Chimica per il liceo/La tavola periodica e i primi modelli atomici: differenze tra le versioni

 
In questo sistema gli elementi chimici non erano solo ordinati in base alla propria massa atomica, ma anche raggruppati in ''gruppi'' (corrispondenti alle colonne) con caratteristiche chimiche simili, come mostrato in figura 2.
[[File:Periodic table by Mendeleev, 1871.svg|centro|miniatura|767x767px623x623px|'''Figura 2.''' Tavola periodica Mendeleev (versione del 1871).]]
Come si è detto precedentemente, il sistema periodico elaborato da Mendeleev permise anche di ipotizzare l'esistenza di elementi non ancora scoperti e di prevederne le principali caratteristiche e proprietà. Ad esempio, Mendeleev osservò che sebbene in base alla sua massa atomica il titanio (Ti) avrebbe dovuto seguire il calcio (Ca), le sue caratteristiche differivano significativamente da quelle del boro (B) e dell'alluminio (Al), pertanto lasciò una casella vuota ipotizzando l'esistenza di un elemento ancora sconosciuto, che denominò eka-alluminio. In modo analogo, Mendeleev predisse l'esistenza anche di altri due elementi sconosciuti che denominò provvisoriamente eka-boro e eka-silicio. Non passarono molti anni, prima che l'effettiva esistenza di tali elementi venne confermata: sono rispetti gli elementi noti oggi come gallio (Ga, scoperto nel 1875), scandio (Sc, scoperto nel 1879) e germanio (Ge, scoperto nel 1886).
 
 
Mediante lo strofinio è possibile caricare elettricamente un corpo, sfrutta l'energia cinetica per strappare cariche ai materiali in oggetto; per convenzione, i materiali che, in seguito a strofinio, presentano un comportamento analogo a quello dell'ambra, come ad esempio la plastica, sono definiti '''negativi''', mentre quelli che si comportano come il vetro sono definiti '''positivi'''. Due oggetti che presentano cariche elettriche opposte si attraggono, mentre due oggetti che hanno la stessa carica si respingono, come mostrato in figura 4.
[[File:Interazioni tra cariche elettriche.svg|centro|miniatura|627x627px|'''Figura 4.''' Interazione tra cariche elettriche: (A) se le cariche sono di segno opposto si attraggono; (B) se sono dello stesso segno si respingono.|sinistra]]{{Clear}}
 
== La scoperta dell'elettrone e il modello atomico di Thomson ==
[[File:Jersey Christmas pudding podîn d'flieu.jpg|miniatura|186x186px|'''Figura 8.''' Plum (o Christmas) pudding.|sinistra]]
Dopo aver scoperto l'elettrone, nel 1904, Thomson propose il primo modello atomico moderno e basato su dati sperimentali, noto come "'''modello a panettone'''", o in inglese ''plum pudding model'' (il plum o Christmas pudding è un tipico dolce inglese natalizio che, come il nostro panettone tradizionale, contiene canditi e uva passa, figura 8). Tale modello ipotizza che l'atomo sia una sfera di carica positiva, a cui è associata anche la massa (essendo la massa dell'elettrone molto inferiore rispetto a quella di un atomo), diffusa in tutto il volume, al cui interno sono distribuiti gli elettroni (cariche negative) a distanza regolare, in modo da minimizzare la repulsione reciproca (figura 9). Tale modello viene definito "a panettone" in quanto l'impasto rappresenta la nuvola di carica positiva diffusa in tutto il volume, mentre le uvette e i canditi distribuiti al suo interno rappresentano gli elettroni negativi.
[[File:Plum pudding atom.svg|centro|miniatura|329x329px|'''Figura 9.''' Il modello atomico "a panettone" proposto da Thomson.]]{{Clear}}
 
