VERSO IL CONCETTO DI ATOMO

La legge delle proporzioni multiple. Dalton, analizzò diversi casi in cui due elementi possono reagire e portare alla formazione di due o più composti di struttura chimica diversa. Consideriamo ad esempio la reazione tra ossigeno e carbonio, dalla quale si possono ottenere due gas: l'ossido di carbonio, molto pericoloso, che si ottieni in tutte le combustioni in condizioni di carenza di ossigeno; e il diossido di carbonio che è prodotto dalla combustione normale in un ambiente ben areato. La legge delle proporzioni multiple, afferma che: quando un elemento  si combina con l stessa massa di un secondo elemento per formare composti diversi, le masse del primo elemento stanno fra loro in rapporti semplici, esprimibili mediante numeri interi piccoli.

Dalton elaborò la prima teoria atomica, che si basa sul fatto che :

La materia è costituita da atomi piccolissimi e indivisibili;

Tutti gli atomi di uno stesso elemento sono identici ed hanno la stessa massa;

Gli atomi di un elemento non possono essere convertiti in atomi di un altro elemento

Gli atomi di un elemento si combinano solo con numeri interi di atomi di altri elementi;

Gli atomi non possono essere né creati né distrutti, ma si trasferiscono interi da un composto all'altro.

ELEMENTI E ATOMI

Gli elementi sono costituiti da atomi che hanno identiche proprietà chimiche.

Le proprietà fisiche di un elemento, come l'opacità, il colore, la conducibilità termica ecc.. sono il risultato dell'unione di tantissimi atomi che costituiscono un oggetto: esse sono chiamate proprietà macroscopiche della materia.

COMPOSTI E MOLECOLE

Più atomi legati tra loro costituiscono le molecole, che sono infatti il raggruppamento di due o più atomi. Le molecole possono essere costituite da atomi dello stesso tipo oppure da atomi diversi. Alcuni elementi come l'idrogeno, l'ossigeno, l'azoto ecc.. si trovano in natura sottoforma di molecole costituite da atomi identici. Altri elementi come il fosforo e l'arsenico, invece, esistono sottoforma di molecole costituite da quattro atomi.

Le molecole dei composti a differenza di quelle degli elementi sono costituiti da atomi di diverso tipo. Ogni molecola è rappresentata da una formula chimica che ne specifica la composizione chimica e indica quali elementi costituiscono la molecola e quanti atomi di ogni elemento sono presenti.  (Es: L'ossigeno O , il numero 2 viene chiamato indice numerico e specifica il numero di atomi di un dato elemento).

La formula bruta o grezza, indica quali elementi sono presenti nella molecola e il numero di atomi di ogni elemento, specificando il rapporto di combinazione tra gli atomi dei singoli elementi che costituiscono la molecola.

Oltre a atomi e molecole, esistono altre particelle chiamate ioni, che sono atomi o gruppi di atomi con una o più cariche elettriche positive o negative. Gli ioni carichi positivamente sono chiamati cationi mentre quelli carichi negativamente sono chiamati anioni.

(Da pagina 91 a 103)

MASSA ATOMICA E MASSA MOLECOLARE.

La massa degli atomi non si può determinare, si riccone quindi alla sua misura relativa, cioè per confronto con quella di un atomo di riferimento. Oggi vengono utilizzati metodi sperimentali molto accurati (spettrometria di massa) che ci forniscono le masse atomiche relative con una precisione molto elevata. Il campione di riferimento per la determinazione della massa atomica relativa è un particolare atomo di carbonio , chiamato isotopo 12.

Una volta stabilita l'unità di massa atomica, le masse dei diversi atomi sono state confrontate con questa ottenendo così le masse atomiche relative. Conoscendo le masse atomiche relative dei diversi elementi è facile calcolare le masse molecolari relative delle differenti molecole. E' infatti sufficiente sommare le masse atomiche relative dei singoli atomi che compongono la molecola

LA MOLE

La mole è l'unità di misura della quantità di sostanza nel sistema internazionale ed è una delle 7 unità di misura fondamentali. La mole è una quantità di sostanza che contiene un numero definito di particelle (atomi, molecole, ioni). La massa di una mole viene chiamata massa molare e la sua unità di misura è g/mol . La massa molare di un elemento o di una molecola è uguale alla sua massa atomica o molecolare espressa  in g/mol .

