la materia
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La materia
La materia è tutto ciò che possiede massa ed occupa spazio
Modello atomico della materia
•La materia è costituita da atomi
•Gli atomi di un elemento sono diversi da quelli di un altro elemento
•Gli atomi si combinano secondo rapporti definiti per formare composti
•La combinazione degli atomi in un composto può cambiare solo quando avviene una reazione chimica
•Una reazione chimica cambia il rapporto con cui gli atomi si combinano, ma non altera la natura degli atomi
AtomiGli atomi sono costituiti da particelle subatomiche dette elettroni, protoni e neutroni.
Protoni e neutroni formano un minuscolo, denso corpo centrale detto nucleo dell’atomo.
Gli elettroni si trovano distribuiti nello spazio intorno al nucleo.
Particelle subatomiche
Particella
(simbolo)
Carica assoluta
Carica relativa
Massa assoluta
Massa relativa
protone
(p)
+1.6021773 x 10-19 C
+1 1.6726 x
10-27 kg
1.0073
elettrone
(e)
-1.6021773 x 10-19 C
-1 9.109390 x 10-31 kg
0.0005486
neutrone
(n)
0 0 1.6749 x
10-27 kg
1.0087
Quark nel protone e nel neutrone
Protoni e neutroni contengono 3 quark ciascuno:
• Un protone è composto da
2 quark “Up” e un quark “Down”.
• Un neutrone è composto
da 1 quark “Up” e 2 quark “Down”.
Struttura dell’atomo
•Gli atomi sono costituiti da un nucleo positivo e da elettroni negativi.
•Il nucleo ha un raggio di 10-5 Å.
•Il raggio di un atomo è dell'ordine di 1 Å.
Ångstrom simbolo Å
1 Ångstrom corrisponde a 10-10 m
Molto usato in chimica perché è dell’ordine di grandezza di un atomo
Nuclidi
Un nuclide è un atomo caratterizzato dal numero atomico Z (numero di protoni) e dal numero di massa A (numero di neutroni e di protoni).
Il nuclide neutro ha un numero di elettroni uguale a quello di protoni.
Il numero Z caratterizza la specie atomica.
XA
Z
C12
6H
1
1 O16
8
Isotopi
C13
6C
14
6
Nuclidi con lo stesso Z ma differente A possono esistere e si chiamano isotopi.
Una stessa specie atomica ha, di norma, diversi isotopi: si parla di miscela isotopica naturale.
Le specie atomiche sono 106, di cui 90 naturali; di queste, 81 hanno almeno un nuclide stabile.
C12
6
Isotopi naturali di alcuni elementi
Nuclide Massa relativa % di nuclidi
1H 1,007825 99,9852H 2,014102 0,015
3He 3,016030 ~ 10-4
4He 4,002604 ~ 1006Li 6,015126 7,427Li 7,01605 92,589Be 9,012186 ~ 100
10Be 10,013535 tracce10B 10,012939 19,611B 11,009305 80,411C 11,011433 tracce12C 12, 98,8913C 13,003354 1,1114C 14,003142 tracce
Tavola periodica
Ioni
Un elemento è caratterizato dal suo numero atomico.
Nell’atomo neutro il numero di elettroni è uguale a quello di protoni.
Atomi che hanno ceduto o aquistato elettroni rispetto all’atomo neutro si dicono ioni:
Catione +
Anione -
Sostanze elementari
Sono costituite da atomi della stessa specie (stesso numero atomico).
Possono essere formate da:•Singoli atomi•Molecole = aggregati discreti di atomi•Insieme continuo di atomi
He
diamante grafite
CompostiSono costituiti da atomi di specie diverse.
Possono essere formati da:
•Molecole
•Concatenazioni di atomi
PVC
proteina
DNA
Cloruro di sodio Na+/Cl-
•Ioni
Gli atomi si combinano secondo rapporti definiti per formare composti
Formula chimica: deve indicare come minimo quali sono gli elementi che costituiscono la sostanza e in quale rapporto gli atomi di questi elementi si trovano.
Questi rapporti fra numeri interi si trovano scritti nelle formule come deponenti a destra del simbolo dell’elemento a cui si riferiscono.
H2O HCl CO2 O2 CORapporto minimo
Formula minima e formula molecolare
• La formula che arriviamo a scrivere per un composto è detta formula minima.
• Quando una sostanza elementare o un composto è costituito da molecole, la formula che indica il numero di atomi di ciascun elemento nella molecola è chiamata formula molecolare.
Formula minima e formula molecolare
Fe Ne HCl NaCl
Reazione chimica•La combinazione degli atomi in un composto può cambiare solo quando avviene una reazione chimica
•Una reazione chimica cambia il rapporto con cui gli atomi si combinano, ma non altera la natura degli atomi
C + O2 CO2
Formalismo
aA + bB cC + dDreagenti prodotti
Un’equazione chimica rappresenta il più fedelmente possibile il processo reale e quindi la natura delle specie che vi prendono parte.
Si devono quindi utilizzare le formule (molecolari o minime) che rappresentano le varie sostanze.
Equazione chimica
aA + bB cC + dDreagenti prodotti
Conservazione della massa: la massa totale dei reagenti e dei prodotti non varia durante la reazione.
Si deve avere lo stesso numero di atomi per ogni elemento, anche se in composti differenti, in ambedue i membri dell’equazione.
Bilanciamento di reazioni
C + O2 CO2
N2 + 3H2 2NH3
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O
Coefficiente stechiometrico
N2 + 3H2 2NH3
1/2 N2 + 3/2 H2 NH3
Il coefficiente stechiometrico di ciascuna specie che compare nella reazione è il numeo di molecole, atomi o ioni di quella specie, nella reazione così come è stata bilanciata.
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