Isobari - Scuolab
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GENERALITÀ SUL NUCLEO ATOMICO INDICE Introduzione all’atomo Modelli atomici Struttura dell’atomo 1. 2. 3. 4. 5. 6. Isotopi Isobari Isotoni Isomeri Per concludere Bibliografia Fine INTRODUZIONE ALL’ATOMO Viviamo in un mondo modulare, cioè costituito da miriadi di strutture fondamentali estremamente piccole. Infatti tutto ciò che ci circonda è il risultato di una combinazione di un centinaio di atomi differenti. Più precisamente in natura si trovano 92 specie di atomi differenti. Il più leggero è l’idrogeno, il più pesante è l’uranio. Un’altra decina di atomi è stata prodotta artificialmente in laboratorio. INDICE I MODELLI ATOMICI MODELLO SECONDO THOMSON Al problema del modello atomico per primo cercò di dare una risposta J.J.Thomson, lo scopritore degli elettroni. Egli propose il primo modello atomico secondo il quale l’atomo è una sfera di raggio 10-10 m circa contenente al suo interno gli elettroni ed, essendo l’atomo neutro, una massa positiva tale da bilanciare la carica negativa degli stessi elettroni. Il modello di Thomson, sebbene INDICE spiegasse alcuni effetti osservabili e nonostante la maggior parte degli scienziati dell’epoca fosse convinta che era stata imboccata la giusta via, PER CONCLUDERE… era destinato a essere superato in breve tempo. I MODELLI ATOMICI MODELLO SECONDO RUTHERFORD Solo pochi anni più tardi infatti E. Rutherford compì un esperimento che dette un contributo essenziale alla comprensione della struttura atomica. Due suoi ricercatori, H.Geiger e E.Marsden, bombardarono una sottilissima laminetta d'oro con particelle a provenienti da una sorgente radioattiva; all'epoca Rutherford sapeva solo che queste particelle erano molto pesanti e cariche positivamente. Secondo il modello di Thomson, le particelle a avrebbero dovuto attraversare la laminetta senza subire deflessioni dalla loro traiettoria rettilinea poichè il modello di atomo da lui proposto prevedeva una distribuzione omegenea di carica e le particelle a non avrebbero dovuto trovare percorsi differenti all'interno della laminetta. I risultati furono alquanto differenti: la maggior parte delle particelle a passava senza subire deflessioni, un certo numero veniva deviato di angoli anche considerevoli, alcune particelle erano addirittura rimbalzate indietro. Alcuni anni dopo così Rutherford commentò i suoi risultati: “Fu l’evento più incredibile che mi fosse mai capitato: [era] se si fosse sparato un proiettile da quindici pollici su un pezzo di carta velina e [questo] fosse ritornato indietro a colpirvi". Rutherford spiegò questo risultato con la proposta di un nuovo modello atomico secondo cui l’atomo era una piccolissima sfera neutra composta da un nucleo carico positivamente, di raggio circa 10-14 m intorno al quale orbitano gli elettroni. Il modello di Thomson fu sostituito allora da quello di Rutherford, più veritiero ed elaborato, ma anche questo lasciava problemi insoluti. Il modello atomico di Rutherford INDICE PER CONCLUDERE… I MODELLI ATOMICI IL MODELLO SECONDO BOHR Niels Bohr propose un nuovo modello atomico, entrato a far parte dei fondamenti della meccanica quantistica. Secondo Bohr, gli elettroni ruotavano su orbite circolari e ben distinte tra loro. Inoltre essi infine emettono onde elettromagnetiche soltanto quando passano da un’orbita esterna a una più interna. Secondo quest'idea le orbite dell'elettrone venivano, quindi, quantizzate. Nonostante il successo, il modello di Bohr non fu accettato da tutti i fisici, soprattutto a causa delle innovazioni introdotte dall'unione della fisica meccanica con quella quantistica. Lo stesso Rutherford, il 20 Marzo 1923, rispose così ad una lettera di Bohr in cui esponeva la sua teoria ed i risultati ottenuti: "Le Sue idee […] sono molto ingegnose e sembrano funzionare bene; ma la mescolanza di vecchia fisica a nuova fisica mi sembra [..] un paradosso". INDICE PER CONCLUDERE… I MODELLI ATOMICI E POI… ? Il modello di Bohr, per quanto ormai vicinissimo alla realtà, lasciava ancora dei quesiti senza risposta. In seguito Arnold Sommerfeld riuscì ad ampliare questo modello, generalizzando ed aumentando le condizioni di quantizzazione imposte da Bohr. Grazie a queste e ad altre nuove idee i risultati delle misure sperimentali erano sempre più facilmente spiegabili. Lo sviluppo della compressione dell'atomo crebbe esponenzialmente, fin tanto che nel 1932 J.Chadwick pose l'ultimo tassello nella costruzione definitiva del modello atomico, scoprendo il neutrone. INDICE Per concludere … L’atomo La struttura dell'atomo L'atomo è la più piccola parte della materia che conserva le proprietà chimiche di un elemento; è composto da un nucleo centrale, circondato da elettroni che orbitano attorno ad esso. Il nucleo Il nucleo atomico è costituito da due tipi di particelle: i protoni, che hanno carica positiva, ed i neutroni, che sono elettricamente neutri ed hanno massa leggermente superiore a quella dei protoni. Quindi il nucleo è elettricamente positivo. Protoni e neutroni vengono generalmente indicati con il nome di nucleoni. INDICE Il nucleo di un atomo Il protone (p+) possiede una massa circa 1836 volte maggiore di quella dell'elettrone