Dal momento che non è possibile l’osservazione diretta dell’atomo si è fatto ricorso a dei modelli atomici,tra cui quelli di tre importanti chimici: Thomson, Rutherford, e Bohr.

• MODELLO ATOMICO DI THOMSON
• Il modello atomico di Thomson descrive l’atomo come una sfera omogenea carica positivamente,all’interno della quale si trovano gli elettroni senza una disposizione definita. Questo modello è paragonato all’uvetta nel panettone.

1. MODELLO ATOMICO DI RUTHERFORD
2. Nel modello atomico di Rutherford tutta la carica positiva e la massa dell’atomo sono concentrate in una piccola regione chiamata nucleo e , al suo esterno, ruotano gli elettroni.Questo modello è paragonato al sistema planetario in cui il nucleo rappresenta il Sole e gli elettroni rappresentano i pianeti che vi ruotano intorno.

1. MODELLO ATOMICO DI BOHR
2. Il modello atomico di Rutherford seppur geniale non tenne conto di un principio fondamentale della fisica classica il quale afferma che una particella carica in movimento (come l’elettrone) perde energia. Quindi l’elettrone dovrebbe gradualmente perdere energia fino a cadere sul nucleo disintegrando la materia. Bohr suggerì che gli elettroni ruotavano attorno al nucleo, ma le orbite che essi descrivevano si trovavano a distanze ben definite, corrispondenti a determinate quantità di energia, chiamate livelli energetici o gusci e indicati con la lettere n seguita da numeri. Ad ogni elettrone è associata un certa quantità di energia, tale da consentirgli di percorrere delle orbite, chiamate orbite stazionarie. Per costruire il proprio modello atomico Bohr si basò su due postulati importanti:

La stabilità di un atomo è strettamente legata al suo nucleo.Qui,infatti, devono coesistere particelle dello stesso segno (i protoni)che tenderebbero a respingersi.Spetta ai neutroni inserirsi tra i protoni in modo da “annullare” le forze repulsive e permettere la stabilità dell’atomo.Esiste un rapporto tra neutroni e protoni, e quando questo rapporto è elevato il nucleo diventa instabile. Questo tende a stabilizzarsi emettendo delle radiazioni.A seguito delle radiazioni il nucleo si trasforma in quello di un elemento più stabile;se il nucleo formatosi è instabile esso emetterà altre radiazioni e così via fin quando il nucleo non diventerà stabile.Tale fenomeno è chiamato decadimento radioattivo.

Il decadimento di un atomo viene detto spontaneo in quanto è possibile determinare la probabilità di decadimento, ma non si può predire quando un determinato atomo decadrà.

Le radiazioni emesse dall’atomo possono essere di tre tipi:

1. RADIAZIONI α:hanno carica positiva e sono costituite da nuclei di elio(sono quindi formato da due protoni e due neutroni con una massa pari a 4u).A causa della loro massa non sono penetranti e quindi sono poco pericolose.
2. RADIAZIONI β:hanno carica negativa e si tratta di elettroni emessi da neutroni che si trasformano in protoni.Riescono a penetrare la pelle ma ,a causa della loro massa,posso essere fermate da sottili strati metallici.
3. RADIAZIONI γ:sono prive di carica e di massa e sono radiazioni elettromagnetiche con elevata energia e molto penetranti,che possono essere bloccate solo da pareti di grosso spessore.

Gli isotopi sono atomi di uno stesso elemento con lo stesso numero di protoni e elettroni, ma con differente numero di neutroni. L’idrogeno, ad esempio, è costituito principalmente da atomi aventi un protone e nessun neutrone, ma una parte di esso è costituito da due isotopi: il deuterio e il tritio. Il deuterio è costituito da atomi che hanno un protone e un neutrone, mentre il tritio ha un protone e due neutroni.

Con il termine famiglia isotopica è indicato l’insieme degli isotopi di uno stesso elemento. Spesso nella famiglia isotopica sono contenuti sia isotopi di origine naturale(cioè formatosi insieme alla Terra), sia di origine artificiale(ottenuti cioè tramite reazioni nucleari).

Gli isotopi posseggono le stesse proprietà chimiche del loro elemento infatti sono indicati con lo stesso simbolo ;possono però differire le proprietà fisiche.

L’identità di un atomo va ricercata nel nucleo e dipende dal numero di particelle in esso contenute. Ogni elemento, infatti, possiede nel suo nucleo un caratteristico numero di protoni. Questo numero è detto numero atomico, indicato con il simbolo Z. Mentre il numero totale di protoni e neutroni costituisce il numero di massa, indicato con il simbolo A. Per rappresentare l’atomo di un elemento si utilizza la notazione atomica, la quale riporta a sinistra dell’elemento ,ad apice e pedice,il numero di massa e il numero atomico. La differenza tra il numero di massa e il numero atomico (A-Z) ci dà il numero di neutroni.

Già dal VI secolo i Greci avevano scoperto che alcuni oggetti, come l’ambra, se strofinati acquistavano la capacità di attrarre a se corpi leggeri. Oggi per descrivere questi fenomeni usiamo il termine elettricità, dal greco elektron che significa ambra. Non tutti i materiali si elettrizzano allo stesso modo. Esistono infatti due tipi di elettricità chiamate elettricità positiva (+) e elettricità negativa (-).Questi fenomeni possono essere spiegati solo ammettendo che la materia possiede delle cariche elementari, ovvero delle cariche elettriche. Dal momento che esistono due tipi di elettricità possiamo dedurre che esistono due tipi di cariche: positive e negative. Studiando più a fondo i fenomeni elettrostatici, si è potuto stabilire che:

Cariche elettriche di segno opposto si attraggono: mentre cariche elettriche dello stesso segno si respingono.

