Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
1
5. Le teorie della
materia
5.1 Il concetto di
atomo ha radici
antiche
Il concetto di atomo • 1
•
Le prime ipotesi sulla struttura della
materia si basavano esclusivamente
su argomentazioni di tipo filosofico.
Valitutti Tifi Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011
4
Il concetto di atomo • 2
“La materia non è continua
come sembra, ma è formata
da particelle piccolissime”
Leucippo (450 a.C)
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
5
Il concetto di atomo • 3
•
Un suo discepolo, Democrito, chiamò
atomi queste particelle.
•
L’idea atomistica della materia fu
osteggiata da Platone e Aristotele.
•
Fu ripresa in seguito da Lucrezio (95-
55 a.C.) nel De rerum natura.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
6
Il concetto di atomo • 4
•
Il primo modello atomico costruito su
basi sperimentali fu proposto solo
ventidue secoli dopo.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
7
Il concetto di atomo • 5
•
Gli attuali risultati sperimentali ci
autorizzano a dire che la materia non
è continua ma è formata da particelle
piccolissime separate da spazi
vuoti.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
8
5.2 La moderna teoria
atomica è nata grazie
a Lavoisier, Proust e
Dalton
Le basi sperimentali
•
La prima teoria atomica nacque
dall’analisi di tre leggi sperimentali:
–
Legge di conservazione della massa.
–
Legge delle proporzioni definite.
–
Legge delle proporzioni multiple.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
10
Conservazione della massa • 1
“Mi
sono dato come legge di
procedere sempre dal noto all’ignoto,
e di non fare alcuna deduzione che
non sgorghi direttamente dagli
esperimenti e dall’osservazione”
Lavoisier (Parigi,1743 -1794)
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
11
Conservazione della massa • 2
•
La bilancia fu lo strumento che
accompagnò Lavoisier nei suoi
esperimenti e intorno al quale
ruotarono le prime idee scientifiche
della chimica.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
12
Conservazione della massa • 3
Legge di conservazione della
massa: in una reazione chimica la
massa dei reagenti è uguale alla
massa dei prodotti.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
13
Conservazione della massa • 4
La legge di Lavoisier può essere verificata utilizzando
ioduro di potassio e nitrato di piombo
Si preparano le due polveri
bianche e un mortaio
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
Si uniscono le polveri nel
mortaio e si misura la massa.
14
Conservazione della massa • 5
Si mischiano le due
polveri nel mortaio
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
Il miscuglio rimane bianco
o cambia colore? La massa
cambia o rimane la stessa?
15
Legge delle proporzioni definite• 1
•
Joseph Proust, un altro chimico
francese, attraverso un metodo
d’indagine analogo a quello di
Lavoisier, arrivò nel 1799 ad
enunciare la legge delle proporzioni
definite.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
16
Legge delle proporzioni definite • 1
Legge delle proporzioni definite:
in un composto, gli elementi che lo
costituiscono sono presenti secondo
rapporti in massa costanti e definiti.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
17
Legge delle proporzioni definite • 2
•
Riscaldando diversi campioni di
carbonato di rame del peso di
123.5 g, si ottengono sempre 79,5 g di
ossido di rame e 44 g di diossido di
carbonio.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
18
Legge delle proporzioni definite • 3
“… un composto è un
prodotto privilegiato al quale
la natura ha dato una
composizione costante”
Proust (Angers,1754 -1826)
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
19
Legge delle proporzioni definite • 4
Il rapporto tra le masse degli elementi che costituisco un
dato composto (rapporto di combinazione) è costante.
In questo un composto differisce da un miscuglio, in cui il
rapporto tra gli elementi può assumere qualsiasi valore.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
20
Legge delle proporzioni multiple • 1
•
Dalton analizzò casi in cui due
elementi possono reagire dando luogo
a due o più composti diversi. Ad
esempio, carbonio e ossigeno
possono formare monossido di
carbonio o diossido di carbonio.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
21
Legge delle proporzioni multiple • 2
C
1g
O2
1.33 g
CO
2.33 g
Quando l’ossigeno è poco
si forma il monossido.
