Gli atomi

L'atomo

3. Le particelle fondamentali

2. L'elettrone

1. La natura elettrica della materia

4. I modelli atomici

8. L'energia nucleare

7. I tipi di decadimento radioattivo

5. Il numero atomico

6. Le trasformazioni del nucleo

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LA NATURA ELETTRICA DELLA MATERIA

L'elettricità è il fenomeno in cui i corpi si attraggono o si respingono per effetto della carica elettrica

LA LEGGE DI COULOMB

La carica elettrica può essere positiva e negativa,l'unità di misura della carica elettrica nel SI è il Coulomb!

La legge di Coulomb afferma che la forza che si stabilisce tra due corpi di carica Q1 e Q2 è direttamente proporzionale al prodotto delle due cariche e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza.

L'ELETTRONE

La carica elettrica si manifesta solo in casi particolari, ad esempio quando un oggetto viene strofinato

Al passaggio della corrente tra le 2 placche metalliche (all'estremità del tubo) si diffonde una luce colorata, ma se la pressione è di 1 millesimo di atmosfera non viene più emessa luce per via delle radiazioni chiamate raggi canodici dotati di carica negativa

PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELLA CARICA Il numero delle cariche acquistate è uguale al numero delle cariche cedute La più piccola variazione di carica può avvenire spostando un solo elettrone e si chiama carica elementare

LE PARTICELLE FONDAMENTALI DELL'ATOMO

L’atomo non è indivisibile, come aveva sostenuto Dalton, ma è costituito da particelle più piccole, dette subatomiche.

Protoni e neutroni sono confinati nel nucleo, una zona molto piccola dell’atomo e molto densa. Per questo, sono detti nucleoni.

Eugen Goldstein identifica particelle diverse dagli elettroni, attraverso degli esperimenti, condotti in tubi di vetro dotati di un catodo forato e riempiti di gas rarefatto. Nota che le particelle generate dal gas si muovono verso il polo negativo formando un fascio di raggi anodici.

I MODELLI ATOMICI DI THOMSON E RUTHERFORD

Venne poi rielaborato e modificato da Rutherford atrraverso un esperimento basato sulle particelle alfa e naturalmente sugli atomi.

Modello atomico di Thomson: Plum pudding model, ovvero modello a panettone.

• La massa è distribuita in modo uniforme, mentre la carica positiva si dispone come una nube e occupa tutto il volume dell'atomo tesso
• Gli elettroni sono dispersi nll'atomo in posizioni regolari

Tramite il quale rielaborò un nuovo modello atomico.

Modello atomico di Rutherford

IL NUMERO ATOMICO (z)

È il numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo. In un atomo neutro,Z coincide con il numero degli elettroni.

Relazione tra il numero delle cariche positive presenti nel nucleo e la posizione di un atomo nella tavola periodica

Formula per ricavare il numero di massa(A)

Lo soettrometro di massa è lo strumento utilizzato per determinare la massa atomica di un isotopo e la sua percentuale in un campione

LE TRASFORMAZIONI DEL NUCLEO

I nuclei di tutti gli atomi contengono un numero più o meno grande di protoni e neutroni

l decadimento radioattivo è un processo che trasforma il nucleo di un elemento nel nucleo di un elemento diverso. La radioattività è il processo di emissione della radiazione

La stabilita' dei nuclei dipende dal numero di protoni e neutroni

• I nuclei con Z compreso tra 1 e 20 sono stabili (se n protoni=n neutroni)
• I nuclei con Z compreso tra 20 e 80 sono stabili (se n neutroni>n protoni)
• I nuclei con Z > 84 sono instabili

Dal nucleo vengono emesse 3 tipi di radiazioni

• raggi alfa= radiazioni respinte da un'elettrodo carico positivamente
• raggi beta= radiazioni attratte dallo stesso elettrodo
• raggi gamma= radiazioni che non subiscono deviazioni della traiettoria

I TIPI DI DECADIMENTO RADIOATTIVO

Decadimento alfa (α)

Decadimento beta (β)

Emissione β+ e cattura elettronica

Emissione gamma (γ)

Decadimento alfa α

Emettono particelle α positive così da far diminuire il numero di massa di 4 e il numero atomico di 2

Nuclei con numero atomico superiore a 83 e numero di massa superiore a 220

I nuovo neuclide risulta spostato di 2 posizioni indietro sulla tavola periodica

Decadimento beta β

Un neutrone con 1 di numero di massa e 0 di numero atomico può disintegrarsi dando un protone con 1 di numero di massa e numero atomico, un elettrone veloce e un' antineutrino.