e carica elettrica positiva unitaria, uguale a quella di un elettrone ma di segno opposto. Il neutrone (n°) possiede massa circa 1838 volte maggiore di quella dell'elettrone e non possiede carica elettrica. Il un nucleo atomico il numero di protoni (che è sempre uguale al numero di elettroni) è detto numero atomico. Esso (convenzionalmente indicato con Z) varia da elemento ad elemento e caratterizza la specie chimica. Il numero N dei neutroni presenti nel nucleo di un atomo si determina facendo la differenza tra il numero di massa (indicato con A) dell’atomo (cioè il numero globale dei protoni e dei neutroni N) ed il numero atomico: N=A–Z Il numero di massa si ottiene invece: A=Z+N Il nucleo dell’atomo alluminio (Z = 13, A = 27) è costituito da 13 protoni ed elettroni e da 27–13=14 neutroni. Esso viene indicato allora con il simbolo . In generale scriviamo: dove X indica l’elemento chimico. Gli atomi rappresentati in questo modo prendono il nome di nuclidi. INDICE ISOTOPI ISOBARI ISOTOPI Atomi di uno stesso elemento possono avere differente numero di neutroni. In questo caso atomi di stesso elemento che hanno lo stesso numero di protoni (cioè lo stesso numero atomico) ma differente numero di neutroni (cioè differente numero di massa) si dice che sono isotopi di quell'elemento. I neutroni non influiscono sulle proprietà chimiche di un atomo (perché determinato dai protoni e dagli elettroni), perciò due isotopi manifestano lo stesso comportamento nel corso delle reazioni chimiche. Certi isotopi sono instabili, in quanto possiedono un eccessivo numero di neutroni nel nucleo: essi tendono ad acquistare stabilità emettendo dal nucleo particelle radioattive (come le particelle alfa, beta e gamma) in modo da raggiungere un diverso rapporto tra protoni e neutroni. Questi isotopi sono detti radioisotopi. Un esempio è l'Uranio 235 utilizzato nei reattori nucleari. INDICE Per concludere … I diversi elementi chimici sono presenti in natura con un numero di isotopi variabile. L'isotopo 1 dell'idrogeno, detto anche prozio, di gran lunga il più abbondante in natura, non possiede neutroni nel nucleo (1-1=0). L'isotopo 2 possiede 1 neutrone nel nucleo (2-1=1) e il suo nome è deuterio. L'isotopo 3 possiede 2 neutroni nel nucleo (3-1=2), è radioattivo e il suo nome è trizio. I tre isotopi dell'idrogeno possiedono quindi lo stesso numero atomico, si comportano chimicamente nello stesso modo ma hanno numero di neutroni variabile e quindi massa differente. INDICE Per concludere … Isobari Sono isobari elementi differenti (diverso numero atomico Z) che presentano lo stesso numero di massa (A). Un esempio di isobari sono: Entrambi hanno A = 7, ma il carbonio ha Z = 6 mentre l’azoto ha Z = 7 INDICE Per concludere … Isotoni Ci sono nuclidi aventi stesso numero di neutroni, ma differente numero di protoni (differente numero atomico) e quindi un differente numero di massa A. Isotoni aventi un dato N (numero di neutroni), non corrispondono allo stesso elemento chimico. Un esempio di isotoni sono: Entrambi hanno N = 7, ma il carbonio ha Z= 6 mentre l’azoto ha Z = 7 INDICE Per concludere … Isomeri Sono forme di uno stesso elemento, identiche nella composizione nucleare (Z e A uguali), che si differenziano per lo stato di eccitazione del nucleo. Alcuni elementi, infatti, rimangono in stato eccitato per un tempo misurabile (da 12 secondi fino ad alcune ore) prima di decadere ad un livello energetico inferiore attraverso un'emissione di fotoni gamma per transizione isomerica. Tale condizione è detta "stato metastabile". Normalmente, infatti, un nucleo che si trova ad un livello energetico superiore (in stato eccitato) libera l'energia in eccesso, sotto forma di radiazione gamma, riportandosi al livello energetico più basso in un tempo inferiore a 13 secondi. Esempio di isomero è il Tecnezio 99 metastabile (99mTc), di fondamentale importanza in medicina nucleare. INDICE Per concludere … PER CONCLUDERE… … PER CONCLUDERE… …PER CONCLUDERE Differenze tra isotopi, isobari, isotoni e isomeri Numero atomico Numero di massa Numero di neutroni Proprietà chimiche Isotopi Uguale Diverso Diverso Uguale Isobari Diverso Uguale Diverso Diverso Isotoni Diverso Diverso Uguale Diverso Isomeri Uguale Uguale Uguale Uguale INDICE BIBLIOGRAFIA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Complementi di Chimica ed Elettrochimica 3, Pestino, Zanichelli Corso di Chimica e Fisica, Audesirk, Einaudi Scuola Corso di Fisica per temi, Garagiola – Iotti, La nuova Italia Corso di Fisica sperimentale 2, Caforio - Ferilli, Le Monnier Fenomeni fisici, Nobel, Ferraro editore Laboratorio di chimica, Flaccavento – Romano, Fabbri editori Enciclopedia Microsoft Encarta Enciclopedia Rizzoli - Larousse FONTI IN INTERNET 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. http://www.bioenergyresearch.com http://fisica.cib.na.cnr.it http://www.icmatelica.it http://www.itg-rondani.it http://www.quipo.it/atosi/numero2/modelli.htm http://scienzapertutti.inf.infh.it http://www2.enel.it http://www.itcmarconi.it http://www.ct.astro.it/aol/chimicanucleare.com http://www.vialattea.net/esperti/fis/ddm http://www.uranioimpoverito.it/glossario.htm http://www.liceoflacco.it Fine ____________ HOME
