Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010
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Valitutti, Tifi, Gentile
Esploriamo la
chimica
Seconda edizione di Chimica: molecole in
movimento
Capitolo 7 Le particelle dell’atomo
1. La natura elettrica della materia
2. Le particelle fondamentali
dell’atomo
3. I modelli atomici di Thomson e
Rutherford
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Capitolo 7 Le particelle dell’atomo
4. Numero atomico, numero di massa e
isotopi
5. I tipi di decadimento radioattivo
6. Fissione e fusione nucleare
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1. La natura elettrica della materia
Il termine elettricità deriva dalla parola elektron che gli
antichi Greci utilizzavano per spiegare il fenomeno
dell’elettrizzazione dell’ambra per strofinio con un panno
di lana.
Fino alla fine del Settecento l’elettricità era conosciuta
solo la forma di elettricità detta statica.
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1. La natura elettrica della materia
Lo strofinio di qualsiasi oggetto provoca la comparsa su
di esso di una carica elettrica che può attrarre piccoli
oggetti.
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1. La natura elettrica della materia
La carica elettrica può essere positiva o negativa.
Cariche di segno opposto si attraggono, cariche di segno
uguale si respingono.
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1. La natura elettrica della materia
Un corpo è elettricamente neutro quando presenta un
uguale numero di cariche positive e negative.
Lo strofinio fa migrare da un corpo ad un altro cariche
negative chiamate elettroni.
Un oggetto elettricamente carico può caricare un altro
corpo per induzione.
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1. La natura elettrica della materia
L’esperimento di Thomson con i tubi di Crookes ha
portato alla scoperta degli elettroni, particelle cariche
negativamente che costituiscono le radiazioni definite
raggi catodici.
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1. La natura elettrica della materia
La placca negativa fu chiamata catodo (-) e la placca
positiva anodo (+).
La radiazione proveniente dal catodo produceva una
luminosità verdastra in fondo al tubo, dopo aver
attraversato il foro della placca positiva.
Tali radiazioni furono chiamate raggi catodici.
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1. La natura elettrica della materia
Gli atomi di tutti gli elementi contengono le stesse
particelle negative, chiamate elettroni.
Furono identificate altre particelle, che si muovevano
verso il polo negativo, formando un fascio di raggi
anodici.
Si trattava quindi di particelle con carica positiva.
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1. La natura elettrica della materia
La particella elementare positiva, che ha la stessa carica
dell’elettrone e massa molto più grande, fu chiamato
protone.
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2. Le particelle fondamentali
dell’atomo
Gli atomi di tutti gli elementi sono formati da tre particelle
fondamentali
• elettrone: carica negativa, massa pari a –1,6 10-19 C;
• protone: carica positiva, massa pari a +1,6 10-19 C;
• neutrone: priva di carica elettrica massa poco superiore
a quella del protone.
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2. Le particelle fondamentali
dell’atomo
Ogni atomo contiene un nucleo, cioè una zona molto
piccola e densa in cui sono confinati i protoni e i neutroni: a
tali particelle di dà il nome di nucleoni.
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3. I modelli atomici di Thomson e
Rutherford
Rutherford determinò la natura delle particelle α (atomi di
elio privi di due elettroni) con le quali poi bombardò una
sottilissima lamina d’oro.
Le particelle α dopo l’urto con gli atomi d’oro venivano
raccolte ed evidenziate su un apposito schermo.
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3. I modelli atomici di Thomson e
Rutherford
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3. I modelli atomici di Thomson e
Rutherford
Studiando il comportamento delle particelle α, Rutherford
poté stabilire che
• gran parte di esse non subiva deviazioni e attraversava
la lamina;
• alcune particelle subivano una deviazione con angolature
diverse rispetto alla direzione iniziale;
• un numero molto esiguo rimbalzava, ma violentemente.
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3. I modelli atomici di Thomson e
Rutherford
Sulla base dei risultati sperimentali Rutherford propose un
nuovo modello di atomo
• l’atomo è composto da un nucleo in cui sono concentrate
carica positiva e massa;
• gli elettroni occupano lo spazio vuoto intorno al nucleo e
vi ruotano intorno come pianeti;
• il numero di elettroni è tale da bilanciare la carica positiva
del nucleo.
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3. I modelli atomici di Thomson e
Rutherford
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4. Numero atomico, numero di
massa e isotopi
Soffermandoci sul nucleo, cioè sul cuore dell’atomo,
sappiamo che
• i nucleoni occupano uno spazio enormemente ridotto
rispetto al volume totale dell’atomo;
• l’atomo ha una struttura essenzialmente vuota nella quale
si muovono gli elettroni.