== L'esperimento di Rutherford e il modello atomico planetario ==
 
In tali esperimenti, Rutherford bombardò una sottile lamina d'oro, dallo spessore di circa 0,004 mm, con delle ''particelle α'' (alfa) emesse ad alta velocità da una fonte radioattiva; tali particelle sono dota di massa (circa pari a quella di un atomo di elio e oltre 7000 volte maggiore di quella di un elettrone) e di carica elettrica positiva, doppia rispetto a quella dell'elettrone, ma di segno opposto. Per rilevare la presenza delle particelle α, che sono invisibili all'occhio umano, e studiarne pertanto il tragitto quando interagivano con la lamina d'oro, utilizzò un particolare schermo fluorescente, come mostrato in figura 11.
[[File:Scatteringrutherford.jpg|centro|miniatura|514x514px|'''Figura 11.''' Schema dell’apparato sperimentale utilizzato da Rutherford e dai suoi collaboratori per indagare la struttura dell’atomo.]][[File:Rutherford gold foil experiment results.svg|miniatura|mmm]]Gli scienziati osservarono che:
 
* la maggior parte delle particelle α attraversava la sottile lamina d'oro in linea retta, senza cioè subire alcuna deviazione;
* una piccola ma significativa frazione di particelle veniva deviata e addirittura alcune particelle (circa 1 ogni 8000) venivano rimbalzate all'indietro.
 
In base alle osservazioni e ai calcoli effettuati Rutherford anzitutto comprese che il modello proposto da Thomson non potesse essere valido, in quanto le particelle alfa avrebbero dovuto attraversare tutte in linea retta la lamina d'oro senza subire alcuna deviazione o venendo solo leggermente deviate, per l'interazione con il debole campo elettrico generato dagli atomi (si ricordi che nel modello di Thomson la carica e la massa sono diffuse in tutto il volume dell'atomo, che di conseguenza ha una densità sia di massa sia di carica molto bassa). [[File:Rutherford gold foil experiment results.svg|miniatura|mmm]]{{Clear}}
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== Numero atomico, numero di massa e isotopi ==
 
[[File:Element identity Z.png|sinistra|miniatura|Il numero atomico si indica con Z|153x153px]]
 
[[File:Element identity A.png|miniatura|Il numero di massa si indica con A|sinistra|155x155px]]
 
[[File:Isotope NiCuZn.svg|miniatura|Esempi di isotopi: in nero quelli stabili, in rosso e blu quelli radioattivi]]
 
[[File:Hydrogen Deuterium Tritium Nuclei Schmatic-en.svg|sinistra|miniatura|Gli isotopi dell'idrogeno]]
[[File:Hydrogen Deuterium Tritium Nuclei Schmatic-en.svg|sinistra|miniatura|Gli isotopi dell'idrogeno]]L’atomo è l’unità fondamentale della materia e tutti gli atomi sono formati dalle stesse categorie di subparticelle: il nucleo è costituito da '''protoni''' (particelle dotate di massa e carica positiva) e '''neutroni''' (particelle neutre dotate di una massa paragonabile a quella dei protoni); nello spazio perinucleare si muovono gli '''elettroni''' (particelle con carica negativa e massa trascurabile rispetto a quella di un protone o di un neutrone). Il numero di elettroni eguaglia il numero di protoni: l’atomo, infatti, è, per definizione, una entità neutra. Il '''numero di protoni''' (e, quindi, di elettroni) viene indicato come '''numero atomico'''.
[[File:Atomo di carbonio.svg|miniatura|345x345px|Struttura semplificata dell'atomo di carbonio]]
[[File:Hydrogen Deuterium Tritium Nuclei Schmatic-en.svg|sinistra|miniatura|Gli isotopi dell'idrogeno]]L’atomo è l’unità fondamentale della materia e tutti gli atomi sono formati dalle stesse categorie di subparticelle: il nucleo è costituito da '''protoni''' (particelle dotate di massa e carica positiva) e '''neutroni''' (particelle neutre dotate di una massa paragonabile a quella dei protoni); nello spazio perinucleare si muovono gli '''elettroni''' (particelle con carica negativa e massa trascurabile rispetto a quella di un protone o di un neutrone). Il numero di elettroni eguaglia il numero di protoni: l’atomo, infatti, è, per definizione, una entità neutra. Il '''numero di protoni''' (e, quindi, di elettroni) viene indicato come '''numero atomico'''.
 
Le varie specie atomiche differiscono, in primo luogo, per il numero atomico e sono ordinate in tavola periodica secondo il numero atomico crescente.
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