Nuclei ricchi di neutroni rispetto ai protoni

Gli antinuetrini trasportano energia rendendo stabili i nuclei e quindi non influenzano l'identità del nuecluide che si forma.

Il nuovo nucleo è spostato di una posizione a destra sulla tavola periodica

Emissione β+ e cattura elettronica

Un protone si trasforma in neutrone emettendo una particella equivalente in massa all'elettrone ma con carica opposta o assorbendo un elettrone tra quelli più vicini al nucleo.

Nuclei ricchi di protoni rispetto ai neutroni

La trasformazione produce un atomo con numero atomico diminuito ma con massa uguale.

Il nuovo nuclide risulta spostato a sinistra di una posizione

Emissione gamma γ

Dopo un qualsiasi tipo di decadimento avviene una perdita di energia

La perdita di particelle non garantisce che l'atomo diventi subito stabile.

Dopo un'emissione α e β si libera energia dal nucleo in forma di raggi γ, però il numero atomico e quello di massa rimane invariato

Legge del decadimento radioattivo

La succesione di decadimenti fino alla formazione di un isotopo stabile si chiama serie di disintegrazione radioattiva.

Il momento in cui avviene un decadimento è casuale, anche se si evolve secondo uno schema descritto dalla curva di decadimento

In intervalli di tempo costanti si disintegra la stessa percentuale dai nuclei

Il valore del tempo di dimezzamento cambia al variare del tipo di isotopo

Il tempo di dimezzamento o emivita (t1/2) è il tempo che occore per ridurre metà della quantità di un isotopo radioattivo.

L'ENERGIA NUCLEARE

L'entità dell'energia nucleare di un nucleo corrisponde al difetto di massa registrato quando i neucloni si aggregano per formare il nuovo nucleo.

L'energia nucleare è l'energia che bisognerebbe spendere per separare i nucleoni uno dall'altro.

Il difetto di massa è la differenza tra le somme delle masse dei nucleoni che si aggregano per formare un nucleo e la massa nucleare effettiva

LA FISSIONE NUCLEARE

Si ha fissione nucleare quando un nucleo pesante si scinde in due nuclei più piccoli di massa simile.

Esempi ne sono l'uranio-235 e il plutonio-239: Quando un neutrone colpisce un nucleo di uranio-235, questo si scinde in due nuclei liberando liberando energia e due o tre neutroni

Può avvenire in maniera spontanea o in maniera fissile.

Se la quantità di un elemento radioattivo supera una certa massa detta massa critica, i neutroni prodotti sono sufficienti a innescare una reazione a catena

LA FUSIONE NUCLEARE

• A differenza della fissione nucleare, la fusione non produce scorie nucleari

Nelle reazioni di fusione nucleare due nuclei si fondono per darne uno piu pesante.

Fonte di energia pulita e inesauribile

• Avviene nel Sole e in altre stelle grazie all'elevatissima temperatura

Unico problema: temperatura a cui si innesca

Confinamento magnetico

Materiali in grado di reggere

CONFINAMENTO MAGNETICO

I gas coinvolti nella reazione vengono ionizzati in modo che siano formati da particelle cariche che possono così interagire con un campo magnetico esterno.

Particolare stato della materia globalmente neutro, ma formato da particelle cariche allo stato gassoso.

Si ottiene così un plasma.

Il campo magnetico generato da potenti magneti può tenere confinato il plasma evitando che tocchi le pareti del reattore.

Teoria della relatività

Albert Einstein

La relazione che consente di calcolare l'energia nucleare parte dal difetto di massa: Secondo lui esiste un'equivalenza tra massa ed energia.

Energia e massa sono direttamente proporzionali.