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Didattica delle Scienze della MateriaCHIMICA
La Tavola Periodica
Dr. Riccardo Pettinarie-mail: [email protected]
Tel. 0737-402338
Tirocini Formativi Attivi
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La Stele di Rosetta
ChampollionStele di rosetta
La stele di Rosetta riporta un'iscrizione con tre differenti grafie: geroglifico, demotico e greco.
Rappresenta la chiave di lettura dei geroglifici egiziani
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Tavola Periodica degli Elementi
La tavola Periodica degli elementi è stata considerata come l’icona del XX secolo. Essa rappresenta la chiave di lettura della
natura
Mendeléev è lo Champollion della natura!
Mendeleev
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La scoperta degli elementi
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Litio, Sodio e PotassioCloro, Bromo e Iodio
Calcio, Stronzio e Bario
J. W. Döbereiner inizio del XIX secolo: molti elementi potevano essere riuniti in gruppi di tre elementi simili
• quando i tre elementi di una triade venivano disposti in ordine crescente di massa atomica, le proprietà dell’elemento centrale risultavano intermedie rispetto a quelle degli altri due
• la massa atomico dell’elemento centrale era molto vicino alla media aritmetica degli altri due (per esempio, nella triade cloro, bromo, iodio il peso atomico del bromo è 79,9, valore molto vicino a 81,2 che è la media aritmetica di 35,5 (cloro) e 126,9 (iodio).
Legge delle triadi
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Legge delle ottave
J. Newlands (1866): quando gli elementi erano sistemati in ordine crescente di massa atomica, ogni elemento aveva proprietà simili a quelle degli elementi che stavano otto posti avanti e otto posti indietro.
Legge delle ottave: l’ottavo elemento era una specie di ripetizione del primo, analogamente a quanto si verifica per l’ottava nota nella scala musicale
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Meyer e i Volumi Atomici
Lothar Meyer
Meyer osservò (1870) che, se si tracciava un grafico dei volumi atomici degli elementi in funzione delle masse atomiche, si otteneva una serie di onde che formavano vertici appuntiti in corrispondenza dei metalli alcalini, cioè sodio, potassio, rubidio e cesio.
La distanza tra due vertici consecutivi corrispondeva a un periodo della tavola degli elementi. In ogni periodo, oltre al volume atomico, subiva un'oscillazione anche un certo numero di altre proprietà fisiche.
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Dimitri Mendeleev e la Legge Periodica
D. Mendeléev osservò (1869) una regolarità nella variazione della valenza degli elementi e del loro comportamento chimico, riportati in ordine di massa atomica crescente la valenza aumentava e diminuiva, dando luogo ai periodi.
Dimitri Mendeleev
Quando gli elementi sono disposti in ordine crescente di massa atomica, alcune serie di proprietà ricorrono con
periodicità.
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Previsione di nuovi elementi
Era necessario lasciare nella tavola degli spazi vuoti, corrispondenti ad elementi che non erano stati ancora scoperti, che chiamò eka-boro (scandio), eka-alluminio (gallio) ed eka-silicio (germanio) (eka significa «uno» in sanscrito).
— = 44
— = 72— = 68— = 100
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Previsione di nuovi elementi
Applicando la sua Legge Periodica, Mendeleev previde correttamente le proprietà degli elementi prima della loro scoperta, avvenuta alcuna anni dopo:
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Un nuovo gruppo della tavola
Lord Ramsay
Un gruppo di elementi che Mendeleev non aveva previsto era quello dei gas nobili. Egli non lasciò spazi vuoti per essi. Ramsay, il loro scopritore, propose di disporli in un gruppo separato, dopo gli alogeni.
F
Cl
Br
I
At
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
He
Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
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Numero atomico e legge periodica
Attraverso lo studio degli spettri dei raggi X emessi dai differenti elementi egli correla le frequenze dei raggi X alle cariche nucleari, in corrispondenza delle posizioni degli elementi nella tavola periodica. Egli assegna i numeri atomici agli elementi e comprende che:
Proprietà simili ricorrono periodicamente quando gli elementi sono disposti in funzione del loro numero atomico
crescente.
H. G. J. Moseley
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Tavola PeriodicaMetalli Alcalini
Alcalino-terrosi
Metalli di Transizione
Calcogeni
Gas Nobili
Lantanidi e Attinidi
Gruppi principali
Gruppi principali Alogeni
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Caratteristiche generali dell’atomo
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Numero Atomico Z
Per atomi elettricamente neutri il numero di protoni è uguale al numero di elettroni.
