ESERCIZI AGGIUNTIVI MODULO 5 Struttura degli atomi e proprietà
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ESERCIZI AGGIUNTIVI MODULO 5 Struttura degli atomi e proprietà chimiche Tema: Modelli atomici Rispondi brevemente alle domande 1. Qual è la struttura del modello atomico di Rutherford? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2. Quali correzioni apportò Bohr al modello atomico di Rutherford? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3. Che cosa si intende per orbitale? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4. Come sono costituiti i nuclei atomici? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5. Che cosa sono le reazioni nucleari? Quali reazioni nucleari possono avvenire su larga scala? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... RISPOSTE ADEGUATE 1. La caratteristica essenziale del modello atomico di Rutherford è la distinzione tra il nucleo, piccolissimo e di massa estremamente concentrata, e gli elettroni che ruotano intorno ad esso. 2. Bohr modificò il modello di Rutherford introducendo il concetto di orbita discontinua o “quantica”: gli elettroni possono cioè trovarsi intorno al nucleo soltanto a distanze ben precise, a ciascuna delle quali corrisponde un determinato livello energetico. 3. L’orbitale (che sostituì l’orbita di Bohr) è la zona dello spazio intorno al nucleo in cui è più probabile che si trovi un elettrone. Si possono avere orbitali sferici e orbitali con forme diverse; a ciascuno compete un determinato livello energetico. 4. I nuclei atomici sono costituiti da protoni carichi positivamente (in numero fisso per ciascuna specie atomica) e da neutroni, privi di carica, in numero variabile. A ciò è dovuto il fenomeno dell’isotopia. 5. Si tratta di trasformazioni dei nuclei prodotte, in genere, dal bombardamento degli atomi con diversi tipi di particelle. Le sole reazioni conosciute che possono avvenire su larga scala sono la fissione di nuclei pesanti e la fusione di nuclei leggeri. Tema: Gusci elettronici e sistema periodico Rispondi brevemente alle domande 1. Che cosa sono i “gusci” elettronici? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2. Come sono distribuiti i diversi orbitali nei successivi gusci? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3. Quanti elettroni può contenere ciascun orbitale? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4. Con quale criterio si possono “riempire” successivamente i diversi orbitali? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5. Che cosa si può “ricostruire” in base al progressivo riempimento degli orbitali? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... RISPOSTE ADEGUATE 1. Sono le zone intorno al nucleo, che si susseguono a distanza crescente. Ciascun guscio è individuato da un livello energetico principale e da alcuni sottolivelli. 2. Il primo guscio è formato da un solo orbitale sferico (cioè come si usa dire, di tipo s); il secondo e il terzo da un orbitale di tipo s e da tre di tipo p. Nei gusci successivi, oltre a orbitali s e p, si incontrano anche orbitali di tipo d e f. 3. In ciascun orbitale si possono avere al massimo due elettroni. 4. Gli elettroni si collocano dapprima negli orbitali con livello energetico inferiore, poi, quando questi sono completi, “salgono” al livello immediatamente superiore. 5. La sequenza degli elementi che vengono “ricostruiti” con il progressivo riempimento degli orbitali corrisponde a quella presente nella tavola di Mendeleev. Si chiarisce così l’origine microscopica della periodicità. Tema: Gusci elettronici esterni e regola dell’ottetto Rispondi brevemente alle domande 1. In relazione alla struttura elettronica, da che cosa dipendono le consuete proprietà chimo-fisiche di un elemento? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2. Come sono distribuiti gli elettroni nei gusci esterni di ciascuno dei gruppi principali della tavola di Mendeleev? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3. Che cos’è l’energia di ionizzazione? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4. Come varia l’energia di ionizzazione nei diversi gruppi della tavola di Mendeleev? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5. In che cosa consiste la regola dell’ottetto? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... RISPOSTE ADEGUATE 1. Le proprietà chimico-fisiche di un elemento non dipendono tanto dalla configurazione elettronica completa, quanto da quella del guscio più esterno. 2. Nel primo gruppo (metalli alcalini) si ha un solo elettrone nel guscio esterno; nel secondo due, nel terzo tre e così via, fino a un massimo di otto nell’ottavo gruppo (gas nobili). 3. L’energia di ionizzazione è quella necessaria per “strappare” un elettrone da un atomo. 4. L’energia di ionizzazione è piccola per gli atomi che hanno un solo elettrone nel guscio esterno e va crescendo all’aumentare del loro numero, fino al valore massimo di otto. 5. Le specie atomiche con otto elettroni esterni (gas nobili) possiedono la configurazione più stabile, cioè di minima energia potenziale: per questo motivo gli atomi di qualsiasi elemento tendono spontaneamente a completare l’“ottetto” esterno. Tema: Legami chimici Rispondi brevemente alle domande 1. Quali sono i principali tipi di legame chimico? (Elencali senza descriverli.) ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2. In che modo e per quale ragione si formano i legami covalenti? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3. Che cosa differenzia un legame covalente omopolare da uno eteropolare? Come può risultare la molecola nei due casi? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4. Che cos’è l’elettronegatività? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5. In che cosa consiste un legame ionico? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... RISPOSTE ADEGUATE 1. Legame covalente, omopolare o eteropolare, legame ionico, legame metallico. 