gli atomi e le molecole in natura esistono 92 particelle elementari, dette atomi, che costituiscono...
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Gli atomi e le molecole
• IN NATURA ESISTONO 92 PARTICELLE ELEMENTARI, IN NATURA ESISTONO 92 PARTICELLE ELEMENTARI,
DETTE DETTE ATOMIATOMI , CHE COSTITUISCONO L’UNITÀ , CHE COSTITUISCONO L’UNITÀ
STRUTTURALE PIÙ PICCOLA DELLA MATERIA.STRUTTURALE PIÙ PICCOLA DELLA MATERIA.
• GLI ATOMI SONO COSTITUITI DA UN GLI ATOMI SONO COSTITUITI DA UN NUCLEONUCLEO, NEL QUALE , NEL QUALE
SI TROVANO SI TROVANO I PROTONII PROTONI (PARTICELLE CARICHE (PARTICELLE CARICHE
POSITIVAMENTE) E I POSITIVAMENTE) E I NEUTRONINEUTRONI ( CHE SONO NEUTRI, CIOÈ ( CHE SONO NEUTRI, CIOÈ
SENZA CARICA), ATTORNO AL QUALE IN VARIE POSIZIONI SENZA CARICA), ATTORNO AL QUALE IN VARIE POSIZIONI
ORBITANO GLI ORBITANO GLI ELETTRONIELETTRONI (PARTICELLE MOLTO PIÙ (PARTICELLE MOLTO PIÙ
PICCOLE DELLE PRECEDENTI E CARICHE PICCOLE DELLE PRECEDENTI E CARICHE
NEGATIVAMENTE). DATO CHE IL NUMERO DELLE CARICHE NEGATIVAMENTE). DATO CHE IL NUMERO DELLE CARICHE
NEGATIVE È UGUALE A QUELLO DELLE CARICHE POSITIVE, NEGATIVE È UGUALE A QUELLO DELLE CARICHE POSITIVE,
GLI ATOMI RISULTANO ELETTRICAMENTE NEUTRI.GLI ATOMI RISULTANO ELETTRICAMENTE NEUTRI.
Gli atomi e le molecoleGli atomi e le molecole• LA MATERIA SI FORMA CON LA STESSA LOGICA CHE PRESIEDE LA MATERIA SI FORMA CON LA STESSA LOGICA CHE PRESIEDE
AL GIOCO DELLE COSTRUZIONI DOVE, A PARTIRE DA ALCUNE AL GIOCO DELLE COSTRUZIONI DOVE, A PARTIRE DA ALCUNE TIPOLOGIE LIMITATE DI MATTONCINI E CON UN PO’ DI TIPOLOGIE LIMITATE DI MATTONCINI E CON UN PO’ DI FANTASIA, È POSSIBILE CREARE MOLTISSIMI OGGETTI.FANTASIA, È POSSIBILE CREARE MOLTISSIMI OGGETTI.
• ALLO STESSO MODO COMBINANDOSI FRA LORO, GLI ATOMI ALLO STESSO MODO COMBINANDOSI FRA LORO, GLI ATOMI DANNO LUOGO ALLE MOLECOLE DI TUTTE LE SOSTANZE DANNO LUOGO ALLE MOLECOLE DI TUTTE LE SOSTANZE PRESENTI IN NATURA.PRESENTI IN NATURA.
IL LAVORO NECESSARIO PER SEPARARE DUE MOLECOLE PUÒ IL LAVORO NECESSARIO PER SEPARARE DUE MOLECOLE PUÒ ESSERE MAGGIORE O MINORE A SECONDA DELL’ENERGIA, ESSERE MAGGIORE O MINORE A SECONDA DELL’ENERGIA, DETTA DETTA ENERGIA DI LEGAMEENERGIA DI LEGAME, CHE LE TIENE INSIEME. , CHE LE TIENE INSIEME.
L’ENERGIA DI LEGAME ESPRIME IL LAVORO CHE UNA FORZA L’ENERGIA DI LEGAME ESPRIME IL LAVORO CHE UNA FORZA DEVE COMPIERE PER SOTTRARRE UNA MOLECOLA DEVE COMPIERE PER SOTTRARRE UNA MOLECOLA ALL’ATTRAZIONE DELLA MOLECOLA VICINA.ALL’ATTRAZIONE DELLA MOLECOLA VICINA.
L'ATOMO NELLA FILOSOFIA GRECA V SECOLO A.C.