Una mole di qualsiasi sostanza contiene sempre un numero fisso di particelle ; tale valore è il numero di Avogadro N, pari a 6,022 * 10 alla ventitreesima .

Il numero di moli contenute in un campione  si ottiene dividendo la massa m del campione (espressa in grammi) per la massa molare della sostanza che lo costituisce, espressa in g/mol. La massa del campione si ottiene moltiplicando il numero di moli per la massa della mole.

FORMULE CHIMICHE

Ogni composto è determinato da formule chimiche che ci permettono di definire i rapporti di combinazione tra gli atomi; tali combinazioni a loro volta, ci permettono di definire quelle tra le masse degli elementi sotto forma di composizione percentuale che in conclusione ci permette di stabilire realmente le masse degli elementi... un altro metodo per definire tali massi è attraverso l analisi: che può essere qualitativa o quantitativa : in quella qualitativa determiniamo quali sono gli elementi costituenti mentre in quella quantitativa misuriamo le loro quantità.

(Da pagina 119 a 127)

La legge di combinazione dei volumi afferma che il rapporto tra i volumi di gas in una reazione chimica è espresso da numeri interi e piccoli.

Secondo il principio di Avogadro, volumi uguali di gas diversi, alla stessa pressione e temperatura, contengono lo stesso numero di molecole.

L'ipotesi di Avogadro ci suggerisce di come pesare le molecole. Se volumi uguali di due gas, alla stessa pressione e temperatura, pesano diversamente allora vuol dire che il gas con massa maggiore è costituito da molecole più pesanti. Inoltre il rapporto fra i pesi dei due volumi di gas è esattamente uguale al rapporto fra le masse delle due diverse molecole costituenti. Partendo dalle densità relative dei gas rispetto all'idrogeno è possibile determinare le masse relative delle loro molecole.

A differenza dei solidi e dei liquidi, i gas seguono la legge di Avogadro secondo la quale ad una certa pressione e temperatura, il volume occupato da un gas dipende solo dal numero di molecole e non dal tipo.

L'EQUAZIONE DI STATO DEI GAS PERFETTI.

LA LEGGE DELLE PRESSIONI PARZIALI DI DALTON

Secondo questa legge la pressione totale di una miscela gassosa è uguale alla somma delle pressioni parziali dei gas che la compongono.

LA LEGGE DELLA FIFFUSIONE O LEGGE DI GRAHAM

Questa legge evidenzia che la velocità di diffusione di un gas è maggiore quanto più è bassa la sua massa molecolare. L'equazione della legge di Graham è :

(Da pagina 145 a 154)

LE PARTICELLE DALL'ATOMO

I greci avevano scoperto che gli oggetti di ambra strofinati con un panno di lana, attiravano la paglia sminuzzata. Essi chiamavano l'ambra elektron da cui deriva il termine elettricità. Oggi possiamo ripetere lo stesso esperimento strofinando due strisce di acetato con della carta. Vedremo che queste due strisce si respingeranno tra loro. Otterremo lo stesso risultato strofinando  due strisce di plastica trasparente. Ma se prenderemo le due strisce di acetato e quelle trasparenti, ci accorgeremo che strofinandole tutte e quattro insieme e poi avvicinandole, esse si attraggono poiché i due tipi di strisce assumeranno due diversi tipi di elettrizzazione. Questa elettricità è la carica elettrica che può essere positiva o negativa.

Per separare le parti positive da quelle negative, Thomson utilizzò i tubi di Crookes. Il tubo di vetro sottovuoto conteneva due placche metalliche, una collegata al polo positivo e l'altra a quello negativo. La placca negativa fu chiamata catodo, quella positiva anodo. La radiazione proveniente dal catodo produceva una luce verdastra sul fondo del tubo dopo aver attraversato il foro della placca positiva. Tali radiazione furono chiamati raggi catodici. Essi sono formati da particelle negative, gli elettroni.