume senza scappare via, grazie al nucleo carico positivamente; a causa di questa attrazione gli

elettroni non si staccano dal nucleo diventando elettroni liberi. Una volta che interviene una radiazione elettromagnetica

esterna, questa dà energia alla parte "più accessibile" degli atomi, ovvero gli elettroni. Quindi se questa energia è sufficiente a

vincere l'attrazione che c'è tra elettroni e nucleo (quindi l'ampiezza dell'onda è alta sufficientemente),

si possono creare elettroni liberi che si allontanano dal metallo a una certa velocità, generando corrente fotoelettronica

RISULTATO SPERIMENTALE: esiste un valore di frequenza soglia, che dipende unicamente dal tipo di metallo considerato,

oltre il quale si ha emissione di elettroni liberi, quindi aumentando la frequenza abbiamo che l'energia cinetica dell'elettrone

emesso, varia linearmente all'aumentare della frequenza, MA l'ampiezza non incide minimamente. Motivo per cui il modello

ondulatorio non è adatto a descrivere questo fenomeno.

per giustificare questo esperimento interviene Ein