I FILOSOFI GRECI LEUCIPPO, DEMOCRITO ED EPICURO
RIBADISCONO CHE IL NASCERE NON É CHE UN
"AGGREGARSI DI COSE CHE SONO", E IL MORIRE UN
"DISGREGARSI”. ATTRIBUENDO ALLE PARTICELLE ULTIME
DELLA MATERIA TERMINE ATOMO (DAL GRECO
ÀTOMOS:NON-DIVISIBILE) NON PERCETTIBILE CON I
SENSI, MA SOLO CON L'INTELLIGENZA.
L'ATOMO VIENE PENSATO COME "PIENO“, SI SUPPONE
NECESSARIAMENTE IL VUOTO, SENZA VUOTO GLI ATOMI
NON POTREBBERO DIFFERENZIARSI E NEMMENO
MUOVERSI.
LE TRASFORMAZIONI DELLE SOSTANZE VENGONO
SPIEGATE IPOTIZZANDO CHE GLI ATOMI SONO IN
CONTINUO MOVIMENTO.
L'ATOMO NEL MEDIOEVO E RINASCIMENTO
SEGUE UN LUNGO PERIODO, CHE SI ESTENDE FINO AL XVI
SECOLO, E DURANTE IL QUALE, IN APPLICAZIONE DELLA
TEORIA DI ARISTOTELE PIÚ O MENO RIMANEGGIATA,
CONTINUA LA VANA RICERCA DELLA "PIETRA FILOSOFALE"
; É IL PERIODO DELL'ALCHIMIA.
ELEMENTI QUALITA’
TERRA SECCA-FREDDA
ARIA UMIDA-CALDA
ACQUA FREDDA–UMIDA
FUOCO CALDO-SECCO
DOMINATA DALLE IDEE DI ARISTOTELEARISTOTELE,, LA MATERIA E’
COMPOSTA IN PROPORZIONI VARIABILI DA QUATTRO
ELEMENTI FONDAMENTALI E DI QUATTRO QUALITA’.
L’ATOMO DAL 1600 AL 1850L’ATOMO DAL 1600 AL 1850
SI PRESUME ESISTENZA DI PIU’ ELEMENTI IL CHIMICO SI PRESUME ESISTENZA DI PIU’ ELEMENTI IL CHIMICO
ANTOINE LAVOISIERANTOINE LAVOISIER INDIVIDUA UN NUMERO ABBASTANZA INDIVIDUA UN NUMERO ABBASTANZA
NUTRITO DI ELEMENTI.NUTRITO DI ELEMENTI.
JOHN DALTON, INSEGNANTE ELEMENTARE,
NEL TEMPO LIBERO SI DEDICAVA ALLE
SCIENZE NATURALI RITENEVA CHE GLI
ATOMI FOSSERO DOTATI DI GANCI CHE LI
TENEVANO UNITI, ATTRIBUIVA A CIASCUN
ATOMO OLTRE CHE UNA
RAPPRESENTAZIONE SIMBOLICA ANCHE UN
PESO. NEL 1850 PUBBLICO’ UNA TABELLA
CHE IN SEGUITO VENNE ESTESA E
MIGLIORATA.
NEL 1897 IL FRANCESE JOHN JOHN
JOSEPH THOMSONJOSEPH THOMSON ERA
RIUSCITO AD IDENTIFICARE
L’ELETTRONEELETTRONE ED ESPOSE IL
PRIMO MODELLO ATOMICO:
IPOTIZZO’ CHE L’ATOMO
AVESSE UNA STRUTTURA
OMOGENEA, CON LA MASSA E
LA CARICA POSITIVA
DISTRIBUITE UNIFORMEMENTE
IN TUTTO L’ATOMO ED INSERITI
ALL’INTERNO GLI ELETTRONI.
L'ATOMO DAL 1850 AL 1900L'ATOMO DAL 1850 AL 1900
L'ATOMO DAL 1900 AI GIORNI NOSTRIL'ATOMO DAL 1900 AI GIORNI NOSTRI
NEL 1911 IL NEOZELANDESE E.
RUTHERFORD PROPONE UN
MODELLO ATOMICO
PLANETARIO: MASSA E CARICA
POSITIVA SONO CONCENTRATE
IN UNA PARTE MOLTO PICCOLA
DELL'ATOMO, MENTRE GLI
ELETTRONI SONO DISTRIBUITI
TUTT'INTORNO E OCCUPANO
TUTTO IL RESTO DELL'ATOMO.p
n
NEL 1913 IL DANESE N. BOHR
ESPONE UN NUOVO MODELLO
ATOMICO, SECONDO IL QUALE GLI
ELETTRONI POSSONO MUOVERSI,
SENZA IRRAGIARE, SU ORBITE
CIRCOLARI STAZIONARIE.
