Le particelle dell’atomo Modulo 3 U.D. 1

1. Le particelle dell’atomoModulo 3 U.D. 1 Chimica Prof. Augusto Festino Liceo Scientifico “G. Salvemini” A.S. 2005/06

2. La natura elettrica della materia • Le particelle fondamentali • I modelli atomici di Thomson e Rutherford • Numero atomico, numero di massa e isotopi • Il nucleo dell’atomo e le sue trasformazioni (facoltativo)

3. J.J. THOMPSON H+ e- Scoperta dell’elettrone Animazione esperimento di Thomson Esperimento di Thomson • Nel 1897 identifica nei raggi catodici le particelle più piccole che formano la materia: gli elettroni • Gli elettroni hanno una massa di 9,1·10-28 grammi, pari a circa 1/2000 dell’atomo più leggero, idrogeno H • portano una carica di segno (– ) pari a 1,6·10-19 coulomb • hanno sempre le stesse caratteristiche, qualunque sia il materiale da cui provengono

4. MODELLO A “PUDDING” Thomson nel 1906 presentò il modello dell’atomo come • un insieme di particelle con carica positiva, massicce e voluminose, tra le quali si muovevano • gli elettroni, con massa molto inferiore e con carica negativa ma uguale a quella delle particelle positive per cui • l’atomo elettricamente neutro è formato da parti positive e negative in numero uguale

5. + + α β e Ernest RUTHERFORD • Nel 1899 inizia a studiare la natura delle radiazione α e β emesse da elementi radioattivi • Particelle β sono gli elettroni -e-- • Particelle α sono nuclei di elio con due cariche positive - He++ -

6. Esperimento di Rutherford Progetto di esperimento ipotesi • una foglia d’oro è costituita da pochi strati di atomi voluminosi e massicci (modello di Thomson) • una sorgente radioattiva di particelle α -come il polonio- funge da “mitragliatrice” • si studiano i “frammenti” degli atomi di oro colpiti e spezzati • se esistono atomi che “si spezzano” spontaneamente, come dimostrato dagli esperimenti dei Curie e di Becquerel sulla radioattività (Nobel 1903) • è possibile “rompere” artificialmente l’atomo in laboratorio • e dall’analisi dei “pezzi” ricavarne la struttura

7. Esperimento di Rutherford Animazione 1 procedimento Animazione 2 materiale • polonio che emette particelle α • foglia d’oro • contattore Geiger montato su meccanismo che ruota attorno alla lamina

8. Esperimento di Rutherford • quasi tutta la massa dell’atomo occupa una ridottissima porzione del suo volume totale, al centro  nucleo • esso è costituito da particelle positive-protoni- e probabilmente da altre neutre . • Il nucleo è, perciò, elettricamente positivo • gli elettroni, dotati di carica elettrica negativa, ruotano su orbite a grande distanza dal nucleo, come pianeti attorno al sole • quando protoni ed elettroni sono nello stesso numero, l’atomo è elettricamente neutro conclusioni

9. modello atomico di Rutherford (1911) - nel nucleo è concentrata tutta lacarica positiva dell’atomo e la gran parte della massa di esso • raggio dell’atomo 10-8 cm • raggio del nucleo  10-12 cm • - la carica del nucleo corrisponde al numero dei protoni che contiene e viene chiamata il nucleo è 10.000 volte più piccolo dell’intero atomo di cui fa parte 10-12  = 10-4 10-8 gli elettroni vengono trattenuti dal nucleo mediante forze di natura elettrostatica (coulombiane) NUMERO ATOMICO

15. particelle subatomiche Esercizio + -

17. Esercizio 1Esercizio 2

18. Atomi, Molecole e Ioni Nota: visto che gli atomi hanno un numero uguale di elettroni e protoni, non hanno una carica elettrica netta 1 amu = 1.66054 x 10-24 g

19. Atomi, Molecole e Ioni • Tutti gli atomi di un elemento hanno lo stesso numero di protoni nel nucleo • Siccome la carica netta di un atomo è 0, l’atomo deve contenere un numero uguale di elettroni • E i neutroni? Il loro numero può variare. Gli atomi che differiscono solo nel numero di neutroni si chiamano isotopi. Visto che il neutrone ha una massa di 1.0087 amu (il protone è 1.0073), diversi isotopi hanno diverse masse. Esercizio sulla struttura atomica Esercizio sugli isotopi 1 Esercizio sugli isotopi 2

20. Atomi, Molecole e Ioni Tutti gli atomi di carbonio (C) hanno 6 protoni e 6 elettroni. Il numero di protoni dell’atomo di carbonio si denota in basso a sinistra del simbolo atomico: Questo numero è chiamato numero atomico (Z) e siccome è sempre 6 per il carbonio è ridondante e usualmente si omette. Un altro numero, il numero di massa (A) esprime la somma di protoni e neutroni presenti nel nucleo: N. Neutroni = 12 -6 = 6 N. Neutroni = 14 -6 = 8

21. numero protoni (Z) + numero neutroni Numero di massa (A) simbolo dell’elemento Numero atomico(Z) 12 Numero protoni 6 C Carta di identità di un elemento

22. Numero atomico e numero di massa NUMERO ATOMICO (Z ) numero protoni Identifica l’elemento : è uguale in tutti gli atomi di un elemento atomo elettricamente neutro numero protoni = numero elettroni numeroneutroni può essere diverso in atomi dello stesso elemento si ricava : A  Z

23. isotopi • il numero di neutroni del nucleo di atomi dello stesso elemento può variare ma non variano le proprietà chimiche dell’elemento • atomi dello stesso elemento (stesso numero atomico) possono avere diverso numero di massa • occupano lo stesso posto (ίσοςτόπος) nella tavola che classifica gli elementi in base al numero atomico (v. tavola periodica) • per questo sono chiamati isotopi

24. Figure 3.10: Two isotopes of sodium.

25. Isotopi H e C i 3 isotopi dell’idrogeno stesso numero atomico (Z=1) diverso numero di massa: 1, 2, 3 i 3 isotopi del carbonio stesso numero atomico (Z=6) diverso numero di massa: 12, 13, 14

26. massa atomica relativa e peso atomico • unità di massa atomica ( u.m.a. odalton) = 1/12 dell’isotopo 12 del carbonio (12C) • massa atomica relativa = rapporto tra la massa di un atomo e l’ u.m.a. peso atomico dell’idrogeno 1,0079 1H:99,985% 2H: 0,015% 3H: instabile peso atomico 12 C: 98,89% 13C: 1,11% 14C: instabile media, in base alle frequenze, delle masse atomiche degli isotopi dell’elemento peso atomico del carbonio 12,011

28. Fine