elementi chimici

ATOMO = indivisibile
A
+ TOMO
α «senza»
τόμος «sezione, taglio, fetta»
anormale
amorale
apatico
atipico
tomo (volume, parte )
tomografia (TAC)
dicotomo (diviso in due parti)
un bel tomo
Tavola delle affinità 1718
Etienne-François Geoffroy (1672-1731)
Prima edizione francese 1789
LA MISURA IN CHIMICA
Lavoisier (1785) :
nel corso di una
reazione chimica la
materia non si crea
e non si distrugge.
Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si
trasforma
Senza la bilancia di precisione non si sarebbe potuto stabilire la
legge
Elemento Chimico
1785 Lavoisier (1743–1794:
ghigliottinato: La Repubblica non
ha bisogno di geni)
gli elementi chimici sono sostanze non
ulteriormente scomponibili dalle reazioni chimiche
E’ una definizione operativa!
qualsiasi campione di uno stesso elemento puro è
identico nella sua costituzione
1799-1807 J.L. Proust (1754-1826)
dimostrò sperimentalmente:
un composto è caratterizzato dall'avere rapporti
definiti e costanti tra gli elementi componenti
Legge delle proporzioni definite
Questo rapporto tra le masse di ferro e zolfo è sempre
lo stesso, indipendentemente dal metodo usato per la
sintesi
John Dalton (1766-1844)
1803
confronta le analisi di più composti dello stesso
elemento e riconosce che può entrare in
combinazione con rapporti differenti
ma sempre esprimibili con numeri interi (legge
delle proporzioni multiple)
7 g di azoto (N) si combinano con l'ossigeno (O) nei seguenti modi:
4 g di ossigeno → 11 g di ossido nitroso (N2O)
8 g di ossigeno → 15 g di ossido nitrico (NO)
12 g di ossigeno → 19 g di triossido di diazoto (N2O3)
16 g di ossigeno → 23 g di biossido di azoto (NO2)
20 g di ossigeno → 27 g di anidride nitrica (N2O5)
4:7
8:7
12:7
16:7
20:7
1
2
3
4
5
Da questi rapporti derivano i coefficienti delle attuali formule chimiche
2:1
2:2
3:2
4:2
5:2
1808 Dalton
per spiegare la legge delle
proporzioni multiple costruisce
una ipotesi atomica:
1) ogni elemento consiste di atomi
il cui peso è invariabile ed è
caratteristico dell'elemento.
Esistono un numero limitato di
tipi di atomi, uno per ogni
elemento
2) i composti chimici si formano
per unione di atomi di elementi
diversi secondo rapporti
numerici semplici.
Evoluzione delle formule chimiche
1808
~1850
-
~1920
1808 - Gay-Lussac (1778-1850)
legge delle combinazioni in
volume
• in una reazione chimica,
i volumi dei gas reagenti
sono tra loro in rapporto
semplice
• il volume del prodotto è
anch'esso in rapporto
semplice con la somma
dei volumi dei primi.
la legge delle proporzioni multiple di
Dalton
e
la legge delle proporzioni in volume di GayLussac
davano risultati discordi
Si confondevano gli atomi con le molecole
1811 : Avogadro (1776-1856)
rielabora le misure di Dalton, Gay-Lussac
Conclude che le masse delle particelle
più piccole sono proporzionali alla
densità gassosa e afferma:
1) volumi uguali di gas diversi, nelle stesse
condizioni di temperatura e pressione, contengono
un ugual numero di particelle (molecole)
2) le molecole dei gas semplici sono formate da più
"molecole elementari" (gli atomi di oggi).
una piramide formata da un
numero di Avogadro
602 214 129 000 000 000 000 000
di palline da ping pong avrebbe
• una base di circa 4872 km
• un'altezza di circa 3445 km, 770 volte quella
del Cervino, o circa meta' del raggio terrestre
• sul lato di base ci sarebbero circa 122 milioni
di palline
Cratere Avogadro
1816 William Prout (1785-1850)
riconosce che i pesi atomici degli elementi
stanno in un rapporto semplice con quello
dell'idrogeno (forzando un po i numeri).
