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le domande del giovane W parte seconda

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le domande del giovane W parte seconda

  1. 1. Le domande del giovane W<br />Parte seconda<br />L’atomo?<br />
  2. 2. AFFERMAZIONE N°4<br />Gli atomi non si potranno mai vedere<br />
  3. 3. Ma se inventiamo microscopi più potenti …<br />Non dipende dalla potenza dei microscopi. E’ un problema di<br />ordine di grandezza!<br />
  4. 4. Ordine di grandezza Atomo<br />10-10m<br />Luce visibile<br />380nm 750nm<br />Ordine di grandezza<br />10-6 -10-7m<br />
  5. 5. E’come se volessimo misurare lo spessore di un foglio di carta velina avendo a disposizione solo un metro da sarta!<br />
  6. 6. E se invece della vista provassimo ad usare altri sensi?<br />Bella idea!!!!!<br />
  7. 7. Hai ragione!Per esempio si può sfruttare qualcosa di simile al tatto:<br />L’ STM (microscopio a effetto tunnel), è una tecnica molto diffusa con la quale gli atomi vengono “sentiti” da una sorta di tatto strumentale, come se toccassi le cose con le mani artificiali invece di vederle<br />
  8. 8. Ernest Ruthefordnel 1911 fece un famoso esperimento usando, invece della luce, particelle alfa che sono in pratica dei nuclei di elio, quindi carichi positivamente<br />In questo esperimento si direziona un fascio di particelle alfa attraverso una lamina d’oro talmente sottile da poter essere attraversata da queste particelle cariche.  <br /> Intorno alla lamina c’è un detector specifico, quello che potrebbe essere inteso come un occhio sensibile a questi raggi<br />
  9. 9. Rutheford osservò che:<br /><ul><li>la stragrande maggioranza delle particelle non si spostava dalla sua traiettoria e arrivava dritta all’osservatore come fosse passata attraverso lo spazio vuoto.
  10. 10. Una porzione molto piccola di esse subiva una forte deflessione, come se si scontrasse con qualche ostacolo in grado di deviarne la direzione rispetto a quella iniziale, prima dell’attraversamento della lamina d’oro. </li></ul> <br />Questi ostacoli, davvero minimali rispetto alla superficie della lamina, erano i nuclei dell’oro, che di fatto costituivano gran parte della materia di cui erano fatti gli stessi atomi<br />
  11. 11. Ma questo mi ricorda … il vuoto e porta alla quinta affermazione!<br />tokenon<br />
  12. 12. AFFERMAZIONE N°5<br />Gli atomi sono principalmente spazio vuoto<br />
  13. 13. elettrone<br />Nucleo di elio<br />10-15m<br />1km<br />nucleo<br />10-10m<br />Se consideriamo l’atomo grande come un campo da calcio, il nucleo è una capocchia di spillo posta al centro.<br />
  14. 14. Non vi è solo la presenza di materia ad impedire il transito di ulteriore materia attraverso una porzione di spazio: si pensi ad esempio al campo repulsivo che un polo di una calamita crea intorno a sé nei confronti di una seconda calamita con la stessa carica<br />Ma perché non passo attraverso i<br />muri?<br />Non c’è materia ma ci sono forze che impediscono che questo spazio venga occupato<br />
  15. 15. Ma insomma,<br />come è fatto questo atomo!!!<br />
  16. 16. AFFERMAZIONE N°6<br />Gli atomi presentano una struttura modulare<br />e prevedibile<br />
  17. 17. Protoni, neutroni elettroni<br />Con queste tre particelle, in rapporti diversi e diversamente organizzate nello spazio e dal punto di vista energetico, sono costruiti tutti gli atomi esistenti, e di conseguenza tutte le molecole, a loro volta fatte da atomi, fino alle loro organizzazioni più complesse di tipo biologico o geologico.<br />
  18. 18. La struttura del nucleo<br />protoni(carichi positivamente) e neutroni (senza carica) tenuti insieme dall’ “interazione nucleare forte”,<br />una delle 4 forze fondamentali della natura (insieme all’interazione nucleare debole, all’elettromagnetismo ed alla gravità)<br />
  19. 19. Ben più complesso è il quadro della situazione relativamente agli elettroni, particelle cariche negativamente e di dimensioni nettamente più piccole di quelle dei protoni e dei neutroni<br />E gli elettroni?<br />
  20. 20. NielsBohr<br />e <br />Erwin Schrodinger<br /> Siamo nella prima metà del ‘900. dopo questi scienziati il modello atomico planetario non avrà più significato<br />
  21. 21. Ora<br />si parla in termini di:<br />orbitali e di probabilità<br />
  22. 22. Infatti, nei modelli atomici più attuali non possiamo individuare o prevedere la posizione esatta di un elettrone e al tempo stesso conoscerne con precisione il livello energetico: la sua localizzazione intorno all’atomo è di tipo probabilistico,<br />Heisemberg:<br />Principio di indeterminazione<br />
  23. 23. Orbitali<br /><ul><li>“gusci” elettronici che, racchiusi l’uno nell’altro, circondano il nucleo a diverse distanze.
