Corso di Chimica: La struttura dell'atomo e la teoria di Dalton

POLITECNICO DI TORINO - Department of Applied Science & Technology - DISAT

Corso di CHIMICA Lezione 4 La struttura dell'atomo: le osservazioni che condussero al modello nucleare dell'atomo info: giuseppe.elia@polito.it

Atoms consist of 99.99999999% empty space. That means: the computer you're looking at, the chair you're sitting on, and you, yourself are mostly NOT THERE. How awesome is that ?!2

Lezione 4: la struttura dell'atomo

Sommario della lezione

Nella prima parte di questa lezione viene affrontato in modo preliminare il tema della cosiddetta struttura dell'atomo per arrivare a dimostrare che gli elettroni, disposti esternamente al nucleo stesso, non hanno energie casuali ma, al contrario, sono caratterizzati da valori particolari di energia.

1. Origine sperimentale del modello dell'atomo
2. Radiazione elettromagnetica e sue interazioni con gli atomi
3. Onde elettromagnetiche e quanti di energia
4. Quantizzazione dei livelli di energia
5. modello di atomo planetario

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Lezione 4: la struttura dell'atomo

L'atomo e la sua storia

• I Greci per primi tentarono di spiegare perché avvengono i processi chimici.
• Nel 400 a.C. ca., ipotizzarono che la materia fosse composta di 4 sostanze fondamentali: fuoco, terra, acqua e aria.
• Analizzarono anche il problema della costituzione della materia: la materia è continua, quindi divisibile in particelle sempre più piccole, oppure formata da piccole particelle indivisibili ?
• Democrito (460-380 a.C.) fu il primo che attribuì il nome «ATOMI» alle particelle fondamentali costituenti la materia, infinitamente piccole, immutabili, indistruttibili e indivisibili.
• Non essendo in grado di attuare esperimenti a riguardo per provare la loro ipotesi, i Greci non raggiunsero nessuna conclusione definitiva sulla costituzione della materia.
• poi, per 2000 anni domina l'alchimia ...
• 1º modello atomico proposto ~ XXII secoli dopo ...

DEMOCRITUS de marmere antique apud J. d. Democrito, in greco antico Δημόκριτος (Abdera 460-380 a.C), filosofo greco antico Giuseppe Elia - Corso di Chimica - Politecnico di Torino

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La nascita della moderna teoria atomica: da Lavoisier a Dalton

• Nell' Ottocento, John Dalton ipotizzò il primo modello atomico su basi sperimentali, ispirato ed affiancato dagli studi suoi, di Antoine Lavoisier e di Joseph-Louis Proust.
• Lavoisier studiò sperimentalmente le trasformazioni chimiche (in particolare, spiegò la vera natura della combustione e il ruolo dell'ossigeno, aprendo la strada alla chimica moderna) arrivando a enunciare la legge di conservazione della massa.
• Proust scompose numerosi composti minerali negli elementi costitutivi misurandone le diverse quantità e proporzioni, arrivando a enunciare la legge delle proporzioni definite.

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Lezione 4: la struttura dell'atomo

Leggi di Lavoisier, Proust e Dalton

• Legge di Lavoisier o della conservazione delle masse: la somma delle masse delle sostanze prima della reazione è uguale alla somma delle masse delle sostanze dopo la reazione.

Parigi, 1794 LAVOISIER, padre della chimica moderna, discriminato e ghigliottinato.

• Legge di Proust o delle proporzioni semplici o definite: gli elementi si combinano tra loro secondo rapporti in massa definiti e costanti esprimibili da numeri piccoli e interi.
• Legge di Dalton o delle proporzioni multiple: quando 2 elementi si combinano per formare diversi composti, le masse di un elemento che si combinano con una data massa dell'altro, stanno tra loro in rapporti esprimibili con piccoli numeri interi.

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Le leggi di Lavoisier e Proust

Legge di Lavoisier In una reazione chimica, la massa si conserva perché il numero e la na- tura degli atomi restano inalterati: la somma delle masse del sodio e del cloro è uguale alla massa totale del cloruro di sodio che si forma. sodio cloro cloruro di sodio + 23 g + 35,4 g = 58,4 g + 11,5 g + 17,7 g = 29,2 g La massa totale delle sostanze rimane invariata durante una trasformazione chimica: nulla si crea e nulla si distrugge, ma tutto si trasforma

In un composto chimico puro gli elementi sono combinati secondo un rapporto in massa definito e costante, qualunque sia la quantità di composto ottenuta e in qualunque modo il composto venga prodotto. Legge di Proust Il rapporto tra le masse di cloro e di sodio è definito e costan- te: un atomo di cloro si combina sempre con uno di sodio e ogni atomo di cloro ha una massa 1,54 volte maggiore di quella di ogni atomo di sodio. massa cloro massa sodio = =1,54 Questo significa che, quando il sodio e il cloro reagiscono tra di loro formando NaCl, siccome gli elementi si combinano secondo un rapporto in massa definito e costante, con la metà di grammi di Cl si combineranno la metà di g di Na oppure che con il doppio di grammi di Cl si combinerà il doppio di g di Na, ecc...