Alla fine arriva ad ipotizzare che tutti gli atomi
siano costituiti da idrogeno
(πρωτη υλη = sostanza prima)
A metà ‘800 c’era una
grande confusione sui
pesi atomici dovuta alla
non chiara distinzione tra
atomi e molecole
Molti pensavano che
l’ipotesi atomica andasse
abbandonata
Johann Samuel Traugott Gehler's physikalisches Wörterbuch 1840
I pesi atomici nel tempo
Idrogeno
Ossigeno
Azoto
Carbonio
Fosforo
Zolfo
Ferro
Rame
Argento
Mercurio
Sodio
Potassio
Acqua
Ammoniaca
Dalton
Anno
Anno
1803
1808
1
1
5,5
7
4,2
5
4,3
5
7,2
9
6,5
5,2
8
6
Berzelius
Anno
Anno
1818
1826
1
1
16,0
16
14,18
12,12
12,24
31,4
32,3
32,21
109,1
54,4
129
63,4
433,7
216,6
406
202,8
93,5
46,6
157,6
78,5
—
—
—
—
Valori attuali
(IUPAC 1995)
1,00794(7)
15,9994(3)
14,00674(7)
12,0107(8)
30,97376(2)
32,066(6)
55,845(2)
63,546(3)
107,8682(2)
200,59(2)
22,989770(2)
39,0983(1)
—
—
Congresso di Karlsruhe 1860
prima conferenza mondiale di chimica
proposta da Kekulé
Mette ordine su pesi atomici,
nomenclatura e notazione
Si stabiliscono i pesi atomici:
Idrogeno 1
Carbonio 12
Ossigeno 16
Quindi la molecola di ossigeno è biatomica!
Importante l’intervento di Stanislao Cannizzaro
1858 Stanislao Cannizzaro
(1826-1910)
propone una teoria unificata che comprende la
teoria atomica di Dalton e quella molecolare di
Avogadro, tentando di mettere ordine nella
definizione dei pesi atomici
Diventa chiara la distinzione tra atomi e
molecole
Cannizzaro sottolinea che la proprietà principale di
un atomo è la sua massa
si comincia a ordinare gli elementi in funzione del
peso atomico
occorrono pesi atomici accurati
La legge di Avogadro è la chiave per ricavare i pesi
atomici
Permette formule brute corrette
Regola di Cannizzaro
"le varie quantità in peso di uno stesso
elemento, contenute nelle molecole di sostanze
diverse, sono tutte multipli interi di una stessa
quantità, la quale deve ritenersi il peso atomico
dell'elemento".
diverse formule
dell’acido acetico
C2H4O2
al tempo del
congresso di
Karlsruhe, 1860
1862 A. E. Béguyer
de Chancourtois
(1820-1886)
pone gli elementi in ordine dei
nuovi pesi atomici (proposti da
Cannizzaro)
li dispone in una spirale avvolta su
una superficie cilindrica con una
circonferenza corrispondente a 16
unità. Insiemi di elementi simili
sono sulla stessa linea.
1864 Alexander Newlands (1838 – 1898)
Ordinando gli elementi per peso atomico nota delle
ripetizioni di proprietà
propone la legge
.
delle ottave
Lothar Meyer (1830-1895)
Tavola Periodica di Lothar Meyer 1870
I.
II.
B=11,0
III.
Al=27,3
IV.
V.
--
-C=11,97
Si=28
---
Ti=48
N=14,01
P=30,9
As=74,9
S=31,98
Li=7,01
F=19,1
Na=22,99
Mg=23,9
Pb=206,4
-Bi=207,5
Ta=182,2
Te=128?
Mo=95,6
Br=79,75
-W=183,5
J=126,5
--
Mn=54,8
Ru=103,5
Os=198,6?
Fe=55,9
Rh=104,1
Ir=196,7
Co=Ni=58,6
Pd=106,2
Pt=196,7
K=39,04
Rb=85,2
Cu=63,3
?Be=9.3
Sn=117,8
Sb=122,1
Se=78
Cl=35,38
IX.
Nb=93,7
Cr=52,4
--
VII.
VIII.
?In=113,4 Tl=202.7
--
Zr=89,7
V=51,2
O=15,96
VI.
