Τα Άτομα των στοιχείων Ισότοπα. Εισαγωγική Χημεία

Transcript

1 Τα Άτομα των στοιχείων Ισότοπα

2 Lavoisier: Διατήρηση της μάζας (στις χημικές αντιδράσεις η μάζα των αντιδρώντων είναι ίση με την μάζα των προϊόντων

3 Νόμος Σταθερών Αναλογιών Proust Διαφορετικά δείγματα μιας καθαρής ουσίας περιέχουν πάντοτε την ίδια αναλογία μαζών των στοιχείων από τα οποία αποτελείται Κάθε δείγμα νερού (H 2 O) περιέχει 1 μέρος υδρογόνου και 16 μέρη οξυγόνου Κάθε δείγμα CO 2 περιέχει ένα μέρος άνθρακα και 2.7 μέρη οξυγόνου (ως προς την μάζα) Τα στοιχεία προκειμένου να σχηματίσουν ενώσεις συνδέονται με ορισμένες και συγκεκριμένες αναλογίες για να σχηματίσουν ενώσεις

4 Η θεωρία της ύλης κατά τον Dalton ( ) Τα στοιχεία αποτελούνται από μικροσκοπικά σωματίδια τα άτομα Κάθε στοιχείο χαρακτηρίζεται από την μάζα των ατόμων του. Τα άτομα του αυτού στοιχείου έχουν την αυτή μάζα αλλά τα άτομα διαφορετικών στοιχείων χαρακτηρίζονται από διαφορετική μάζα. Dalton Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό το οποίο διακρίνει τα διάφορα στοιχεία μεταξύ τους είναι η μάζα τους μια και σύμφωνα με τον νόμο του Proust των σταθερών αναλογιών τα στοιχεία συνδέονται με σταθερές πάντοτε αναλογίες

5 Η θεωρία του Dalton Η χημική συνένωση των στοιχείων οδηγεί στον σχηματισμό των χημικών ενώσεων, με την προϋπόθεση τα άτομα να συνδέονται με λόγους μικρών ακέραιων αριθμών. Μόνο όταν ακέραιοι αριθμοί ατόμων συνδυάζονται είναι δυνατόν διαφορετικά δείγματα μιας καθαρής ουσίας να περιέχουν την αυτή αναλογία των στοιχείων (κατά μάζα). Κλάσμα των ατόμων δεν υφίσταται κατά τις χημικές αντιδράσεις.

6 Η θεωρία του Dalton Κατά τις χημικές αντιδράσεις λαμβάνει χώρα αναδιάταξη του τρόπου με τον οποίο είναι συνδεδεμένα τα άτομα. Αυτά τα ίδια τα άτομα παραμένουν αμετάβλητα. Ο Dalton συνειδητοποίησε ότι τα άτομα πρέπει να μην καταστρέφονται προκειμένου να ισχύει ο νόμος διατήρησης της ύλης. Αν ο αυτός αριθμός και το αυτό είδος ατόμων υπάρχει στα αντιδρόντα και στα προϊόντα τότε το σύνολο των μαζών αντιδρώντων και προϊόντων θα διατηρείται σταθερό

7 Η θεωρία της ύλης του Dalton Η επιτυχία μιας θεωρίας δεν εξαρτάται μόνο από την ικανότητά της να ερμηνεύσει τις παρατηρήσεις και τα αποτελέσματα των πειραμάτων αλλά και να προβλέψει φαινόμενα και ευρήματα τα οποία κατά τον καιρό της διατύπωσης της θεωρίας είναι άγνωστα. Και ακριβώς εδώ έγκειται και η επιτυχία της ατομικής θεωρίας του Dalton: Προέβλεψε αυτό που έμεινε γνωστό ως νόμος των πολλαπλών αναλογιών.

