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Copertina
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
1
La struttura dell’atomo
CAPITOLO
4
Indice
1.
La carica elettrica
2.
Le particelle subatomiche
3.
Il modello atomico di Rutherford
Mappa concettuale: Atomo
4.
Numero atomico e numero di massa
5.
Isotopi
6.
Massa degli atomi individuali
7.
Massa atomica di un elemento
8.
Massa molecolare
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
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2
1 La carica elettrica
CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO
PAG.
Sperimentalmente si può verificare che tra due corpi carichi elettricamente si
esercitano forze di repulsione o di attrazione.
Due corpi che portano cariche dello stesso segno si respingono, mentre due corpi che
portano cariche di segno opposto si attraggono.
Due cariche elettriche
positive si respingono.
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Due cariche elettriche
negative si respingono.
Cariche elettriche opposte
si attraggono.
3
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2 Le particelle subatomiche
CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO
PAG.
Le particelle subatomiche più importanti per la chimica sono: gli elettroni, i protoni e
i neutroni.
 Elettroni
Gli elettroni sono particelle con carica negativa.
All’elettrone si assegna convenzionalmente carica  1.
Gli elettroni costituiscono i raggi catodici.
Tubo catodico.
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2 Le particelle subatomiche
CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO
PAG.
 Protoni
I protoni sono particelle la cui massa, determinata sperimentalmente, è:
1,673  1024 g.
Ciascun protone ha una massa 1836 volte quella di un elettrone.
Per convenzione al protone si assegna carica + 1.
 Neutroni
Il neutrone è una particella subatomica che non presenta carica elettrica (carica
elettrica zero).
La massa di un neutrone è circa uguale a quella di un protone:
1,675  1024 g
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3 Il modello atomico di
Rutherford
CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO
PAG.
Ricostruzione schematica dell’esperienza di Rutherford.
Per studiare la struttura dell’atomo, Rutherford bombardò una lamina di oro molto
sottile con raggi .
La maggior parte delle particelle  attraversa la lamina di oro senza subire
deviazione.
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3 Il modello atomico di
Rutherford
CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO
PAG.
I risultati sperimentali furono spiegati da Rutherford ipotizzando che la maggior parte della massa di un atomo è
concentrata in una zona piccolissima, il nucleo, che presenta carica positiva. Gli elettroni ruotano attorno al
nucleo, a una certa distanza.
Gli atomi sono costituiti, prevalentemente, da spazio vuoto.
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83
3 Il modello atomico di
Rutherford
CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO
PAG.
Mappa concettuale: Atomo
ATOMO
NUCLEO
Zona piccolissima di un atomo dove
è concentrata tutta la massa.
PROTONI
Particelle nucleari
positive.
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ELETTRONI
Particelle subatomiche con
carica negativa.
NEUTRONI
Particelle nucleari senza
carica elettrica.
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4 Numero atomico e
numero di massa
CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO
PAG.
Il numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo è detto numero atomico
e si indica con Z.
Il numero atomico viene evidenziato in basso, a sinistra del simbolo
dell’elemento:
6C
Il carbonio con Z uguale a 6 ha sei protoni e, quindi, sei elettroni perché un
atomo è elettricamente neutro.
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CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO
4 Numero atomico e
numero di massa
PAG.
Il numero di massa corrisponde al numero totale di protoni e di neutroni
contenuti nel nucleo di un atomo e si indica con A.
12
C
Il numero di massa viene riportato in alto, a sinistra del simbolo dell’elemento.
Il carbonio con A uguale a 12 contiene 6 protoni e 6 neutroni.
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CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO
5 Isotopi
PAG.
Per isotopi s’intendono gli atomi di uno stesso elemento che hanno numeri
differenti di neutroni.
Il rame, ad esempio, presenta due isotopi che possono essere così rappresentati:
63
Cu
29
65
29
Cu
(simboli nucleari)
oppure
rame-63
rame-65
numero di massa  numero atomico = numero di neutroni
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CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO
5 Isotopi
(-)
1
1
(-)
2
1
H
(-)
3
1
H
H
+
+
Idrogeno-1.
PAG.
Idrogeno-2 (deuterio).
+
Idrogeno-3 (trizio).
I tre isotopi dell’idrogeno differiscono per il numero di neutroni contenuti nel nucleo.
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CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO
6 Massa degli atomi
individuali
PAG.
La massa di un singolo atomo, determinata con lo spettrometro di massa, indica
quante volte la massa dell’atomo è maggiore (più pesante) rispetto all’unità di
massa atomica.
L’unità di massa atomica (simbolo u) corrisponde a 1/12 della massa del
carbonio-12.
MASSA DELLE PARTICELLE SUBATOMICHE
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Nome
Massa (g)
Massa (u)
Protone
1,673 x 10−24
1,007276
Neutrone
1,675 x 10−24
1,008665
Elettrone
9,109 x 10−28
0,000549
13
86
CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO
6 Massa degli atomi
individuali
PAG.
MASSA ATOMICA DI ALCUNI ISOTOPI E ABBONDANZA PERCENTUALE.
Massa (u)
Abbondanza
naturale
percentuale
Massa (u)
Abbondanza
naturale
percentuale
1H
1
1,0078
99,985
16
O
8
15,9949
99,759
2
H
1
2,0141
0,015
17 O
8
16,9993
0,037
3
H
1
3,0161
Tracce
18
O
8
17,9992
0,204
12
6C
12,0000
98,892
23
Na
11
22,9898
100
13
6C
13,0034
1,108
24Mg
12
23,9850
78,7
14
N
7
14,0031
99,635
25 Mg
12
24,9858
10,2
15
N
7
15,0001
0,365
26Mg
12
25,9864
11,1
Isotopo
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Isotopo
12
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CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO
7 Massa atomica di un
elemento
PAG.
massa = 34,969 u
La massa atomica (MA) di un elemento è la
massa media degli isotopi di quell’elemento e si
esprime in u.
Il cloro ha una massa atomica di 35,453 u.
35
17
Cl
75,77
34,969 u
= 26,496 u
massa = 36,966 u
37
17
Cl
24,23
36,966 u
100
= 8,957 u
100
massa atomica del cloro = 26,496 u + 8,957 u = 35,453 u.
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CAPITOLO 4. LA STRUTTURA DELL’ATOMO
8 Massa molecolare
PAG.
La massa molecolare (MM) di un composto è uguale
alla somma delle masse di tutti gli atomi presenti nella
sua formula.
Calcolo della massa molecolare del cloroetano, CH3CH2Cl:
2 atomi di C = 2  12,01
= 24,02 u
5 atomi di H = 5  1,01
=
1 atomo di Cl = 1  35,45
= 35,45 u
massa molecolare
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5,05 u
Modello molecolare del cloroetano
64,52 u
16
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