GLI ATOMI, I LEGAMI E LE REAZIONI

L’ATOMO E’ COSTITUITO DA
PARTICELLE
GLI ATOMI, I LEGAMI
E LE REAZIONI
LA SCOPERTA DELL’ELETTRONE
• L’esperimento di Thomson con i tubi di
Crookes ha portato alla scoperta degli
elettroni, particelle cariche negativamente
che costituiscono le radiazioni definite
raggi catodici.
• gli elettroni sono contenuti negli atomi di
tutti gli elementi;
• quando vengono separati dagli atomi, gli
elettroni sono tutti uguali tra loro, perciò il
vero costituente della materia è l’atomo.
• Le ricerche successive a Dalton hanno
dimostrato che ogni atomo è costituito da
particelle subatomiche (fine 1800- inizio
1900).
• Scoperta particelle subatomiche:
- elettrone 1897
Thomson;
- protone
1911
Rutherford;
- neutrone 1932
Chadwich.
• Thomson riuscì a determinare anche il
rapporto carica/massa dell’elettrone,
misurando la deviazione che i raggi
catodici subivano al variare dell’intensità
del campo magnetico.
• esempi di altre particelle subatomiche:
- positrone
1932;
(antielettrone)
- muone
1937;
- pione
1947;
- neutrino
1956;
- gluone
1979;
- bosone di Higgs 2012
osservato al CERN;
- 7
•
•
•
IL NUMERO ATOMICO IDENTIFICA UN
ELEMENTO CHIMICO
NUMERO ATOMICO (Z)
• indica il numero di protoni presenti nel
nucleo di un atomo;
• è uguale al numero di elettroni;
•
•
•
6C
7N
8O
6 protoni
6 elettroni
7 protoni
7 elettroni
8 protoni
8 elettroni
• Il numero atomico è caratteristico di ogni
elemento ed è la grandezza fondamentale
che lo identifica.
1H
2H
3H
1 protone
1 elettrone
0 neutroni
1 protone
1 elettrone
1 neutrone
1 protone
1 elettrone
2 neutroni
235U
238U
92 protoni 92 protoni
92 elettroni 92 elettroni
143 neutroni 146 neutroni
NUMERO DI MASSA (A) =
NUMERO PROTONI+ NUMERO NEUTRONI
ISOTOPI
• Atomi dello stesso elemento (stesso
numero atomico → stesso numero di
protoni) ma masse diverse perché
contengono diverso numero di neutroni.
• esempi:
12C
13C
14C
6 protoni
6 protoni
6 protoni
6 elettroni
6 elettroni
6 elettroni
6 neutroni 7 neutroni
8 neutroni
il carbonio-14 è un isotopo radioattivo del
carbonio che decade emettendo particelle
β secondo la seguente equazione:
misurando l’emissione β del 14C residuo in
un reperto archeologico possiamo risalire
all’età del reperto.
Tempo di dimezzamento:
5.574 anni.
conoscendo il numero atomico e il numero di
massa di un elemento si può calcolare il
numero di neutroni contenuti nel suo nucleo:
n° = A - Z
LA REGOLA DELL’OTTETTO AIUTA A
COMPRENDERE PERCHE’ SI
FORMANO I LEGAMI
• gli elettroni di valenza sono i più esterni;
• un atomo ha maggior stabilità quando tutti
i suoi elettroni si trovano nei livelli
energetici più bassi;
• gli elettroni di valenza sono il livello più
esterno.
[INTRODURRE CONCETTO
DISTRIBUZIONE ELETTRONICA]
• 8 elettroni (ottetto) nello strato di valenza
indicano stabilità.
REGOLA DELL’OTTETTO DI LEWIS
(1916)
un atomo raggiunge il massimo della
stabilità
acquistando,
cedendo
o
condividendo elettroni con un altro atomo
in modo da raggiungere l’ottetto nella sua
configurazione elettronica esterna, simile a
quella del gas nobile nella posizione più
vicina nella tavola periodica.
I PRINCIPALI LEGAMI SONO IL
COVALENTE E LO IONICO
• i principali legami chimici (covalente e
ionico) sono una conseguenza della
regola dell’ottetto;
• quando formano un legame chimico gli
atomi
cercano
di
raggiungere
la
configurazione elettronica esterna più
stabile;
• la configurazione elettronica più stabile è
raggiunta:
- mettendo in comune
(→ legame covalente)
- cedendo o acquistando
(→ legame ionico)
elettroni fino a completare l’ottetto (o
comunque fino a completare un livello
elettronico).
NEL LEGAME COVALENTE GLI
ELETTRONI SONO CONDIVISI
• il legame covalente si forma quando
due atomi mettono in comune una
coppia di elettroni;
• gli
elettroni
sono
messi
in
compartecipazione
per
raggiungere
l’ottetto e appartengono in contemporanea
a entrambi gli atomi che li condividono.
• i legami covalenti possono essere:
1) covalenti puri;
2) covalenti polari.
• il legame covalente può essere:
• singolo: se è condivisa una sola coppia di
elettroni;
• doppio: se sono condivise due coppie di
elettroni;
• triplo: se sono condivise tre coppie di
elettroni.
[N.B. CONCETTO DI
ELETTRONEGATIVITA’]
LEGAME COVALENTE POLARE
• atomi di natura diversa possono mettere in
compartecipazione i loro elettroni di
valenza, ma esercitano sugli elettroni di
legame una diversa forza attrattiva
(elettronegatività) e si forma così un
legame covalente polare.
• gli elettroni non si trovano più al centro fra
i due atomi, ma sono spostati più verso
l’atomo a maggiore elettronegatività su cui
si forma una parziale carica negativa (δ–);
• l’altro atomo acquisisce una parziale
carica positiva (δ+);
• la molecola prende il nome di dipolo.
NEL LEGAME IONICO GLI ELETTRONI SI
TRASFERISCONO
• se le caratteristiche degli atomi che si
legano sono nettamente diverse (forte
differenza di elettronegatività) uno dei due
atomi attrarrà fortemente gli elettroni
mentre l’altro li respingerà;
• l’atomo che perde elettroni diventa ione
positivo;
• l’atomo che acquista elettroni diventa ione
negativo;
• in seguito al trasferimento di elettroni gli
ioni di carica opposta che si sono formati
resteranno uniti mediante un’intensa forza
di attrazione elettrostatica;
• il legame ionico si stabilisce attraverso
il trasferimento di uno o più elettroni da
un atomo all’altro;
• gli atomi diventati ioni restano tramite una
forza di tipo elettrostatico.
• gli ioni in un composto ionico sono disposti
secondo uno schema ben preciso e
possono dar luogo a un reticolo
cristallino.
[LEGAME METALLICO]
• gli atomi metallici possono mettere in
comune gli elettroni di valenza, che
vengono condivisi tra più nuclei;
• il legame metallico è dovuto all’attrazione
fra gli ioni metallici positivi e gli elettroni
mobili che li circondano;
• tanto più forte è il legame metallico, tanto
più sono numerosi gli elettroni mobili;
• la mobilità degli elettroni più esterni
conferisce le caratteristiche proprietà
metalliche:
– lucentezza;
– conducibilità termica ed elettrica;
– malleabilità;
– duttilità.
DURANTE LE REAZIONI SI ROMPONO E
SI FORMANO I LEGAMI
• durante le reazioni il numero di atomi si
deve conservare
→ legge di Lavoisier
→ bilanciamento delle reazioni
• in una reazione chimica i legami che
costituiscono i reagenti si rompono per
formare legami nuovi nei prodotti;
• esempio:
H
H + O
H
H
O
=