  24. 24. All’interno di un guscio l’elettrone si muove senza seguire un percorso preciso, ma rimanendo “all’incirca” nei pressi della superficie descritta dal guscio medesimo. </li></ul>Potremmo perciò descrivere l’atomo utilizzando questi termini …<br />
  25. 25. Gli orbitali quindi<br />rappresentano una superficie <br />che unisce tutti i punti dello spazio tridimensionale intorno al nucleo dove gli elettroni in questione hanno il 95% di probabilità di essere presenti in quel momento<br />
  26. 26. Questo spiega la loro forma fantasiosa :<br />L’orbitale disegnato rappresenterà la porzione di spazio intorno al nucleo dove la probabilità di trovare l’elettrone in questione è uguale o superiore al 95%<br />
  27. 27. Ogni orbitale corrisponde ad <br />un livello di energia <br />che caratterizza gli elettroni in esso contenuti: quelli più interni, più fortemente richiamati dalle cariche positive del nucleo, corrispondono ad energie minori (sono infatti questi ad essere occupati quando gli elettroni nell’atomo sono pochi) e contengono al tempo stesso meno elettroni<br />
  28. 28. man mano che ci si sposta su orbitali elettronici più esterni, aumenta l’energia associata agli elettroni in essi contenuti (che quindi potranno essere “scalzati” più facilmente dall’atomo ad opera di interventi esterni). C’è inoltre la possibilità da parte degli stessi gusci esterni di contenere un numero maggiore di elettroni<br />
  29. 29. in un atomo, ogni singolo elettrone si trova di fatto in una situazione “personale” diversa, differenziandosi dagli altri per<br /><ul><li> livello energetico,
  30. 30. per sottolivello sempre energetico (divisione più fine),
  31. 31. Per l’orientamento spaziale del suo guscio nel caso di una sua forma appena meno simmetrica di una sfera,
  32. 32. ed infine per il senso della sua rotazione su sé stesso.  Ogni elettrone ruota infatti anche su sé stesso, e può farlo in senso orario o antiorario</li></li></ul><li>Dalla “configurazione elettronica” di un atomo, ovvero dalla esatta disposizione degli elettroni negli orbitali atomici, dipendono le più importanti caratteristiche dell’elemento che ne deriva: valenze possibili, reattività chimica e geometria delle molecole delle quali può entrare a far parte. <br />
  33. 33. Ma quanti tipi di atomi esistono?<br />
  34. 34. AFFERMAZIONE N°7<br />Gli atomi esistono in un centinaio di tipologie diverse.<br />
  35. 35. Precisamente 82 diversi tipi di atomi (elementi) presenti in natura sul nostro pianeta e stabili nel tempo.  <br /> A questi bisogna aggiungere una trentina di elementi, per lo più preparati artificialmente, di solito più pesanti e più instabili dei primi, alcuni dei quali possono esistere solo per brevi istanti prima di convertirsi negli atomi di altri elementi tramite reazioni nucleari spontanee, con relativa emissione di radiazioni<br />
  36. 36. Come si differenziano gli atomi?<br />Gli atomi si possono differenziare per numero di :<br />Protoni<br />Neutroni<br />elettroni<br />
  37. 37. Se la differenza è dovuta al numero di protoni gli atomi considerati rappresentano elementi chimici diversi.<br />   <br />Il numero di protoni contenuti nel nucleo rappresenta il <br />numero atomico<br /> ed è il fattore di base che pone la differenza fra un elemento ed un altro, <br />
  38. 38. Quando due atomi hanno lo stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni si tratta comunque dello stesso elemento, ma in aggiunta si dice che i due atomi sono isotopi fra loro.  <br />Isotopi diversi dello stesso elemento chimico avranno proprietà chimiche pressoché identiche (ad esempio formeranno gli stessi composti che godranno dello stesso tipo di reattività chimica),<br />
  39. 39. Potranno variare anche in modo significativo le proprietà fisiche tanto degli elementi allo stato nativo che dei loro composti (ad esempio il loro peso specifico, il loro punto di ebollizione e di fusione, ecc), e questo in funzione del fatto che l’atomo di un isotopo con più elevato numero di neutroni peserà individualmente di più di uno con un numero di neutroni inferiore. <br />
