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.