Attraverso gli esperimenti condotti nel 1897 da J. Thomson e da Goldstein è stato possibile dimostrare l’esistenza di due tipi di particelle elementari di natura elettrica, l‘elettrone e il protone, che sono contenute all’interno dell’atomo e vengono pertanto chiamate particelle subatomiche. Più tardi, nel 1932 Chadwick scoprì l’esistenza di un altro tipo di particelle subatomiche chiamate neuroni.

ELETTRONE

• sono le più piccole particelle con carica elettrica negativa presenti negli atomi;
• ha una carica elettrica di -1,6×10^-19;
• gli è stato attribuito il valore di carica -1;
• viene definito con il simbolo e^-.

PROTONE

• sono le più piccole particelle con carica elettrica positiva presenti negli atomi;
• gli è stato attribuito il valore di carica elettrica +1;
• viene defnito con il simbolo p^+
• ha una carica elettrica di 1,6×10^-19.

NEUTRONE

• sono particelle con massa uguale a quella dei protoni, ma privi di carica,
• viene definito con il simbolo n^0.

I composti conosciuti oggi sono milioni pertanto la Comunità scientifica ha elaborato un sistema per rappresentare atomi e molecole di ogni sostanza.

Come abbiamo già detto ad ogni elemento è assegnato un simbolo uguale in tutto il mondo;

possiamo rappresentare ,perciò, le molecole combinando i simboli degli elementi che le costituiscono.

In questo modo ad ogni sostanza verrà assegnata una formula chimica che ci mostra quali elementi sono presenti nella molecola e in quale rapporto si trovano(cioè la quantità di atomi per ciascun elemento).

Ecco come si scrivono le formule chimiche:

• Per rappresentare le molecole degli elementi bisogna scrivere il simbolo dell’elemento con un numero in basso a destra chiamato pedice.Il pedice indica il numero di atomi di quell’elemento presente della molecola.In genere il pedice 1 è omesso;
• Il numero che precede il simbolo o la formula indica invece di quanti atomi o molecole si tratta.Tale numero è chiamato coefficiente stechiometrico.Ad esempio 2H indica che ci sono due molecole di idrogeno;
• Le formule dei composti (come ad esempio CO),oltre ad indicare gli elementi che li costituiscono,indicano anche il tipo di composto che può essere:BINARIO(due elementi),TERNARIO(tre elementi),QUATERNARIO(quattro elementi);

Possiamo generalizzare e dire:

Ogni molecola,sia di elemento che di composto,può essere rappresentata da una formula costituita da un insieme di simboli che indicano gli elementi che li costituiscono e il numero di atomi in essa contenuti.

La materia può subire due tipi di trasformazioni: fisiche e chimiche. Se sottoponiamo a fusione un cubetto di ghiaccio abbiamo operato una trasformazione fisica poiché il ghiaccio ha mantenuto inalterata la sua composizione anche se il suo aspetto è cambiato. Pertanto:

 Si definiscono trasformazioni fisiche le trasformazioni che avvengono senza variazione della composizione della materia.

Mentre se noi lasciamo un oggetto di ferro, per un periodo di tempo, esposto all’aria e all’umidità, si arrugginisce cambiando il suo aspetto esteriore. Per questo possiamo affermare che è avvenuta una trasformazione chimica in cui è variata la composizione della materia. Tale trasformazione viene detto anche reazione chimica. Pertanto:

Si definiscono trasformazioni chimiche, o reazioni, le trasformazioni della materia che comportano una variazione della composizione chimica delle sostanze coinvolte, che si trasformano in nuove sostanze.

Per le trasformazioni chimiche, o reazioni, si usa un preciso linguaggio e modo per scriverle. Le sostanze presenti all’inizio della trasformazioni sono dette reagenti, le sostanze ottenute al termine della reazione sono dette prodotti.

La legge delle proporzioni multiple di Dalton trova giustificazione sono se si ammette che la materia è costituita da particelle tra loro indivisibili: GLI ATOMI.

L’idea di atomo è molto antica. Già più di due mila anni fa Democrito ipotizzò che la materia poteva essere divisa in frammenti più piccoli. All’inizio del XIX secolo quest’ipotesi divenne una teoria scientifica con la teoria atomica della materia, avente i seguenti punti essenziali:

1. Tutti i corpi sono costituiti da particelle piccolissime,invisibili e indivisibili:Gli atomi;
2. Gli atomi di uno stesso elemento sono tutti uguali e hanno le stesse proprietà;
3. Gli atomi di elementi diversi differiscono tra loro per massa e proprietà chimiche;
4. Durante le reazioni chimiche gli atomi rimangono inalterati e si trovano nei prodotti ricombinati in modo diverso;

Più atomi che si combinano tra loro formano le molecole.

Si definiscono molecole le più piccole particelle costituite da due o più atomi,uguali se sono molecole di elementi,diversi se sono molecole di composti.

La legge delle proporzioni definite di Proust è valida solo se dalla combinazione di due elementi si ottiene sempre lo stesso composto.

J. Dalton scoprì che ci sono casi in cui due elementi possono reagire anche secondo rapporti di combinazione diversi, ma in tal caso sono diversi anche i composti che si ottengono, come nel caso del carbonio e dell’ossigeno che possono reagire secondo due rapporti di combinazione differenti. La regolarità e la riproducibilità dei dato osservati da Dalton su numerosi altri composti lo portarono a formulare la legge delle proporzioni multiple che può essere così enunciata:

La quantità in peso di un elemento che si combina con una quantità costante di un altro elemento per formare composti diversi sono tra loro in rapporti esprimibili mediante numeri interi piccoli.