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4. Numero atomico, numero di
massa e isotopi
Il numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo si
chiama numero atomico (Z). Se l’atomo è neutro, questo
numero è uguale a quello degli elettroni.
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4. Numero atomico, numero di
massa e isotopi
Gli isotopi sono atomi dello stesso elemento aventi le
stesse proprietà chimiche ma masse diverse, perché
contengono un diverso numero di neutroni.
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4. Numero atomico, numero di
massa e isotopi
Il numero di massa (A) è uguale alla somma del numero
di protoni (Z) e del numero di neutroni (n°) contenuti nel
nucleo
A = Z + n°
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4. Numero atomico, numero di
massa e isotopi
Conoscendo il numero atomico e il numero di massa di un
elemento si può calcolare il numero di neutroni contenuti
nel suo nucleo
n° = A - Z
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4. Numero atomico, numero di
massa e isotopi
Gli elementi allo stato naturale e nei composti contengono
una miscela dei vari isotopi in percentuali ben determinate
e costanti.
Le proprietà fisiche osservate per ciascuno di essi sono la
media di quelle dei singoli isotopi presenti.
Oggi le masse atomiche si determinano attraverso lo
spettrometro di massa.
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5. I tipi di decadimento radioattivo
Il numero di protoni e neutroni di un nucleo influenza anche
la sua stabilità.
Quando i protoni sono in numero troppo elevato (Z > 83),
per quanti neutroni mettiamo nel nucleo esso diventa
instabile.
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5. I tipi di decadimento radioattivo
Un nucleo instabile tende a liberarsi di particelle; tale
processo viene detto decadimento radioattivo.
Il processo di emissione di radiazioni è denominato
radioattività.
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5. I tipi di decadimento radioattivo
La radioattività è stata scoperta alla fine dell’Ottocento da
Becquerel, ma è grazie a Rutherford che si è arrivati a
definire i diversi tipi di radiazioni
• raggi αlfa (α), corrispondenti a nuclei di elio (carica 2+,
massa 4);
• raggi βeta (β), fasci di elettroni veloci (carica –1, massa
0);
• raggi γamma (γ), radiazioni elettromagnetiche a grande
energia.
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5. I tipi di decadimento radioattivo
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5. I tipi di decadimento radioattivo
Ci sono quattro tipi di fenomeni radioattivi
1. nuclei troppo ricchi di neutroni decadono, emettendo
elettroni veloci (particelle β). L’elettrone liberato deriva
dalla trasformazione di un neutrone in protone,
aumentando il numero atomico;
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5. I tipi di decadimento radioattivo
2. nuclei con numero atomico superiore a 83 e numero
di massa superiore a 220 decadono emettendo
particelle α positive (nuclei di elio);
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5. I tipi di decadimento radioattivo
3. la cattura di elettroni o l’emissione di elettroni positivi
(β+ o positroni) avviene quando il numero di protoni è
troppo elevato rispetto ai neutroni. In tal caso un
protone può trasformarsi in neutrone assorbendo
l’elettrone orbitante;
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5. I tipi di decadimento radioattivo
4. dopo un’emissione, α o β, vengono liberati dal nucleo
dei pacchetti di energia, le radiazioni γ. Nell’emissione
γ rimangono inalterati sia il numero atomico che il
numero di massa.
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5. I tipi di decadimento radioattivo
Il tempo di dimezzamento è il tempo occorrente per
ridurre alla metà la quantità di un isotopo radioattivo.
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5. I tipi di decadimento radioattivo
Il Carbonio-14 è un isotopo radioattivo. Si forma
nell’atmosfera per effetto dell’urto dei neutroni prodotti dai
raggi cosmici con l’azoto. Entra nei tessuti di ogni
organismo vivente in percentuale costante e cessa di
essere assimilato quando l’organismo muore.
Da quel momento la quantità di 14C si riduce dimezzandosi
ogni 5730 anni. Da qui si può risalire al tempo trascorso
dalla morte dell’organismo.
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6. Fissione e fusione nucleare
L’energia in gioco in una trasformazione nucleare
corrisponde alla differenza tra l’energia dei nuovi nuclei
prodotti e quella dei nuclei reagenti.
L’energia nucleare è circa un milione di volte superiore
all’energia di legame.
La fissione e la fusione nucleare sono le reazioni nucleari
di maggior interesse per la produzione di energia.
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6. Fissione e fusione nucleare
Si ha fissione nucleare quando un nucleo pesante si
scinde in due nuclei più piccoli di massa simile.
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6. Fissione e fusione nucleare
Le reazioni di
fissione sono
sfruttate nei
reattori per
produrre
energia.
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6. Fissione e fusione nucleare
Nella reazione di fusione
nucleare due nuclei leggeri
si fondono per dare luogo a
uno più pesante.
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