2. Due atomi vicino possono sovrapporre i propri orbitali esterni, condividendo così una o più coppie di elettroni. Se in questa situazione si completa l’ottetto, il sistema diventa più stabile e si forma perciò un legame covalente tra i due atomi. 3. Il legame omopolare si forma tra due atomi uguali, quello eteropolare tra due atomi diversi. In questo secondo caso gli elettroni condivisi possono essere spostati più verso un atomo che verso l’altro e si forma così una molecola polarizzata. 4. L’elettronegatività è la tendenza di una specie atomica ad attirare verso di sé gli elettroni condivisi in un legame covalente eteropolare. 5. Un legame ionico si può considerare come la situazione limite a cui tende un legame covalente fortemente polarizzato: l’elettronegatività dei due atomi può essere così diversa che uno di essi si impadronisce completamente degli elettroni condivisi. Si formano in tal modo uno ione positivo e uno negativo, tenuti insieme dall’attrazione elettrostatica. Tema: Interazioni molecolari Rispondi brevemente alle domande 1. La polarizzazione dei legami covalenti (eteropolari) può incidere sulla forma delle molecole? (Fai riferimento al caso dell’acqua.) ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2. Le molecole polarizzate possono legarsi tra loro? (Fai ancora riferimento al caso dell’acqua.) ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3. Perché l’acqua può scindere facilmente composti ionici? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4. L’acqua può scindere anche composti non ionici, ma fortemente polarizzati? Come si separano, in acqua, gli acidi e le basi? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5. Quali effetti può avere la polarizzazione dei legami nel caso di molecole complesse, come zuccheri e proteine? ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... RISPOSTE ADEGUATE 1. Sì. Nell’acqua, ad esempio, i due atomi di idrogeno hanno una sensibile carica positiva, per cui si respingono e si dispongono in modo asimmetrico. 2. Sì: le parti positive possono legarsi a quelle negative. Nel caso dell’acqua, tra l’idrogeno di una molecola e l’ossigeno di un’altra si formano i cosiddetti ponti idrogenici. 3. Perché le molecole d’acqua possono unirsi sia agli ioni positivi sia agli ioni negativi, e allontanarli gli uni dagli altri. 4. Sì: l’acqua scioglie facilmente anche composti non ionici ma con molecole fortemente polarizzate, come acidi e basi. In questo caso l’acqua attira in senso opposto le zone positive e negative, per cui le molecole si spezzano lasciando gli elettroni condivisi da una sola parte. Acidi e basi vengono così separati in ioni diversi, positivi (la parte metallica) e negativi (i restanti gruppi di atomi). 5. Nel caso degli zuccheri i ponti idrogenici possono provocare lo spostamento di atomi di idrogeno e la chiusura ad anello delle molecole. Nel caso delle proteine, i ponti idrogenici portano alla formazione di strutture a spirale, che possono essere ulteriormente complicate da altri legami secondari all’intero di una stessa molecola. Commenta brevemente ciascuna immagine Scrivi qui sotto (due-tre righe per figura, non di più). 1. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................... RISPOSTE ADEGUATE 1. La figura illustra il fenomeno dell’isotopia, dovuto alla presenza nel nucleo di una stessa specie atomica di un diverso numero di neutroni. 2. La figura mostra che il riempimento con elettroni dei successivi orbitali degli atomi può essere paragonato alla disposizione in un contenitore di diversi strati di palline, dal fondo verso l’alto. 3. La figura mostra schematicamente il meccanismo di formazione di un legame covalente. 4. La figura mostra la torsione della molecola di una proteina, dovuta all’effetto dei ponti idrogenici interni. COMPLETA CON UNA PAROLA 1. In ogni atomo, gli elettroni si dispongono in modo da riempire progressivamente gli orbitali di livello ........................................ 2. Le consuete proprietà chimico-fisiche di un elemento sono legate alla configurazione del guscio elettronico più ........................................ 3. Un legame ionico si può considerare la situazione limite di un legame covalente ........................................ VERO / FALSO 4. Il fondamentale aspetto del modello atomico di Rutherford, che si può considerare ancora valido, è la distinzione tra nucleo (di dimensioni piccolissime) ed elettroni. VF 5. Una configurazione elettronica esterna del tipo s2 p1 corrisponde ai metalli alcalini. VF 6. Le proprietà dell’acqua come solvente dipendono dalla polarizzazione delle sua molecole. V F SCEGLI UNA RISPOSTA 7. Il nucleo degli atomi è formato da … A) B) C) D) … protoni ed elettroni. … protoni e neutroni. … neutroni ed elettroni. … protoni, neutroni ed elettroni. 8. Per assumere la configurazione di un gas nobile, un alogeno deve … A) B) C) D) … acquistare un elettrone, in modo da completare l’ottetto esterno. … acquistare sette elettroni, in modo da completare l’ottetto esterno. … cedere un elettrone, in modo da “scoprire” il guscio completo. … cedere sette elettroni, in modo da “scoprire” il guscio completo. 9. La formazione di un singolo legame è dovuta in ogni caso … A) B) C) D) … a un nucleo messo a disposizione da un atomo. … a una coppia di nuclei messa a disposizione da uno stesso atomo. … a un elettrone messo a disposizione da un atomo. … a una coppia di elettroni messa a disposizione da uno stesso atomo. 10. Le molecole delle proteine … A) B) C) D) … sono formate da atomi tutti uguali. … sono formate da molecole più semplici, tutte identiche, legate insieme. … sono formate da molecole più semplici, completamente diverse l’una dall’altra, legate insieme. … sono formate da molecole più semplici, simili tra loro, legate insieme. SOLUZIONI 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. inferiore esterno eteropolare V F V B A C D