Rappresenta il numero di protoni nel nucleo
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Numero Atomico e Tavola Periodica
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Gli atomi con carica positiva: i cationi
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Gli atomi con carica negativa: gli anioni
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I chimici non potevano pesare direttamente un atomo quindi hanno definito in maniera arbitraria una
“unità di massa atomica”
• Ossigeno O è circa 1.33 volte più pesante del carbonio
• L’idrogeno H è circa 12 volte più leggero del carbonio
• Il mercurio Hg è circa 16,66 volte più pesante del carbonio
La Massa Atomica
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Unità di massa atomica
Ad 1 atomo di carbonio contenente 6 protoni e 6
neutroni è stata assegnata arbitrariamente una
massa esatta di 12 u
1/12 della massa di un atomo di 12C corrisponde ad 1 u
Le masse delle particelle atomiche fondamentali sono espresse in u (Dalton Da, uma o amu)
1u (1 Da = 1amu = 1uma) = 1.661x10-27 Kg = 1.661x10-24 g
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Masse atomiche relative
• Ossigeno O è circa 1.33 volte più pesante del carbonio
• Se C pesa 12 u e se O è 1.33 volte più pesante di C
Allora O pesa 12u x 1.33 16 u
• L’idrogeno H è circa 12 volte più leggero del carbonio
Se C pesa 12 u e se H pesa 1/12 di C
Allora H pesa 1/12u 1 u
• Il mercurio Hg è circa 16,66 volte più pesante del carbonio
Se C pesa 12 u e se Hg pesa 16.66 volte C
Allora Hg pesa 12u x 16.66 200 u
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Struttura Nucleare
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Rappresenta il numero di protoni e di neutroni nel nucleo (anche
detti nucleoni).
Numero di Massa A
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Numero di Massa A
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Isotopi = atomi di un elemento con lo stesso numero di protoni, ma con un differente numero di neutroni
Contrariamente a quanto Dalton pensava, non tutti gli atomi di un elemento hanno la stessa massa. Nel 1912 Thomson trovò che il Neon è formato da 3 isotopi:
20Ne (90.48%), 21Ne (0.27%), 22Ne (9.25%)
Isotopi
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L’idrogeno è l’unico elemento per il quale esistono dei noni
specifici per i tre differenti isotopi.
Isotopi
Gli atomi più pesanti possiedono
generalmente un numero maggiore di
isotopi
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Isotopi
Gli isotopi hanno le stesse proprietà chimiche ma differenti proprietà fisiche
1H 2D
Acquaghiaccio
Acqua pesante
ghiaccio pesante
Acqua ghiaccio pesante
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Quale è la Massa Atomica di un elemento
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Masse Atomiche naturali
La massa atomica (peso*) di un elemento è la media delle masse isotopiche, pesate in base alle abbondanze naturali degli isotopi
dell’elemento
La massa atomica di un elemento è il peso medio di un
atomo dell’elemento. La massa atomica dipende dalle
percentuali con cui i vari isotopi dell’elemento sono presenti
in natura e dalla loro massa.
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Masse Atomiche naturali
La massa atomica (peso*) di un elemento è la media delle masse isotopiche, pesate in base alle abbondanze naturali degli isotopi
dell’elemento
* Il termine peso risale a Dalton e spesso la massa atomica viene chiamata erroneamente peso atomico
.....2) isotopo x(massa100
2 isotopo %1) isotopo x(massa
100
1 isotopo %Atomica Massa
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31
Filmato originale con commento audio sul disastro del dirigibile Hindeburg nel 1937, Lakehurst , New
Jersey, USA
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Interazioni deboli
Allotropi del Carbonio
DIAMANTE
GRAFITE
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Allotropi del Carbonio
NANOTUBI DI CARBONIO
FULLERENE C60
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Stagno Grigio Stagno Bianco
Allotropi dello Stagno
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Stagno Grigio
Stagno Bianco
Allotropi dello Stagno
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Stagno Grigio Stagno Bianco
Allotropi dello Stagno
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Allotropi del Fosforo
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Zolfo cristallino e plastico
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40
OSSIGENO
Ossigeno liquido a – 183 °C, contenuto in vaso Dewar trasparente.
Luce emessa dall’ossigeno quando viene eccitato tramite scarica elettrica in un tubo
Bombola da un litro contenente ossigeno compresso alla pressione di 110 bar
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