Ca=39,9
Cs=132,7
Ag=107,66
Sr=87,0
Zn=64,9
-Au=196,2
Ba=136,8
Cd=111,6
-Hg=199,8
Mendeleev (1834-1907)
Raggruppa gli elementi sia
In ordine di peso atomico
che
Per proprietà simili
La difficoltà maggiore era che si conoscevano
pochi elementi
Mendeleev 1869
Mendeleev
•
•
•
•
•
•
paragona tutti i dati disponibili
densità
volume atomico (rapporto tra peso atomico e
densità)
punto di fusione e di ebollizione
aspetto e colore
comportamento chimico, come la capacità, o
meno, di formare certi composti: cloruri e
solfuri
rapporti di combinazione rispetto all'idrogeno
ed all'ossigeno, cioè la valenza
Tavola periodica di Mendeleev (anno 1869)
H=1
Li=7
Be=9,4
B=11
C=12
N=14
O=16
F=19
Na=23
Mg=24
Al=27,4
Si=28
P=31
S=32
Cl=35,5
K=39
Ca=40
? =45
? Er=56
? Yt=60
? In=75,6
Ti=50
V=51
Cr=52
Mn=55
Fe=56
Ni=Co=59
Cu=63,4
Zn=65,2
? =68
? =70
As=75
Se=79,4
Br=80
Rb=85,4
Sr=87,6
Ce=92
La=94
Di=95
Th=118?
Zr=90
Nb=94
Mo=96
Rh=104,4
Ru=104,4
Pd=106,6
Ag=108
Cd=112
Ur=116
Sn=118
Sb=122
Te=128?
J=127
Cs=133
Ba=137
? =180
Ta= 182
W=186
Pt=197,4
Ir=198
Os=199
Hg=200
Au=197 ?
Bi=210 ?
Tl=204
Pb=207
Mendeleev
il sistema periodico di Mendeleev prevede
dei fatti nuovi e non si limita ad organizzare le
conoscenze ma
pretende di dire qualcosa sull'effettiva
struttura della materia
vengono scoperti tre degli elementi di cui Mendeleev aveva
previsto l'esistenza e le proprietà:
1877 Gallio che coincide con l'elemento di peso atomico 68
nel gruppo III B
1880 Scandio, gruppo III A
1886 Germanio, gruppo IV B
2a versione della tavola periodica di Mendeleev (anno 1872)
Previsioni di Mendeleev per il Germanio
eka-silicio
Germanio
Peso atomico
72
72,61(2)
Aspetto
Punto di
fusione
Densità
Solfuro
Metallo grigio
Alto
Metallo grigio
985 °C
4,7
EsS2,
solubile in
ammoniaca
EsCl4
4,7
GeS2,
solubile in
ammoniaca
GeCl4
Cloruro
Appunti
autografi di
Mendeleev
Cratere Mendeleev
Il Gruppo dei gas nobili
1894 Raileigh e Ramsay isolano l‘Argon
1895 Ramsay isola l'Elio
dalla legge periodica nasce l'esigenza di cercare gli
altri gas nobili che completano il gruppo:
Neon, Kripton, Xenon vengono separati da Ramsey
1898
il Radon, verrà nel 1900.
non formano composti, viene assegnata valenza 0
Mendeleev propone un apposito gruppo
1908-9 J. Perrin
ricava il numero di Avogadro mentre
verifica sperimentalmente la teoria di
Einstein sul moto browniano:
dimostra l'esistenza fisica
degli atomi e delle molecole
L’ipotesi atomica non è più un’ipotesi !
Misure del numero di Avogadro
ricavato con metodi differenti (Perrin)
Valore attuale:
60,2214129 ∙1022
(2010
CODATA)
1911 van der Broek - 1913 Moseley
suggeriscono che l'ordine in cui gli elementi compaiono
nella tavola periodica corrisponda alla
carica del nucleo e quindi al numero di elettroni
(numero atomico).
La serie degli elementi in ordine di numero
atomico rende conto delle inversioni, in ordine
di peso atomico, compiute da Mendeleev
tenendo conto di tutti fattori, e non
solo il peso, Mendeleev è riuscito
scoprire una proprietà che non ha mai
conosciuto!
L’ordine nella tavola periodica è una
proprietà fisica (numero atomico)
Ovvero: numero di elettroni
=
carica del nucleo
La scoperta della costituzione del nucleo
:
Protoni (anno 1920) + Neutroni (anno 1932)
di massa quasi uguale: 1,00727 e 1,00866
Verifica l’ipotesi di Prout (1816) che i pesi atomici
siano tutti multipli interi del peso del Idrogeno
numero di protoni + numero neutroni
= numero di massa
Atomo = indivisibile ?
«…indivisibili … solo in quanto alla nostra
percezione comportansi, talmente da non essere
più capaci di ulteriore divisione;
un atomo consisterebbe in un gruppo di molte
particelle assai minori le quali trovansi collegate
in un tutto mercé una o più forze assai maggiori
di tutte le forze terrestri ai nostri ordini onde
ottenere una divisione ulteriore di quella»
Justus Liebig, Lettere Chimiche,1845
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