IL SUO MODELLO É
SUCCESSIVAMENTE
PERFEZIONATO DAL TEDESCO A.
SOMMERFELD, CHE IPOTIZZÓ LA
FORMA ELITTICA DELLE ORBITE
PERMESSE.
L.V. DE BROGLIEL.V. DE BROGLIE
E. SCHROEDINGERE. SCHROEDINGER
W. PAULIW. PAULIW. HEISEMBERGW. HEISEMBERG
N.BOHRN.BOHR
DURANTE GLI ANNI ‘20 GRAZIE AL CONTRIBUTO DI L.V. DE BROGLIEL.V. DE BROGLIE, , N.BOHRN.BOHR, , W. W.
PAULIPAULI,,
W. HEISEMBERGW. HEISEMBERG,,
E. SCHROEDINGERE. SCHROEDINGER
LALA STRUTTURA DELL'ATOMO VIENE INTERPRETATA SECONDO IL MODELLO, TUTT'OGGI ACCETTATO COSTITUITA DA: PROTONI (DOTATI DI CARICA POSITIVA), NEUTRONI (ELETTRICAMENTE NEUTRI) ED ELETTRONI (DOTATI DI CARICA NEGATIVA).
Gli aspetti macroscopico, microscopico e particellareparticellare della materia
LA MATERIA È TUTTO CIÒ CHE POSSIEDE UNA MASSA E OCCUPA UN VOLUME, CIOÈ UNA PORZIONE DI SPAZIO
UN CAMPIONE MACROSCOPICO DI MATERIA PUÒ ESSERE VISTO A OCCHIO NUDO
UN CAMPIONE MICROSCOPICO DI MATERIA PUÒ ESSERE VISTO CON IL MICROSCOPIO OTTICO
UNA O PIÙ PARTICELLE PARTICELLE DI MATERIA NON SI POSSONO VEDERE NEMMENO CON I PIÙ POTENTI MICROSCOPI
Gli stati della materia
•A LIVELLO MACROSCOPICO LE SOSTANZE POSSONO
ASSUMERE TRE STATI : SOLIDO, LIQUIDO E AERIFORME.
1. LO STATO SOLIDO HA UNA FORMA È UN VOLUME
PROPRIO (UN LINGOTTO D’ORO NON MODIFICA LE SUE
CARATTERISTICHE GEOMETRICHE).
2. LO STATO LIQUIDO HA UN VOLUME PROPRIO
MA NON FORMA PROPRIA (L’OLIO ASSUME LA FORMA
DEL RECIPIENTE CHE LO CONTIENE, PUR OCCUPANDO
SEMPRE UN UGUALE VOLUME).
3. LO STATO AERIFORME NON HA NÉ FORMA NÉ
VOLUME PROPRI (TENDE A ESPANDERSI, OCCUPANDO
TUTTO LO SPAZIO DEL CONTENITORE, QUALUNQUE
FORMA E VOLUME ESSO ABBIA).
Gli stati della materia: solido, liquido e gassoso
ogni particella si muove indipendentemente dalle altre
le particelle si muovono, ma interagiscono tra di loro
Movimento vibrano attorno a delle delle posizioni fisseparticelle:
variabile: la stessa del contenitore
costanteVolume: costante
variabile: la stessa del contenitore
variabile: la stessa del contenitore
Forma: costante, rigida e fissa
Stato solidoStato solido Stato liquidoStato liquido Stato Stato gassosogassoso
Gli stati della materia
Il reticolo cristallino è la struttura, che cambia a seconda del tipo di solido, determinata dal modo con il quale gli atomi o le molecole prendono posizione gli uni accanto agli altri.
Gli stati della materia
CAMBIAMENTI DI STATOCAMBIAMENTI DI STATO
• IL PASSAGGIO DA UNO STATO DELLA IL PASSAGGIO DA UNO STATO DELLA
MATERIA ALL’ALTRO PRENDE IL NOME DI MATERIA ALL’ALTRO PRENDE IL NOME DI
CAMBIAMENTO DI STATOCAMBIAMENTO DI STATO..
