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Questi appunti di chimica descrivono gli atomi, i protoni, i neutroni e gli elettroni, soffermandosi sulle loro caratteristiche e sulla loro organizzazione nell'atomo. Sono un'introduzione introduttiva al tema molto ampia.
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CHIMICA ATOMO - formato da nucleo e orbitali - Considerabile con unastruttura vuota NUCLEO - arte piccolissima p - tutta lamassaè concentrata nel nucleo. - Densità elevatissima, gli spazi fra nucleon...
CHIMICA ATOMO - formato da nucleo e orbitali - Considerabile con unastruttura vuota NUCLEO - arte piccolissima p - tutta lamassaè concentrata nel nucleo. - Densità elevatissima, gli spazi fra nucleoni (P e N) sonopressoché virtuali, ovvero non ci sono - Caricopositivamente, poiché composto da nucleoni, ovvero protoni (carica positiva, +) e neutroni (carica neutra) - Le forze di tensione nel nucleo devono controbilanciare le forze di repulsione di protoni con la stessa carica - Nucleipiccolisonostabili, nucleigrandisonoinstabili OTA BENE → in natura, ciò che èinstabiletende atrasformarsiin qualcosadi più N stabile,liberando energia. Il processoinversonon avviene mai spontaneamente, e quando avviene, qualcosa o qualcuno hafornitoopportuna energia. PROTONI - caricapositiva, pari a 1,6 × 10 alla -19 coulomb - Massa leggermente inferioreal neutrone, pari a un UMA (circa 1,6 × 10 alla -27 kg) - Carta d’identità degli elementi nella tavola, poiché il numero di protoni non varia mai Il numero dei protonicoincidecon il numero degli elettroni. Il numero dei protoninon varia mai, mentre quello deineutroni e degli elettroni può variare, ma comunque l’elemento rimane lo stesso… NOTA BENE → NegliIsotopi, variano ineutroni; negliIoni, variano glielettroni NEUTRONI - aricaneutra c - Massa leggermente superioreal protone, circa un UMA - il numero può variare, ma l’elemento rimane lo stesso, si parla di isotopi ELETTRONI - aricanegativa c - ruotano attorno al nucleo, - tendono ad occupare preferenzialmentegliorbitalipiù interni - massa trascurabile, poiché pesa 1840 volte meno del protone - L’elettrone (più esterno) determina lareattività e le proprietà chimiche dell’elemento Glielettroninegliorbitali più vicinial nucleo sono piùstabili, poiché èmaggiore la forza di attrazione del nucleo. Ad aumentare la distanza dal nucleo,diminuiscelaforzadi attrazione del nucleo, quindiaumenta l’energia e l’instabilità degli elettroni. ’elettrone cercasempre di avvicinarsi al nucleo,emettendo energia; se accade il L processoinverso, l’elettrone haricevuto l’opportuna energia, assorbita dall’esterno. OTA BENE → lamassadi un atomo èconcentrata solo nel nucleo, e lareattività e le N proprietà di un atomo dipendono solo dagli elettroni più esterni; di conseguenza la massa di un atomo èSCOLLEGATA dalle sue proprietà chimiche. NUMERO ATOMICO (o DI CARICA) - i indica con Z s - È unnumero intero positivo - Indica ilnumero di protoni, che coincide con il numero degli elettroni - Gli elementi sono ordinati nella tavola periodica da sinistra verso destra e orizzontalmente, al crescere di Z - Tra gli atomi di uno stesso elemento,Z NON VARIA MAI - Nella tavola periodica,Z è indicato come pedice, alla sinistra del simbolo dell’elemento NUMERO DI MASSA - i indica con A S - È unnumero intero positivo - Indica lasomma numerica dei nucleonipresenti nel nucleo di un atomo - Ècirca uguale al peso atomico, tenendo conto che protoni e neutroni hanno peso di circa 1 UMA - A differenza di Z,A PUÒ VARIAREe l’elemento rimanere lo stesso(isotopi) - Nella tavola periodica,A è indicato come apice, alla sinistra del simbolo dell’elemento OTA BENE → Insieme, il numero di massa e il numero atomico (rispettivamente A e Z) N costituiscono nella tavola unnuclide. NOTA BENE →A è sempre maggiore di Z, tranne in un caso, in cui i due sono uguali: si tratta dell’idrogeno, che ha1 protone e 1 elettrone, ma 0 neutroni nel nucleo, e di conseguenzaA coincide con Z. ISOTOPI - tomi di uno stesso elementochedifferiscono unicamente per il numero di A neutroni; gli isotopi di uno stesso elemento avrannomassa diversa ma stesse proprietà chimiche, chedipendono SOLO dagli elettroni - Due isotopi di una stessa elemento sono indistinguibili - Si dividono inisotopi naturali e isotopi artificiali - Nella tavola periodica,ogni elemento haALMENO DUEisotopi naturali - Gli isotopi artificiali sono spesso radioattivi, poichéad aumentare dei neutroni, aumenta anche l’instabilità del nucleo(un esempio è l’uranio arricchito) - Due elementi con lostesso numero di massa, ma condiverso numero atomicosi diconoisobari; indue elementi diversi,nonsi può mai avere il caso in cui abbiano lo stesso numero atomico, mentrepossono avere lo stesso numero di massa, proprio perché esistono gli isotopi. ISOTOPI PARTICOLARI - IDROGENO: ha due isotopi, chiamatiDeuterio(con A=2) eTrizio(A=3), che hanno eso molecolare rispettivamente il doppio e il triplo di quello dell’idrogeno, poiché p cambia il loro numero di neutroni. - CARBONIO: Ha due isotopi particolari,il carbonio-12, da cui si prende la definizione di unUMA, ovvero la 