Le particelle subatomiche, gli ossidi, gli idrocarburi e l'atomo

Materie:Riassunto
Categoria:Scienze

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Testo

1. Le particelle subatomiche
L’atomo, per molti secoli ritenuto indivisibile, è formato da particelle più piccole. Le particelle fondamentali che costituiscono l’atomo sono:
➢ Il protone, una particella carica positivamente, con massa all’incirca pari ad un u. m. a.
➢ L’elettrone, una particella carica negativamente, con massa all’incirca 1840 volte più piccola di quella del protone.
➢ Il neutrone, una particella neutra, con massa leggermente superiore a quella del protone.
Il numero atomico si indica con Z ed identifica tutti gli elementi chimici:
Z= 1 (Idrogeno);
Z=2 (Elio);
I protoni si trovano nel nucleo, che costituisce il cuore dell’atomo, il loro numero (numero atomico) è costante per gli atomi che appartengono ad uno stesso elemento.
Gli elettroni ed i protoni hanno carica uguale ma di segno contrario, quindi in un atomo neutro il numero dei protoni è sempre uguale a quello degli elettroni.
Gli elettroni si trovano in zone dello spazio intorno al nucleo chiamate orbitali.
Il numero di massa è uguale alla somma dei protoni e dei neutroni (nucleoni) e si indica con A.
I neutroni, come i protoni, si trovano nel nucleo. Il numero dei neutroni può variare anche per atomi che appartengono ad uno stesso elemento, esso si indica con N. Gli atomi di uno stesso elemento che differiscono per il numero dei neutroni vengono chiamati isotopi. Ad esempio l’idrogeno è formato da tre isotopi:
➢ Il prozio che possiede un elettrone ed un protone.
➢ Il deuterio che possiede un elettrone, un protone ed un neutrone.
➢ Il trizio che possiede un elettrone, un protone e due neutroni.
Modello Atomico di Rutherdford
Nei primi anni del XX secolo, grazie alle scoperte dell’elettrone e del protone, avvenute alla fine del XIX secolo, Rutherford ed un gruppo di scienziati che lavoravano con lui, formularono la teoria atomica che è nota come Teoria atomica di Rutherford.
Questi scienziati bombardando una sottile lamina d’oro, con delle particella alfa, avevano osservato che la maggior parte delle particelle riuscivano a passare indisturbate e soltanto una su ottomila rimbalzava in direzione opposta.
Grazie a questo esperimento dedussero che l’atomo è per la maggior parte costituito da spazio vuoto. Il modello atomico di Rutherford considera l’atomo formato da un nucleo centrale, nel quale risiede la quasi totalità della massa e dagli elettroni che ruotano intorno al nucleo descrivendo delle orbite, per la sua somiglianza con il sistema solare viene detto modello atomico planetario
Questo modello atomico non era, tuttavia, in grado di dare una valida spiegazione agli esperimenti che avevano messo in evidenza la capacità degli elettroni di assorbire e di emettere energia. Secondo le leggi della fisica classica, infatti, l’elettrone cedendo energia doveva percorrere una traiettoria a spirale e cadere in pochi istanti sul nucleo.
Bohr partendo dal principio che non era corretto applicare all’atomo le leggi valide per corpi, che se paragonati ad esso sono di dimensioni enormi, perfezionò la teoria di Rutherford.
STRUTTURA DELL'ATOMO
Con il nome di elettricità si intendono tutti quei fenomeni fisici nei quali intervengono Cariche elettriche, sia ferme, sia in movimento.
Le cariche elettriche sono una delle proprietà fondamentali delle particelle elementari. Per descrivere dove le cariche elettriche sono localizzate e la loro mobilità, conviene partire dalla struttura della materia. L’atomo è formato da ELETTRONI NEUTRONI E PROTONI. Gli elettroni hanno energia negativa; i protoni hanno energia positiva; i neutroni servono per dare massa all’atomo e sono nel suo nucleo.In mezzo all’atomo si trova il nucleo che è formato da protoni e neutroni e ha energia positiva, intorno ad esso girano gli elettroni con energia negativa. Se un atomo perde elettroni si carica positivamente, al contrario se un atomo acquista elettroni si carica negativamente.