8 Νόμος πολλαπλών αναλογιών Σύμφωνα με την θεωρία του Dalton πρέπει τα άτομα να συνδέονται με λόγους μικρών ακέραιων αριθμών. Σύμφωνα με τον νόμο αυτό είναι δυνατόν τα αυτά στοιχεία να ενώνονται με διαφορετικές αναλογίες και να δίνουν διαφορετικές ενώσεις: Το Ν με το Ο ενώνονται με αναλογία 7:8 και δίνουν την ένωση ΝΟ ή με αναλογία 7:16 οπότε προκύπτει η ένωση ΝΟ 2. Η δεύτερη ένωση περιέχει διπλάσιο Ο από την πρώτη

9 Νόμος πολλαπλών αναλογιών NO: 7 g Ν ανά 8 g Ο N : O λόγος μάζας = 7 : 8 NO 2 : 7 g Ν προς 16 g Ο N : O λόγος μάζας = 7 : 16 Σύγκριση λόγων N : O στα NO και NO 2 N : O λόγος μαζών στο NO = 7 g N 2 /8 g O 2 =2 N : O λόγος μαζών στο NO 2 = 7 g N 2 /16 g O 2

10 Παράδειγμα Το μεθάνιο και το προπάνιο είναι συστατικά του φυσικού αερίου. Ένα δείγμα μεθανίου περιέχει 5.70 g άνθρακα και 1.90 g υδρογόνου, ενώ ένα δείγμα προπανίου περιέχει 4.47 g άνθρακα και g Η. Δείξτε ότι οι δύο ουσίες ακολουθούν τον νόμο των πολλαπλών αναλογιών Θα πρέπει να βρούμε τον λόγο μαζών για κάθε ένα από τα συστατικά και να εξετάσουμε το κατά πόσον είναι μικροί ακέραιοι αριθμοί πολλαπλάσια ο ένας του άλλου

11 Οι χημικές ενώσεις περιγράφονται από χημικούς τύπους Ένωση είναι μια ξεχωριστή ουσία που αποτελείται από άτομα δύο ή περισσοτέρων στοιχείων. Οι ενώσεις ταυτοποιούνται από τον αριθμό και το είδος κάθε ατόμου στην απλούστερη μονάδα της ένωσης. Μόρια ή ιόντα

12 Η γραφή των χημικών τύπων των ενώσεων Κάθε στοιχείο αναπαρίσταται από το σύμβολό του. Ο αριθμός κάθε είδους ατόμων εμφανίζεται ως δείκτης κάτω δεξιά του συμβόλου του στοιχείου. Αν υπάρχει ένα μόνο στοιχείο δεν απαιτείται δείκτης. Αν υπάρχουν πολυατομικές ομάδες στο μόριο, αυτές γράφονται σε παρένθεση σε περίπτωση που οι ομάδες είναι περισσότερες της μιας. Παραδείγματα: H 2 O, NaCl, KNO 3, Mg(NO 3 ) 2

13 Σκαπανείς στην αναζήτηση της αλήθειας για το άτομο ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ LAVOISIER DALTON THOMPSON MILLIKEN RUTHERFORD

14 Οι πρώτη αντίληψη για το άτομο ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ

15 AΡΙΣΤΟΤΕΛΗΣ = ΑΜΦΙΣΒΗΤΙΑΣ Ο ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ ΔΕΝ ΞΕΡΕΙ ΤΙ ΤΟΥ ΓΙΝΕΤΑΙ! Ο ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΗΣ ΗΤΑΝ ΔΗΜΟΦΙΛΕΣΤΕΡΟΣ ΚΑΙ ΑΝΤΕΤΙΘΕΤΟ ΣΤΗΝ ΙΔΕΑ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ- ΣΥΝΕΧΗΣ Η ΥΛΗ

16 ΑΤΟΜΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΥ

17 ΕΤΣΙ...Η ΧΗΜΕΙΑ ΗΤΑΝ ΠΕΘΑΜΕΝΗ ΓΙΑ 1400 ΧΡΟΝΙΑ ΜΕΧΡΙ...

18 Η δομή του ατόμου Η θεωρία του Dalton είχε επιτυχία στην ερμηνεία της δομής της ύλης αλλά δεν έδινε απαντήσεις για την σύσταση των ατόμων. Πειράματα καθοδικών σωλήνων

