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Le particelle dell’atomo
Modulo 3 U.D. 1
Chimica
Prof. Augusto Festino
Liceo Scientifico “G. Salvemini”
A.S. 2005/06

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
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)
J.J. THOMPSON
Scoperta dell’elettrone
e-
H+
Animazione esperimento di Thomson
Esperimento di Thomson
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


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
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
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++ -
+
β
e
α
+
Esperimento di Rutherford
Progetto di esperimento
ipotesi
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

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 poloniofunge da “mitragliatrice”
si studiano i “frammenti”
degli atomi di oro colpiti e
spezzati


Esperimento di Rutherford
Animazione 1
Animazione 2



materiale
polonio che emette
particelle α
foglia d’oro
contattore Geiger
montato su meccanismo
che ruota attorno alla
lamina
procedimento
Esperimento di Rutherford
conclusioni

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
modello atomico di
Rutherford (1911)
- nel nucleo è concentrata tutta la
carica 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
NUMERO ATOMICO
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)
particelle subatomiche
Esercizio
NOME
protone
dove si
trova
nucleo
+
carica
massa
quantità
(coulomb)
(grammi
unità chimica)
+
1,910-19
neutrone
-
spazio
esterno al
nucleo
0
1,910-19
data
E.Rutherford
1911
1
1,6745 10-24 g
nucleo
elettrone
1,6723 10-24 g
scopritore
J. Chadwich
1932
1
9,109610-28 g
1/1836
J.J. Thomson
1897
Esercizio 1
Esercizio 2
Atomi, Molecole e Ioni
Particle
Location
Weight
Charge
Proton
Nucleus
1.0073 amu
Positive
(+1)
Neutron
Nucleus
1.0087 amu
Neutral
Electrons
Electron Cloud
0.000549 amu
Negative
(-1)
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
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
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
Carta di identità di un elemento
numero protoni (Z)
+
numero neutroni
Numero di massa
(A)
Numero atomico (Z)
Numero protoni
12
6
C
simbolo
dell’elemento
Numero atomico e numero di massa
Identifica l’elemento : è uguale
in tutti gli atomi di un elemento
NUMERO ATOMICO (Z )
numero protoni
atomo elettricamente neutro
numero protoni = numero elettroni
numero neutroni
può essere diverso in atomi dello stesso elemento
si ricava : A
Z
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 (ίσος τόπος) nella tavola
che classifica gli elementi in base al numero atomico
(v. tavola periodica)
• per questo sono chiamati
isotopi
Figure 3.10: Two isotopes of
sodium.
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
massa atomica relativa e peso atomico
• unità di massa atomica ( u.m.a. o dalton) = 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:
12 C:
13C:
0,015%
3H:
instabile
peso atomico
media, in base alle frequenze,
delle masse atomiche
degli isotopi dell’elemento
98,89%
1,11%
14C:
instabile
peso atomico
del carbonio
12,011
Fine