Atomi e molecole - Istituto Comprensivo Lari

ATOMI e
MOLECOLE
Prof. R. Coianiz
Sommario
Gli elementi
I simboli chimici
L’atomo
Le particelle elementari
La disposizione degli elettroni
Il numero atomico (Z)
Il peso atomico (A)
La tavola periodica degli elementi
La rappresentazione degli elementi
Gli elementi e i composti chimici
Gli elementi
In natura esistono, in tutto,
92 elementi naturali, individuati,
in genere, con l’iniziale maiuscola
del loro nome… latino.
Sono GLI STESSI
92 in tutto
l’universo!
Ecco i principali (molti li conosci già):
H idrogeno (dal francese hydrogène)
C carbonio
N azoto (dal latino nitrogenum)
O ossigeno
F fluoro
P fosforo (dal latino phosphorum)
Na sodio (dal latino natrium)
S zolfo (dal latino sulphur)
…
Questi elementi naturali sono fatti
da atomi, che possiamo immaginare
come minuscole palline
o come bolle.
Che cosa li distingue uno dall’altro?
Le particelle di cui sono fatti.
Le particelle elementari
Ogni atomo è una particella costituita da
un nucleo e dagli elettroni che si muovono
intorno ad esso.
Il nucleo è a sua volta formato da
particelle chiamate protoni e neutroni.
elettroni
nucleo
Clicca e guarda l’animazione
di un atomo di carbonio
In questo atomo si vede che gli elettroni non si trovano tutti alla
stessa distanza dal nucleo
I livelli energetici
Gli elettroni si dispongono a distanze
precise dal nucleo, chiamate livelli
energetici o gusci energetici, che
possiamo immaginare come superfici di
sfere; gli elettroni che hanno più energia
riescono a stare a maggiore distanza dal
nucleo
I livelli energetici
I livelli energetici
I livelli energetici sono sette e
contengono un numero massimo e preciso
di elettroni:
Il 1° ne contiene al massimo 2
Il 2° e il 3° al massimo 8 ciascuno
Il 4° e il 5° al massimo 18 ciascuno…
proprio dalla disposizione degli elettroni più esterni dipende la
capacità di un atomo di formare legami con altri atomi.
L’atomo più “leggero” è anche quello più
semplice, l’idrogeno (H), formato da un
solo protone (e da un solo elettrone).
L’atomo più pesante è l’uranio (U),
formato da 92 protoni (e 92 elettroni).
Gli atomi sono quindi formati dalle
seguenti particelle subatomiche:
carica
elettrica
particella
simbolo
elettrone
e
protone
+
p
+
neutrone
n
(neutro)
massa
trascurabile
1
1
L’atomo di idrogeno
Z=1
A=1
1
1
H
L’atomo di elio
Z=2
A=4
He
2
4
L’atomo di carbonio
Z=6
A = 12
C
6
12
Nel nucleo dell’atomo
di carbonio ci sono 6
protoni e 6 neutroni
ed intorno ad esso si
muovono 6 elettroni.
Numero atomico (Z)
I diversi atomi sono caratterizzati dal
numero di protoni che possiedono,
detto numero atomico (Z).
Gli elettroni sono nello stesso numero dei
protoni, nell’atomo neutro.
In genere nel nucleo ci sono tanti neutroni
quanti protoni (eccetto l’idrogeno).
Gli elementi sono stati ordinati, secondo il numero
di protoni (Z) crescente, in una speciale tabella,
detta
TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI.
(va letta seguendo le righe)
come si vede, il
carbonio occupa la
posizione numero 6
perché ha 6 protoni
Clicca sul pulsante e
guarda una tavola
periodica interattiva
Tavola periodica degli elementi
Perché gli atomi sono diversi tra loro
Osserva le prossime rappresentazioni degli atomi,
in cui è rappresentato il nucleo con un pallino al
centro e sono stati messi in evidenza solo gli
elettroni.
Che cosa noti?
numero di elettroni = 1
numero di elettroni = 2
numero di elettroni = 3
numero di elettroni = 4
numero di elettroni = 5
numero di elettroni = 6
numero di elettroni = 7
numero di elettroni = 8
numero di elettroni = 9
numero di elettroni = 10
numero di elettroni = 11
numero di elettroni = 12
numero di elettroni = 13
numero di elettroni = 14
numero di elettroni = 15
numero di elettroni = 16
numero di elettroni = 17
numero di elettroni = 18
numero di elettroni = 19
numero di elettroni = 20
numero di elettroni = 26 !
numero di elettroni = 92 !!!
Si vede che:
- il numero di elettroni cresce di uno alla
volta, come i protoni;
- gli elettroni si dispongono a distanze via via
crescenti dal nucleo, su “gusci sferici”
chiamati livelli energetici;
- gli elettroni aggiuntivi occupano via via il
livello energetico più esterno.