I corpi caricati dello stesso segno si respingono,al contrario se due corpi sono caricati di segno diverso si attirano.
’ossidi
classe di composti chimici binari nei quali l'ossigeno è combinato con un elemento metallico (ossidi basici) o con un non metallo (ossidi acidi o, nella denominazione tradizionale, anidridi).
Ossidi basici
Sono solidi a legame per lo più ionico; quelli solubili in acqua, per es. gli ossidi dei metalli alcalini e dei metalli alcalino-terrosi, reagiscono con essa formando i rispettivi idrossidi , quelli insolubili vengono in genere attaccati dagli acidi con formazione di sali. Nella nomenclatura tradizionale, quando il metallo presenta due stati di ossidazione si fa seguire al termine o. il nome del metallo al quale si aggiunge la desinenza -oso per lo stato di ossidazione più basso e la desinenza -ico per lo stato di ossidazione più elevato: per es., il ferro nello stato di ossidazione 2+ (bivalente) forma l'o. ferroso FeO, mentre nello stato di ossidazione 3+ (trivalente) forma l'ossido ferrico Fe2O3.
Ossidi acidi (o anidridi)
Sono composti a legame covalente, che reagiscono con acqua formando ossiacidi. Per es., il triossido di zolfo o anidride solforica SO3 reagisce con acqua H2O formando l'acido solforico H2SO4 secondo lo schema: SO3+H2OS H2SO4. Nella nomenclatura tradizionale, quando il non metallo si presenta in due stati di ossidazione, al termine anidride si fa seguire il nome del non metallo al quale si aggiunge la desinenza -osa o -ica analogamente agli ossidi basici.
Ossidi anfoteri
Alcuni ossidi di metalli a carattere metallico meno marcato, i cosiddetti anfoteri (che si comportano sia da acidi sia da basi), manifestano proprietà basiche in ambiente acido e proprietà acide in ambiente alcalino. Per es., l'ossido di alluminio Al2O3 in soluzioni acide si comporta come ossidi metallico formando lo ione alluminio Al+3; con soluzioni alcaline invece reagisce come ossido acido formando lo ione alluminato AlO2-.
Idrocarburi
gruppo di composti organici binari formati esclusivamente da atomi di carbonio C e di idrogeno H, classificati in diverse serie (dette omologhe), in base alla forma della molecola e al tipo di legame tra gli atomi di carbonio. Gli atomi di carbonio sono uniti tra loro in catene aperte (lineari o ramificate) oppure chiuse ad anello o cicliche; inoltre, i legami tra gli atomi di carbonio possono essere semplici (in tal caso l'idrocarburo è detto saturo), oppure doppi o tripli (idrocarburo insaturo); un caso particolare è quello in cui 6 atomi di carbonio formano un anello in cui sono presenti tre doppi legami dislocati lungo l'intera molecola: si tratta della molecola del benzene, dalle caratteristiche chimiche peculiari, tanto che una prima grande distinzione tra gli idrocarburi è tra quelli che non contengono anelli benzenici (idrocarburi alifatici) e quelli derivati dal benzene (idrocarburi aromatici). Gli idrocarburi alifatici sono suddivisi in due grandi gruppi: il primo gruppo è quello degli idrocarburi a catena aperta (o aciclici), che possono essere saturi (alcani o paraffine), insaturi (alcheni od olefine e alchini) o a doppi legami alternati o coniugati (dieni); il secondo gruppo è quello degli idrocarburi a catena chiusa (o aliciclici), saturi (cicloalcani) o insaturi (cicloalcheni). Gli idrocarburi aromatici (o areni) si distinguono a seconda che contengano un solo anello benzenico (monociclici o mononucleari) o risultino dalla fusione di più anelli (policiclici o polinucleari). Gli idrocarburi sono composti fondamentali della chimica organica, in quanto da essi derivano formalmente, per sostituzione di uno o più atomi di idrogeno con gruppi funzionali, le varie classi di composti (per es., alcoli, aldeidi, ammine, acidi carbossilici ecc.).