12ª parte della massa dell’isotopo-12 del carbonio i compiti. L’altro isotopo è ilcarbonio-14, utilizzato per ladatazione radiometricadi reperti archeologici, ma anche in attività forense per la datazione delle ossa; quest’isotopo ha un tempo didecadimento molto lungo, che è proprio la caratteristica utilizzata per la datazione. ORBITALI - Caratteristiche generali e Definizioni - egione di spazio in cuicoesistono al massimo due elettronicheviaggiano con R spin opposto, o antiparallelo - Traiettoriesu cuiruotano gli elettroni attorno al nucleo - Dipendono daforze di attrazione e repulsione, poiché ilnucleo attrae elettrostaticamente gli elettroni, poiché dicarica opposta, mentre gli elettroni non si scontrano mai a loro volta poiché di cariche uguali. ORBITALI - Suddivisione (gusci e sottolivelli) - o spazio intorno al nucleo di un atomo viene suddiviso insette gusci, olivelli L energetici, e oltre il settimo guscio non si va poiché ladistanza dal nucleo non consente l’attrazione. - Più ci siallontana dal nucleo, piùdiminuisce l’energia di attrazione del nucleo sugli elettroni, e quindiaumenta l’energia degli elettroni. Si ha, quindi, l’energia minore del primo guscio, quello più piccolo, mentre si ha energia maggiore nel settimo, ovvero ilguscio più lontano - Ogni guscio ha unospessore, e ognielettrone all’interno di un guscio varia la distanza dall’altro, e di conseguenzavaria anche la loro energia - Ogni guscio comprende piùsottolivelli energetici, chiamatiS, P, D, F. Ogni sottolivello presentauno o più orbitali. Più ci siallontana dal guscio, più aumentano il numero degli orbitalie glielettroni contenuti all’interno di ciascun guscio. - Quando un elettrone si muove da un orbitaleesterno a uno interno, siavvicinaal nucleo, e quindidiminuisce la sua energia. Questo processo avvienesempre spontaneamente, e durante esso l’elettrone emette energia. - Quando l’elettrone siallontana dal nucleo(da orbitaleinterno a esterno), la suaenergia aumenta. Perché avvenga questo, occorre fornire l’opportuna energia, che l’elettrone va ad assorbire. - Se, invece, l’elettronerimane sull’orbitale,non varierà la distanza dal nucleoné la propria energia: in questo caso, si parla distato stazionariodell’elettrone. SOTTOLIVELLI ENERGETICI - i dividono in s, p, d , f s - s e p sono dettisottolivelli fissi, e sono abassa energia - d e f sono dettisottolivelli mobili, poiché compiono isalti elettronici; sono adalta energia, e in particolare F è ad altissima energia. - Sono presenti solo in gusci particolari: - s = dal 1° al 7° - p = dal 2° al 7° - d = dal 3° al 6° - f = nel 4° e nel 5° - Fatta eccezione per il primo,in ogni guscio si considerano i sottolivelli fissi, in quanto d ed f, avendotroppa energia, simuovono spostandosi verso l’esterno - Per determinare lecaratteristiche chimiche di un elementosi fa riferimento aisottolivelli fissi con quattro orbitali complessivi e, quindi, otto elettroni: in questo caso, si parla di saturazioneo, raggiungimento dell’ottetto (fatta eccezione per il primo guscio, che raggiunge lasaturazione con solo due elettroni(He, Elio), non avendo il sottolivello p). - Tutti i gusci dal 2° al 7° raggiungono lasaturazione con otto elettroni(ottetto), quindi tutti gli elementi della tavola conterranno da uno a otto elettroni nel guscio più esterno. Il loro comportamento dipenderà unicamente da quanti elettroni sono contenuti nel guscio più esterno: - meno elettroni nel guscio più esterno→ comportamentometallico - più elettroni nel guscio più esterno→ comportamentonon metallico -All’aumentare del numero di elettroni di valenza (nel guscio più esterno), aumenta il comportamento non metallico - La condizione dell’ottetto o saturazione è raggiunta dall’8° gruppo deigas nobili, oinerti, orari. Tutti gli elementi con unnumero da 1 a 7 di elettroni nel guscio più esterno, reagirannoquando raggiungeranno l’ottettoeassomiglieranno elettronicamente ad un gas nobile. Gli elementi hannosolo due modiper raggiungere l’ottetto: 1) ionizzando, ovvero cedendo e/o guadagnando elettroni I ionizzando, ovvero cedendo e ho guadagnando elettroni (legame ionico) 2) condividendo gli elettronicon altri elementi (legame covalente) OTA BENE → si parla diibridazione interatomicaquando il sottolivello d, ad alta energia, N ha un orbitale vuoto, ed avviene iltrasferimento di un elettrone da s(abassa energia) a d(a d alta energia). Quindi, imetalli di transizionetrasferiscono elettroni da s a dquando c’è la possibilità di saturare parzialmente o completamente il sottolivello d. NUMERI QUANTICI ervono per definirel’esatta posizione(distanza dal nucleo) e l’esatta energia di un S elettrone, e sono: 1) NUMERO QUANTICO PRINCIPALE→n a) dice l’energia approssimativa di un elettrone, poichéogni guscio ha uno spessoree quindivaria la distanza dal nucleo e l’energia b) corrisponde alguscioin cui si trova l'elettrone c) da 0 a + infinito d) valori REALI solo da 1 a 7 2) NUMERO QUANTICO SECONDARIO→l(elle) a) Dice laforma dell’orbitale b) corrisponde alsottolivello dove si trova l’elettrone a) va da 0 a + infinito b) valori REALI solo da 0 a 3 (0 = s, 1 = p, 2 = d, 3 = f) c) 0