Un periodo della Tavola periodica, cioè una
riga, corrisponde al riempimento del livello
energetico più esterno: quando è pieno, cioè
contiene il numero massimo di elettroni che
può ospitare, finisce una riga della Tavola e
si arriva al gas nobile dell’ultima colonna,
cioè in fin di riga.
Peso atomico (A)
La massa di un atomo, cioè la sua quantità di
materia, non si può misurare certo in chili, ma
neppure in grammi, che sono quantità enormi.
Come unità di misura viene utilizzata la massa
stessa del protone, che vale 1:
massa del protone = 1
massa del neutrone = 1
massa dell’elettrone = trascurabile
(è circa 2000 volte più piccola,
per cui non si considera)
Peso atomico (A)
La massa di un atomo, quindi, è praticamente
tutta concentrata nel suo nucleo ed è data
solo dalla somma delle masse di protoni e
+
neutroni: A = p + n
Numero atomico e peso atomico si indicano
a sinistra del simbolo dell’atomo, con
simbolo
piccoli indici: numero atomico
A
Z
peso atomico
A
dell’atomo
Quindi, ad esempio:
il carbonio ha 6 protoni nel nucleo, per cui:
 il suo numero atomico è 6
 ha anche 6 elettroni
 ha 6 neutroni nel nucleo (tanti quanti i
protoni), quindi il peso atomico è 12, cioè
la massa dei protoni più quella dei neutroni.
Z numero atomico
A peso atomico
6
C
12
Come si rappresentano gli atomi
Gli atomi si
rappresentano
mediante delle
palline;
quelli più
utilizzati hanno
dei colori di
riferimento.
H
idrogeno
P
fosforo
C
carbonio
S
zolfo
O
ossigeno
N
azoto
Elementi chimici
idrogeno
elio
ossigeno
atmosferico
azoto
Gli elementi chimici
sono formati da uno o
più atomi dello stesso
tipo.
zolfo
Legami chimici
Gli atomi hanno la capacità di legarsi fra
loro, grazie a legami chimici, formando
così le molecole. Questa capacità è
dovuta al fatto di mettere in comune gli
elettroni presenti sul livello energetico
più esterno: ogni coppia di elettroni
messa in comune corrisponde ad un
legame chimico.
Le molecole
I legami chimici vengono rappresentati da
barrette che uniscono i pallini fra loro.
Ogni volta che due o più atomi si legano
fra loro, si forma una molecola…
Le molecole
…come l’acqua, formata da due
atomi di idrogeno ed uno di ossigeno,
secondo la nota formula chimica H2O.
I legami possono anche essere
sottintesi, per cui si rappresentano solo gli atomi, vicini fra
loro.
Formule chimiche
La formula chimica indica il tipo ed il
numero di atomi presenti:
H2O
2 H (si indica con un numero
piccolo, in basso, detto indice)
(1) O (l’1 è sottinteso)
Composti chimici
I composti chimici sono
formati da atomi di tipo
diverso, e perciò sono
acqua H2O tutti molecole.
biossido di carbonio
(anidride carbonica)
metano CH4
CO2
ammoniaca
NH3
Composti chimici
Gli elementi di partenza possono essere anche
molto diversi.
+
Na
sodio
metallo tenero
=
Cl
cloro
gas verdastro,
velenoso
NaCl
sale da cucina
solido trasparente,
innocuo
Le molecole
acqua
H 2O
metano
CH4
ammoniaca
NH3
ossigeno
atmosferico
O2
CO2
biossido di carbonio
cioè anidride carbonica
(che formula ha?)
Le molecole: zuccheri
glucosio
C6H12O6
saccarosio
(formato da due molecole
di glucosio legate)
Le molecole
alcool etilico
C2H5OH
cloroformio
(contiene cloro, in verde)
CHCl3
Atomi e molecole,
elementi e composti
elementi
atomi
(raccolti nella
Tavola periodica)
molecole
(composte da
almeno due atomi)
composti
He, Ne, Ar… (gas
nobili: atomi “solitari”)
H2, O2, N2, S8…
(atomi dello stesso
tipo)
H2O, CH4, CO2,
H2O2, NH3, H2SO4,
C6H12O6…
Formule di struttura
H
O
H
H
H
C
H
H
O
C
O
Poiché la formula
chimica non spiega
come sono disposti gli
atomi fra loro, si
utilizzano le formule
di struttura per
visualizzare i legami.
Riassumendo
il discorso…
formule
chimiche
H2O
reazioni
chimiche
si rappresentano
mediante
sostanze
pure
si combinano
nelle
possono essere
Es: ossigeno
Es: acqua
composti
elementi
formati da
uno o più
si uniscono
atomi
grazie a
costituiti da
particelle
elementari
cioè
legami
chimici
protoni
neutroni
elettroni
e formano le
grazie
a cui
vengono
ordinati
nella
costituiti da
atomi di tipo
diverso, uniti in
molecole
Tavola
periodica
degli
elementi