  40. 40. Il numero risultante dalla somma del numero dei protoni e dei neutroni contenuti nel nucleo di un atomo prende il nome di numero di massa<br />
  41. 41. Numero atomico 1<br />Numero atomico 2<br />Numero atomico 3<br />Esempio di topo<br />Esempi di isotopi<br />
  42. 42. Atomi con uguale numero di protoni e di neutroni ma diverso numero di elettroni (la differenza si gioca sempre negli orbitali energetici più esterni!) rappresentano stati di ossidazione differenti dello stesso elemento e si dicono ioni<br />
  43. 43. La variazione del numero di elettroni nei livelli energetici periferici di un atomo, a differenza di quelle relative al numero di protoni o neutroni, è oggetto di pertinenza della chimica <br />
  44. 44. AFFERMAZIONE N°8<br />Gli atomi (la maggior parte) hanno una forte tendenza a restare aggregati fra loro<br />
  45. 45. Perché è così difficile trovare in natura atomi isolati. ma si trovano quasi tutti sotto forma di molecola?<br />Perché aggregati raggiungono una maggiore stabilità<br />
  46. 46. Esistono diversi modalità di formazione di un legame chimico:<br />Possono entrare in gioco <br /><ul><li>forze come quelle di Van derWaal Nuvole elettroniche come nei legami metallici
  47. 47. “Cessioni o acquisti” di elettroni
  48. 48. condivisioni di elettroni</li></li></ul><li>L’argomento sarà trattato in modo più approfondito nei prossimi giorni.<br />
  49. 49. AFFERMAZIONE N°9<br />Gli atomi non si possono maneggiare singolarmente.<br />
  50. 50. Questo l’avevo capito anch’io<br />
  51. 51. il chimico non opererà mai sul singolo atomo, come neppure sulla singola molecola, bensì su una massa composta da un grandissimo numero di atomi o molecole dello stesso tipo, che come un gregge risponde alle stesse caratteristiche e si comporta nello stesso modo di fronte ad una sollecitazione esterna.<br />Quando compie una reazione in provetta, il chimico opera su parecchi miliardi di atomi o di molecole, contemporaneamente e nello stesso modo. <br />
  52. 52. NaOH + HCl NaCl+H2O<br />Il chimico ragiona su atomi e molecole ma lavora sulle masse<br />
  53. 53. AFFERMAZIONE N°10<br />Gli atomi non stanno mai fermi.<br />
  54. 54. Gli atomi non stanno mai fermi né al loro interno che reciprocamente l’uno rispetto all’altro <br />Ecco perché mi gira la testa!!!<br />
  55. 55. Le molecole d’acqua si muovono così!<br />
  56. 56. Le vibrazioni atomiche si intensificano con l’aumentare della temperatura, mentre in prossimità dello zero assoluto esse diventano minimali (ma a quanto pare non scompaiono del tutto), dando l’idea di una sorta di “congelamento” nella posizione reciproca degli atomi.<br />
  57. 57. AFFERMAZIONE N°11<br />L’atomo in sé stesso è probabilmente più oggetto di interesse del fisico che non del chimico.<br />
  58. 58. La chimica, infatti, si occupa del livello di organizzazione della materia che, partendo appunto dall’atomo, descrive, prevede e caratterizza i suoi stati aggregativi via via più complessi, costituiti da due, alcuni, diversi o moltissimi atomi, le molecole appunto, o anche gli ioni, i radicali … in pratica tutto ciò che viene oggi descritto come<br />specie chimica<br />
  59. 59. . In verità le scoperte in campo chimico effettuate nella storia dell’uomo fino all’inizio del XX secolo ed in particolare subito prima, nel XIX secolo (metodi di sintesi inorganica ed organica, metodi di analisi, fino alla scoperta di nuovi elementi), sono state fatte tranquillamente senza conoscere davvero nulla della struttura dell’atomo.<br />
  60. 60. Questo significa che nel nostro corso di chimica non tenteremo di risolvere l’equazione di Schrödinger e che le nostre conoscenze sull’ atomo saranno quelle necessarie per cercare di rispondere alle domande relative ai fenomeni chimici che incontreremo nel nostro percorso <br />

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