C
1g
O2
2.66 g
CO2
3.66 g
Quando l’ossigeno è tanto
si forma il diossido
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
22
Legge delle proporzioni multiple • 3
•
Le quantità di ossigeno che si
combinano con 1 g di carbonio per
formare il monossido e il diossido
stanno tra loro in rapporto 1:2.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
23
Legge delle proporzioni multiple • 4
Legge delle proporzioni multiple:
quando un elemento si combina con una
stessa massa di un secondo elemento
per formare composti diversi, le masse
del primo elemento stanno tra loro in
rapporti semplici.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
24
La prima teoria atomica • 1
•
Nel 1803 Dalton formulò la prima teoria
atomica, in accordo con le tre leggi
sperimentali sopra enunciate.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
25
La prima teoria atomica • 2
1. La materia è fatta di atomi piccolissimi,
indivisibili e indistruttibili;
2. Tutti gli atomi di uno stesso elemento
sono identici e hanno la stessa massa;
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
26
La prima teoria atomica • 3
3. gli atomi di un elemento non possono
essere convertiti in atomi di altri
elementi;
4. gli atomi di un elemento si combinano
solo con numeri interi di atomi di altri
elementi;
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
27
La prima teoria atomica • 4
5. gli atomi non possono essere creati
né distrutti, ma si trasferiscono interi
da un composto all’altro.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
28
La prima teoria atomica • 5
•
La teoria di Dalton è in accordo con la
legge di conservazione della massa: i
punti 1, 2, 3, 5 implicano che in una
reazione chimica gli atomi
rimangono invariati in numero e
massa.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
29
La prima teoria atomica • 6
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
30
La prima teoria atomica • 7
•
La teoria è in accordo con la legge di
Proust: i punti 4 e 5 implicano che un
composto ha composizione costante,
cioè contiene un numero fisso di
atomi di ogni elemento.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
31
La prima teoria atomica • 8
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
32
La prima teoria atomica • 9
•
La teoria di Dalton è in accordo anche
con la legge delle proporzioni multiple.
Ad esempio nella reazione tra ossigeno
e carbonio, il monossido contiene un
atomo di O per ogni atomo di C, il
diossido ne contiene due.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
33
La prima teoria atomica • 10
I due composti hanno proprietà fisiche e chimiche
completamente diverse.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
34
5.3 La teoria atomica
spiega le proprietà
della materia
Gli elementi • 1
Questa pepita d’oro è costituita da una sola specie di
atomi (Au). Lo stesso è vero per un oggetto di rame (Cu),
di alluminio (Al) o di ferro (Fe).
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
36
Gli elementi • 2
•
Immaginiamo di dividere un oggetto di
alluminio in campioni sempre più
piccoli.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
37
Gli elementi • 3
•
Dopo numerosissime suddivisioni,
arriveremo alla singola particella,
chiamata atomo, che conserva le
proprietà chimiche dell’alluminio.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
38
Gli elementi • 4
Gli elementi sono costituiti da
atomi che hanno proprietà
chimiche identiche.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
39
Gli elementi • 5
•
L’atomo non possiede però le
proprietà fisiche dell’elemento: un
solo atomo non può avere un colore o
condurre l’elettricità.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
40
Gli elementi • 6
•
Le proprietà macroscopiche (ad
esempio opacità, colore, conducibilità,
densità, stato di aggregazione) sono il
risultato dell’unione di tantissime
particelle, in questo caso atomi.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
41
Le molecole • 1
Alcuni elementi, come l’idrogeno, l’ossigeno, l’azoto, il
cloro, il fluoro, il bromo e lo iodio, si trovano in natura sotto
forma di molecole costituite da due atomi identici
(molecole biatomiche).
