Le particelle dell’atomo
Modulo 3 U.D. 1
Chimica
Prof. Augusto Festino
Liceo Scientifico “G. Salvemini”
A.S. 2005/06
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
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)
+
1,910-19
neutrone
-
spazio
esterno al
nucleo
0
1,910-19
data
E.Rutherford
1911
1
1,6745 10-24 g
nucleo
elettrone
1,6723 10-24 g
scopritore
J. Chadwich
1932
1
9,109610-28 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
