ATOMI, MOLECOLE E IONI - La Struttura degli atomi

Tutti gli atomi con lo stesso numero atomico hanno lo stesso comportamento chimico e sono definiti come lo stesso elemento chimico.

Gli Isotopi:

Tutti gli atomi di uno stesso elemento hanno lo stesso numero di protoni ma possono differire nel numero di neutroni. Gli atomi di uno stesso elemento che hanno un numero diverso di neutroni sono chiamati Isotopi.

In natura esiste una quantità significativa di Isotopi, la notazione per indicare un Isotopo consiste nel porre a sinistra del simbolo atomico il numero atomico in basso e il numero di massa in alto, spesso viene anche caratterizzato dal solo numero di massa in alto a sinistra del simbolo. Es: ³⁵ Cl

Le Molecole:

Come si è già detto quando un atomo fa interagire gli elettroni con quelli di un altro atomo si forma un legame chimico.

Un tipo di legame è denominato legame covalente, che consiste nella messa in comune di due elettroni di due atomi. Un aggregato di atomi che sono tenuti insieme da uno o più legami covalenti è detto Molecola.

E' possibile rappresentare un legame covalente con una linea che unisce i due atomi e questa è denominata Formula di Struttura. Es    O

(Molecola d'acqua)

H H

Una Molecola può essere rappresentata anca dalla Formula Molecolare che però fornisce solo la quantità di atomi presenti nella molecola.  Es H₂O

La somma di tutti i pesi atomici di tutti gli atomi presenti nella molecola rappresenta il Peso Molecolare.

Forze d'interazione fra molecole:

L'attrazione maggiore a cui è sottoposto un atomo è chiaramente la forza dell'atomo a cui esso è  legato, però è anche vero che le molecole possono esercitare attrazioni di piccola intensità anche con le altre molecole, queste attrazioni momentanee sono dovute alla fluttuazione momentanea della distribuzione elettronica intorno agli atomi, queste forze sono note come Forze di Van der Waals.

Queste forze sono anche responsabili, a diverse temperature, dei diversi stati (o fasi) della materia.

La temperatura è la misura dell'energia di moto, infatti, l'aumento o l'abbassamento di temperatura fa variare il moto delle molecole.

A bassa temperatura l'energia di moto è bassa per cui le Forze di Van der Waals tengono le molecole unite in una disposizione ordinata come un reticolo cristallino, questo è appunto lo stato solido.

Se si aumenta la temperatura le molecole cominciano ad aumentare il loro moto, se forniamo abbastanza temperatura il legame  ordinato del reticolo si rompe e avremo uno scorrimento delle molecole l'una sull'altra, questo è lo stato liquido.

La temperatura di transizione tra lo stato solido e lo stato liquido è detta Punto di Fusione (T_f).

Nello stato liquido le molecole risentono ancora delle Forze di Van der Waals ma la loro energia di moto gli impedisce di avere una disposizione di reticolo ordinato.

Se continuiamo a fornire energia al liquido le molecole si muoveranno ancora più velocemente finché non vinceranno le forze di Van der Waals e viaggeranno nello spazio a traiettorie indipendenti, Questa è la fase gassosa.

La temperatura di transizione tra lo stato liquido e quello gassoso è detta Punto di Ebollizione (T_e)

Un secondo tipo di forza tra le molecole è la polarità delle molecole. Quando due atomi legati da un legame covalente, che esercitano un attrazione diversa sugli elettroni, avranno la coppia di elettroni più spostata verso un atomo, per cui si avrà un leggero eccesso di carica negativa ad un atomo ed un leggero eccesso di carica positiva ad un altro, questo determina la polarità della molecola, ad esempio l'acqua è una molecola polare perché la capacità di attrarre elettroni (elettronegatività) dell'ossigeno è maggiore di quella dell'idrogeno per cui l'ossigeno sarà caricato negativamente mentre l'idrogeno positivamente. Le molecole polari si comportano come piccoli dipoli elettrici.

La polarità si somma alle Forze di Van der Waals. Nell'acqua i legami tra idrogeno e ossigeno di diverse molecole d'acqua sono molto forti per cui è stato dato loro il nome di Legami a Idrogeno.

Molecole e moli:

Per misurare la quantità di molecole, e cioè passare da un livello molecolare ad un livello di laboratorio si usa un'unità chiamata Mole.

Una Mole è la quantità di particelle pari a quanti atomi di Carbonio-12 ci sono in 12g di Carbonio-12, ovvero una mole è pari al numero di particelle pari al Numero di Avogadro, N, (6,022 ∙ 10 ²³).

Ioni:

Come abbiamo già detto diversi atomi possono avere una diversa elettronegatività. Infatti, quando un atomo con una bassa elettronegatività si avvicina ad un altro con invece un alta elettronegatività, l'atomo con bassa elettronegatività cede uno o più elettroni all'atomo con un alta elettronegatività, formando appunto due ioni.

Ad esempio il Cloruro di sodio (NaCl) è formato dallo Ione Sodio (Na⁺) che cede un elettrone allo ione cloruro (Cl^-), il legame di due ioni è detto Legame Ionico.

Gli ioni positivi vengono detti Cationi e perdono uno o più elettroni, mentre gli ioni negativi vengono detti cationi e acquistano uno o più elettroni.

L'unione di ioni positivi e negativi forma un Sale. Il sale deve essere elettricamente neutro, e può essere formato da ioni semplici, cioè formati da un solo atomo, e da ioni complessi, cioè formati da più atomi.

Quando un atomo è circondato da molti atomi equidistanti, il numero degli atomi vicini è detto Numero di Coordinazione.

Nei sali la Formula Molecolare è detta Formula Chimica e il Peso Molecolare è detto Peso Formula.

Alcuni sali sono solubili in acqua questo perché le parziali cariche positive e negative dell'acqua attraggono i vari ioni e hanno una forza maggiore di quella che tiene insieme il reticolo del sale per cui appena a contatto con l'acqua alcuni sali si sciolgono, gli ioni del sale si separano circondandosi di molecole d'acqua diventando così ioni idratati.