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
42
Le molecole • 2
Altri elementi, come il fosforo e l’arsenico, esistono sotto
forma di molecole costituite da quattro atomi; lo zolfo e il
selenio possiedono molecole formate da otto atomi.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
43
Le molecole • 3
La molecola è un
raggruppamento di due o più
atomi che possiede proprietà
chimiche caratteristiche.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
44
Le molecole • 4
•
La formula di una molecola indica da
quali elementi essa è costituita e
quanti atomi di ciascun elemento
contiene.
•
L’ossigeno ad esempio si trova in
molecole con formula chimica O2.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
45
Le molecole • 5
•
La formula che utilizziamo per indicare
quali e quanti atomi costituiscono la
molecola di un composto è chiamata
formula bruta o grezza.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
46
Le molecole • 6
Le molecole dei composti sono
costituite da atomi di tipo diverso.
I composti hanno composizione
definita a cui partecipano atomi di
natura diversa.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
47
Le molecole • 7
L’acqua è un composto costituito da molecole la cui
formula chimica è H2O. L’acqua contenuta in un bicchiere
è formata da miliardi e miliardi di molecole d’acqua.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
48
Le molecole • 8
Questi tre composti hanno formula chimica
rispettivamente: CO2, NH3, CH4.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
49
Le molecole • 9
•
Una singola molecola non ha le
proprietà fisiche dell’elemento o del
composto.
•
Non ha significato, ad esempio, parlare
del punto di fusione di una singola
molecola.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
50
Le molecole • 10
Proprietà microscopiche e macroscopiche
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
51
I composti ionici • 1
Si definiscono ioni gli atomi
(o i gruppi di atomi) con una
o più cariche elettriche,
positive o negative.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
52
I composti ionici • 2
•
Un composto ionico contiene schiere
di ioni positivi e negativi che si
alternano in modo ordinato.
•
A temperatura ambiente i composti
ionici sono tutti solidi.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
53
I composti ionici • 3
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
54
I composti ionici • 4
•
La formula di un composto ionico
indica il rapporto con cui sono
combinati gli ioni che lo costituiscono.
NaCl significa che il rapporto con cui
sono combinati Na+ e Cl- è 1:1.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
55
5.4 Le particelle sono
in continuo
movimento: la teoria
cinetico-molecolare
La teoria cinetico-molecolare • 1
•
Le particelle che costituiscono i
materiali sono separate da spazio
vuoto e sono in continuo movimento.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
57
La teoria cinetico-molecolare • 2
Nei solidi le particelle oscillano intorno a posizioni fisse.
Nei liquidi le molecole sono in contatto tra loro ma hanno
maggiore libertà di movimento.
Nei gas il moto molecolare è assolutamente disordinato.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
58
La teoria cinetico-molecolare • 3
1. Le molecole hanno energia cinetica
legata al loro moto.
2. Hanno inoltre energia potenziale
legata alle interazioni tra molecole.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
59
La teoria cinetico-molecolare • 4
Energia interna del sistema:
Esistema = Ec + Ep
Se forniamo calore a un oggetto, la sua energia interna
aumenta. Infatti, il calore è un modo di trasferire energia
da un corpo più caldo a uno più freddo.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
60
La teoria cinetico-molecolare • 5
•
In seguito a riscaldamento, l’energia
cinetica delle particelle aumenta.
Esse si muovono via via più
velocemente urtandosi sempre più
spesso e tendono ad allontanarsi
l’una dall’altra.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
61
La teoria cinetico-molecolare • 6
La temperatura assoluta
di un corpo è proporzionale
all’energia cinetica media
delle particelle che lo
costituiscono.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
62
La teoria cinetico-molecolare • 7
•
Le particelle di un corpo non hanno
tutte la stessa energia cinetica.
•
Per questo si preferisce parlare di
energia cinetica media delle
particelle.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
63
La teoria cinetico-molecolare • 8
•
In seguito a riscaldamento, anche
l’energia potenziale delle particelle
aumenta, perché le distanze
intermolecolari aumentano e le
interazioni attrattive si indeboliscono.
Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
64