19

20 Τα πειράματα του Thomson Η απόκλιση της καθοδικής δέσμης από μαγνητικό ή ηλεκτρικό πεδίο ήταν ισχυρότερη: όσο μεγαλύτερη η ισχύς του μαγνητικού πεδίου ή όσο μεγαλύτερη η τάση που εφαρμοζόταν για την δημιουργία του ηλεκτρικού πεδίου Το ηλεκτρικό φορτίο των ηλεκτρονίων: Όσο μεγαλύτερο το φορτίο τους τόσο μεγαλύτερη η αλληλεπίδραση με το εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο και άρα τόσο μεγαλύτερη ήταν η απόκλιση της δέσμης. Η μάζα του ηλεκτρονίου: Όσο ελαφρύτερο το σωματίδιο τόσο μεγαλύτερη η παρέκκλιση από την πορεία των ακτίνων Προσεκτικές μετρήσεις του μεγέθους της εκτροπής από την πορεία η οποία προεκαλείτο από ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο γνωστής ισχύος, ο Thomson υπολόγισε το λόγο φορτίου προς την μάζα του ηλεκτρονίου e/m. Η σημερινή τιμή είναι e 8 m C g

21 Συμπλήρωση: Πειράματα Millikan Το φορτίο των σταγονιδίων ήταν πολλαπλάσιο του e= x C. Αντικατάσταση της τιμής αυτής στον λόγο του Thomson έδωσε για την μάζα του ηλεκτρονίου την τιμή Χ10-28 g

22 Η ύπαρξη των νετρονίων 1932 James Chadwick 1930 Παρατήρηση των Bothe και Beckerότι ο βομβαρδισμός βηρυλλίου με σωματίδια α από ραδιενεργό πηγή, παράγεται ουδέτερη ακτινοβολία η οποία ήταν διεισδυτική αλλά μη ιονίζουσα

23 Το ατομικό πρότυπο Ύπαρξη αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων, το φορτίο των οποίων αντισταθμίζεται από ένα πυρήνα ο οποίος περιέχει θετικά φορτισμένα πρωτόνια και αφόρτιστα νετρόνια (E.Rutherford)

24 Ατομική θεωρία Τα άτομα αποτελούν τους δομικούς λίθους των στοιχείων Τα άτομα των στοιχείων είναι όμοια Διαφορετικά από τα άτομα άλλων στοιχείων Οι ενώσεις σχηματίζονται με την σύνδεση δύο τουλάχιστον διαφορετικών στοιχείων

25 Υποατομικά σωματίδια Σωματίδιο Σύμβολο Φορτίο Σχετ. Μάζα Ηλεκτρόνιο e Πρωτόνιο p Νετρόνιο n 0 1

26 Θέση υποατομικών σωματιδίων ηλεκτρόνια cm πυρήνας πρωτόνια 10-8 cm

27

28 Χαρακτηριστικοί αριθμοί των ατόμων των στοιχείων Ατομικός αριθμός (Ζ)= ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα ενός στοιχείου=αριθμό των ηλεκτρονίων του αντιστοίχου ατόμου Μαζικός αριθμός (Α)= το άθροισμα των πρωτονίων και των νετρονίων στον πυρήνα ενός στοιχείου: Α=Ν+Ζ

29 Ατομικοί αριθμοί στον περιοδικό πίνακα Aτομικός αριθμός Σύμβολο 11 Na

30 Όλα τα άτομα ενός στοιχείου έχουν τον αυτό αριθμό πρωτονίων 11 πρωτόνια Νάτριο 11 Na

31 Αριθμός ηλεκτρονίων Τα άτομα είναι ηλεκτρικώς ουδέτερα Το συνολικό φορτίο είναι μηδέν Αριθμός πρωτονίων= Αριθμός ηλεκτρονίων Ατομικός αριθμός= Αριθμός ηλεκτρονίων

32 Μαζικός αριθμός Το άθροισμα πρωτονίων και νετρονίων Σε ένα άτομο

33 Σύμβολα των ατόμων Παρουσίαση μαζικού και ατομικού αριθμών Το σύμβολο του στοιχείου Μαζικός αριθμός Ατομικός αριθμός 23 Na Νάτριο-23 11

34 Συμβολισμοί ατόμων O P Zn p + 15 p + 30 p + 8 n 16 n 35 n 8 e - 15 e - 30 e -

35 Ισότοπα Στοιχεία τα οποία στον πυρήνα τους έχουν τον αυτό αριθμό πρωτονίων αλλά διαφορετικό μαζικό αριθμό (διαφορετικό αριθμό νετρονίων )

36

37 Ισότοπα Ισότοπα του Χλωρίου 35 Cl 37 Cl Χλώριο - 35 Χλώριο - 37