• QUALUNQUE SOSTANZA PUÒ PASSARE DA QUALUNQUE SOSTANZA PUÒ PASSARE DA
UNO STATO DI AGGREGAZIONE A UN UNO STATO DI AGGREGAZIONE A UN
ALTRO. LA CONDIZIONE PERCHÉ CIÒ ALTRO. LA CONDIZIONE PERCHÉ CIÒ
AVVENGA È AVVENGA È FORNIRLE O SOTTRARLE FORNIRLE O SOTTRARLE
ENERGIAENERGIA..
Cambiamenti di stato
SUBLIMAZIONESUBLIMAZIONE
BRINAMENTOBRINAMENTO
FUSIONEFUSIONE
EVAPORAZIONEEVAPORAZIONE
CONDENSAZIONE
solidosolido
liquidoliquido
aeriformaeriformee
SOLIDIFICAZIONESOLIDIFICAZIONE
AERIFORMAERIFORMEE
SOLIDOSOLIDO LIQUIDOLIQUIDO
CICLO DELL’ACQUA O CICLO CICLO DELL’ACQUA O CICLO IDROLOGICOIDROLOGICO
SI RIFERISCE AI CONTINUI SCAMBI DI MASSA IDRICA TRA L‘ATMOSFERA, LA TERRA, LE ACQUE SUPERFICIALI, LE ACQUE SOTTERRANEE E GLI ORGANISMI.
OLTRE ALL'ACCUMULO IN VARIE ZONE (COME GLI OCEANI CHE SONO LE PIÙ GRANDI ZONE DI ACCUMULO IDRICO), I MOLTEPLICI CICLI CHE COMPIE L'ACQUA TERRESTRE INCLUDONO CINQUE PRINCIPALI PROCESSI FISICI: CONDENSAZIONE EVAPORAZIONE, PRECIPITAZIONE, INFILTRAZIONE, E FLUSSO SOTTERRANEO.
•SE FORNIAMO CALORE CON REGOLARITÀ A UN SOLIDO,
OSSERVIAMO CHE INIZIALMENTE LA SUA TEMPERATURA
AUMENTA. POI, PERÒ, COMINCIA UNA FASE DURANTE LA
QUALE LA TEMPERATURA SI MANTIENE INVARIATA E,
CONTEMPORANEAMENTE, SI VERIFICA IL PROCESSO DI
FUSIONEFUSIONE.
•LA FUSIONEFUSIONE È IL PASSAGGIO DI UNA SOSTANZA DALLO
STATO SOLIDOSTATO SOLIDO A QUELLO LIQUIDOLIQUIDO CHE AVVIENE A
TEMPERATURA COSTANTE.
•LA TEMPERATURA COSTANTE ALLA QUALE SI VERIFICA
LA FUSIONE VIENE INDICATA COME TEMPERATURA DI TEMPERATURA DI
FUSIONE.FUSIONE.
FUSIONE E SOLIDIFICAZIONEFUSIONE E SOLIDIFICAZIONE
FUSIONE E SOLIDIFICAZIONEFUSIONE E SOLIDIFICAZIONEC
HE C
OS
A
AC
CA
DE
PUNTO DI VISTA MICRO-SCOPICO
A CAUSA DEL A CAUSA DEL CALORE FORNITO CALORE FORNITO AUMENTA AUMENTA L’ENERGIA L’ENERGIA CINETICA MEDIA CINETICA MEDIA DELLE MOLECOLEDELLE MOLECOLE
A CAUSA DEL A CAUSA DEL CALORE FORNITO CALORE FORNITO SI SI INDEBOLISCONO INDEBOLISCONO I LEGAMI I LEGAMI MOLECOLARIMOLECOLARI
A CAUSA DEL A CAUSA DEL CALORE FORNITO CALORE FORNITO AUMENTA AUMENTA L’ENERGIA L’ENERGIA CINETICA MEDIA CINETICA MEDIA DELLE MOLECOLEDELLE MOLECOLE
PUNTO DI VISTA PUNTO DI VISTA MACROSCOPICOMACROSCOPICO
LA LA TEMPERATURA TEMPERATURA
AUMENTAAUMENTA
LA LA TEMPERATURA TEMPERATURA RESTA COSTANTERESTA COSTANTE
LA LA TEMPERATURA TEMPERATURA
AUMENTAAUMENTA
sostanza allo stato liquido
compresenza disolido e liquido sostanza
allo stato solido
temperatura
temperaturadi fusione
FUSIONE
STATO SOLIDO
STATO LIQUIDO
Tem
pera
tura
(°C
)
tempo di riscaldamento (min)
Tf (0°C a P=1 atm)
GHIACCIO
GHIACCIO + ACQUA
ACQUA
LA CURVA DI FUSIONE DELL’ACQUA LA CURVA DI FUSIONE DELL’ACQUA
(CURVA DI RISCALDAMENTO DI UN SOLIDO)(CURVA DI RISCALDAMENTO DI UN SOLIDO)
SOSTA TERMICA
ghiaccio ghiaccio + acqua
acqua
FUSIONEFUSIONE
LA QUANTITÀ DI CALORE NECESSARIA PER TRASFORMARE
L’UNITÀ DI MASSA DI UNA SOSTANZA DALLO STATO SOLIDO A
QUELLO LIQUIDO, UNA VOLTA CHE SI TROVA ALLA
TEMPERATURA DI FUSIONE (COST.), SI CHIAMA
CALORE LATENTE DI FUSIONE ( Cf).