Proprietà
Malgrado la varietà delle loro strutture, le proprietà dei diversi idrocarburi presentano una serie di analogie e di regolarità. La loro molecola è costituita esclusivamente da legami di tipo covalente e di conseguenza non tende a dar luogo a legami di tipo associativo con le molecole dell'acqua, che sono invece polari: gli idrocarburi sono infatti tutti insolubili o quasi insolubili in acqua e in genere poco solubili nei solventi polari, mentre sono molto solubili nei solventi apolari. Gli idrocarburi fino a 4 atomi di carbonio sono gassosi a temperatura ambiente, quelli successivi liquidi e poi solidi; il loro punto di ebollizione è determinato principalmente dal numero di atomi di carbonio della loro molecola e risente della struttura in misura minore: così, i punti di ebollizione di tutti gli idrocarburi a 6 atomi di carbonio, dagli alcani ai cicloalcani e al benzene, sono compresi in un intervallo di una trentina di gradi; la presenza di legami doppi o tripli comporta un punto di ebollizione più elevato rispetto al corrispondente idrocarburo a legami semplici: inoltre, in una stessa serie, il punto di ebollizione dei diversi idrocarburi isomeri (vedi isomeria ) risulta quasi sempre tanto più basso quanto più il sistema di atomi di carbonio è ramificato. Gli idrocarburi aromatici si caratterizzano per l'elevata stabilità chimica dell'anello benzenico, per cui risulta molto difficile spezzarlo, mentre è più facile sostituire gli atomi di idrogeno neutri all'anello con altri atomi o gruppi di atomi.

Fonti e impieghi
La principale fonte di idrocarburi è attualmente il petrolio , da cui si ricavano per distillazione frazionata e successivi trattamenti: principalmente di cracking, che permette di spezzare le molecole degli alcani in frammenti più piccoli, e di reforming, che trasforma gli idrocarburi a catena aperta in idrocarburi aromatici. Il petrolio è mediamente costituito per ca l'80% da idrocarburi alifatici e per il 20% da idrocarburi aromatici. Altre fonti importanti di idrocarburi sono il gas naturale (in prevalenza costituito da metano) e il carbon fossile. Gli idrocarburi sono la materia prima di base dell'industria petrolchimica che li trasforma in una grande varietà di prodotti, principalmente carburanti (gas di petrolio liquefatti o GPL, benzina per autotrazione, cherosene, gasolio, olio combustibile), solventi e lubrificanti, oppure intermedi per la fabbricazione di numerosi prodotti di sintesi (materie plastiche, fibre, elastomeri, vernici, farmaci, detergenti ecc.).

Aspetti ambientali
Il largo impiego di idrocarburi porta alla loro dispersione nell'ambiente, con conseguenti problemi di controllo. Le principali forme di inquinamento da idrocarburi si verificano: in mare a causa delle perdite di idrocarburi nelle fasi di estrazione off shore (in mare aperto) e di trasporto con petroliere; nei fiumi a causa degli scarichi liquidi degli impianti petrolchimici; sulla terraferma in seguito a incidenti agli oleodotti; in aria in seguito agli scarichi gassosi degli impianti petrolchimici. Tra gli eventi più significativi spiccano le perdite in mare di grandi quantità di idrocarburi, in seguito a incidenti a danno di petroliere di grande tonnellaggio (per es., Amoco Cadiz nel 1978, Exxon Valdez nel 1989). In questi incidenti centinaia di migliaia di t di idrocarburi sono state riversate in mare, distruggendo la fauna marina e inquinando le coste. Inoltre, molti idrocarburi (per es., benzene, benzopirene) possono avere effetti cancerogeni sull'uomo. Essi sono presenti nei fumi di scarico dei motori a scoppio e delle caldaie dei sistemi di riscaldamento, nonché nel fumo delle sigarette.

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