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Legge di Dalton

Nello stesso periodo, John Dalton osservò che alcune coppie di elementi possono combinarsi tra loro in modi diversi e dare origine a più di un composto. Egli arrivò così a enunciare la legge delle proporzioni multiple, che esprime la possibilità di molti elementi di combinarsi tra loro in rapporti quantitativi diversi, formando quindi composti differenti.

In determinate condizioni l'ossigeno ed il carbonio si combinano per formare un determinato composto, in altre condizioni, i due elementi si combinano per formare un composto diverso.

carbonio 1 g ossigeno 1,33 g monossido di carbonio 2,33 g + Quando l'ossigeno è poco, si forma il monossido di car- bonio.

carbonio 1 g ossigeno 2,66 g + diossido di carbonio 3,66 g

Monossido di carbonio 0 C 1 = 1 Diossido di carbonio 0 2 1 Rapporto dell'ossigeno nel monossido di carbonio e nel diossido di carbonio: 1:2

Se 2 elementi A e B reagiscono per formare 2 composti, i rapporti delle masse del secondo elemento che si combinano con un grammo di A possono sempre essere ridotti a numeri interi (generalmente) piccoli.

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La teoria atomica di Dalton

La prima teoria atomica fu proposta da Dalton nel 1808 (A new system of chemical philosophy) e si basa sui seguenti postulati:

1. Tutta la materia è costituita da particelle piccolissime, indivisibili e indistruttibili chiamate "atomi".
2. Tutti gli atomi di uno stesso elemento sono identici nella massa e nelle altre proprietà e sono diversi in qualche proprietà dagli atomi di ogni altro elemento.
3. composti chimici si formano dalla combinazione chimica tra atomi di elementi differenti. Un dato composto ha sempre gli stessi numeri relativi e gli stessi tipi di atomi.
4. Le reazioni chimiche consistono nella riorganizzazione degli atomi, cioè nel cambiamento del modo in cui si legano tra loro: di per sé, gli atomi non possono essere né creati né distrutti, né possono essere convertiti in atomi di altri elementi, ma si trasferiscono interi da un composto all'altro.

Manchester, May 12, 1505. IN THE PRESS, ( And will be ready for publication in Jene, price Seera Shillings in boards ) PART I. NEW SYSTEM Chemical Philosophy. BY JOHN DALTON. Tiris work is printed in octavo, and will, when completed, consist of two parts, the second of which, it is hoped, will be published in about twelve months. The first part contains four Plater, illustrative of several new Principles developed in the work, and is divided into three Chapters : - The first chapter is on Heat of Caloric ; it is subdivided into nine Sections-lit. On Temperature and the instruenents for mea- suriog it :- al, On Expansion by Heat; - 3J. Oa the specific Heat of Bodies , -4di. On the Theory of the specific Heat of Elastic Fluids ;- 3th. On the quantity of Heat evolved by Combustion ; - 6th. On the natural Zero of Temperature ;-- 7th. On the Motion and Communication of Heat, whing from Imcquality of Temperature :- Stis. On the Temperature of the Atmosphere; and sth. On the Pheno. meas of the Congelation of Water. The second chapter is on the Constitution of lodica ; it is sub- divided into four Sections ; -- Ist. On the Constitution of pere Elastic Fluids ; - ad. On the Constitution of mixed Elastic Fluidi ;- 51. On the Constitution of Liquids, and the mechanical relations betwist Liquids and Elastic Fluids; aoã 4th, On the Constitution of Solids, The third chapter is on Chemical Synthesis ; and tenda to place the whole science of Clamistry upon a new, and more simple, lasis than it has been upon beretofore. Besides the new views of subjects contained in this work, there will be found a great number of original facts and experimenti. Those who are desirous to be early supplied with one or more copies of Part I. will please to notify the same to the Author. 10, GEORGE-STREET. S. RCMSELL, FRINTIE, MANCHESTER. La teoria concorda perfettamente con le 3 leggi (conservazione della massa, proporzioni definite e proporzioni multiple).

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Lezione 4: la struttura dell'atomo

La teoria atomica di Dalton: spiegazione delle 3 leggi

Spiegazione delle 3 leggi (conservazione della massa, proporzioni definite e proporzioni multiple) tramite la teoria atomica di Dalton.

Conservazione della massa Gli atomi non possono essere nè creati , nè distrutti. postulato 1 o convertiti in altri tipi di atomi. postulato 2 Poichè ogni atomo ha una massa fissa, postulato 3 durante una reazione chimica gli atomi si combinano in differenti modi l'uno con l'altro e quindi non c'è variazione della massa totale.

Composizione definita Gli atomi si combinano in un composto in rapporti specifici e ogni atomo ha una specifica massa. Perciò ogni elemento costituisce una frazione fissa della massa totale in un composto.

Proporzioni multiple Gli atomi di uno stesso elemento hanno la stessa massa E gli atomi sono indivisibili. Perciò quando di combinano differenti numeri di atomi in diversi composti, il loro rapporto dovrà essere quello di piccoli numeri interi.

C O Ossido di carbonio I (monossido di carbonio)

C O Ossido di carbonio II (diossido di carbonio)

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