m
QC f
A PARTIRE DALLA FORMULA SI DETERMINA L’UNITÀ DI L’UNITÀ DI MISURAMISURA:
DEFINIAMO IL CALORE LATENTE DI FUSIONE COME IL RAPPORTO
FRA CALORE ASSORBITO QCALORE ASSORBITO Q DALLA SOSTANZA E LA SUA MASSA MASSA
mm:
SOSTANZA DELLA MASSAASSORBITO CALORE
FUSIONE DI LATENTE CALORE
Kg
J
m
QC f
Kg)in(misuratamassajoule)inmisurata(calore
ANDAMENTO ANDAMENTO DELLA DELLA TEMPERATURA IN TEMPERATURA IN FUNZIONE DEL FUNZIONE DEL TEMPO DURANTE TEMPO DURANTE LA LA SOLIDIFICAZIONESOLIDIFICAZIONE
Ch
e c
osa
accad
e
PUNTO DI PUNTO DI VISTA MICRO-VISTA MICRO-SCOPICOSCOPICO
A CAUSA DELLA A CAUSA DELLA DIMINUZIONE DIMINUZIONE DI CALORE DI CALORE L’ENERGIA L’ENERGIA CINETICA CINETICA MEDIA DELLE MEDIA DELLE MOLECOLE MOLECOLE DIMINUISCEDIMINUISCE
A CAUSA DELLA A CAUSA DELLA DIMINUZIONE DI DIMINUZIONE DI CALORE SI CALORE SI INDEBOLISCONO INDEBOLISCONO I LEGAMI I LEGAMI MOLECOLARIMOLECOLARI
A CAUSA DELLA A CAUSA DELLA DIMINUZIONE DIMINUZIONE DI CALORE DI CALORE L’ENERGIA L’ENERGIA CINETICA CINETICA MEDIA DELLE MEDIA DELLE MOLECOLE MOLECOLE DIMINUISCEDIMINUISCE
PUNTO DI PUNTO DI VISTA VISTA MACROSCOPICMACROSCOPICOO
LA LA TEMPERATURA TEMPERATURA DIMINUISCEDIMINUISCE
LA LA TEMPERATURA TEMPERATURA RIMANE RIMANE COSTANTECOSTANTE
LA LA TEMPERATURA TEMPERATURA DIMINUISCEDIMINUISCE
sostanza allostato liquido
compresenzadi solido e liquido
sostanza allostato solido
temperatura
temperaturadi fusione
SOLIDIFICAZIONE
Tem
pera
tura
(°C
)
tempo di raffreddamento (min)
liquido + solido
solido
liquido
T=0°C
CURVA DI RAFFREDDAMENTO DELL’ACQUACURVA DI RAFFREDDAMENTO DELL’ACQUA
IL GRAFICO DELLA SOLIDIFICAZIONE HA UN ANDAMENTO INVERSO RISPETTO ALLA FUSIONE
SOSTA TERMICA
GRAFICO TEMPERATURA -TEMPO PER UNA SOSTANZA AMORFA: SOSTANZE CHE PUR AVENDO LA CONSISTENZA DEI SOLIDI, NON HANNO STRUTTURA CRISTALLINA. ESEMPIO VETRO, PLASTICA E CERA.
temperatura
PRIMA DELL’ISTANTE T1 LA SOSTANZA È SOLIDA, TRA T1 E T2 LA SOSTANZA RAMMOLLISCE E FONDE; DOPO T2 LA SOSTANZA È LIQUIDA.
OSSERVAZIONE LA TEMPERATURA AUMENTA DURANTE TUTTO IL
PROCESSO
solidafonde
liquida