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2ª media · Scienze
La materia · La struttura della materia

Particelle subatomiche e isotopi

Se l'atomo fosse uno stadio di calcio, il nucleo sarebbe una biglia posata al centro del campo. Nel nucleo ci sono protoni e neutroni, mentre intorno al nucleo si muovono gli elettroni: tre soli tipi di particelle, che bastano per spiegare quasi tutta la chimica che incontrerai. Come si fa a riconoscere un atomo di ferro da uno di ossigeno, se sono fatti con gli stessi «mattoncini»?

Le tre particelle dell'atomo

Se strofini un righello di plastica su un maglione di lana e lo avvicini a dei pezzetti di carta, i pezzetti saltano verso il righello. Significa che la materia contiene cariche elettriche che si possono trasferire. Da quali particelle con carica è fatto un atomo?

Schema dell'atomo: un nucleo centrale con protoni (+) e neutroni, circondato da orbite circolari su cui si muovono gli elettroni (−) + n n + nucleo: protoni (+) e neutroni (atomo di elio) elettroni e− (−), intorno al nucleo schema non in scala

Un atomo completo è neutro: ha tanti protoni quanti elettroni, e le cariche positive e negative si compensano.

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Nel gioco da tavolo «Costruisci un atomo» ci sono tre tipi di tessere: protoni, neutroni ed elettroni. Indica la carica elettrica di ciascuna delle tre particelle:…

Nel gioco da tavolo «Costruisci un atomo» ci sono tre tipi di tessere: protoni, neutroni ed elettroni. Indica la carica elettrica di ciascuna delle tre particelle: positiva, negativa o senza carica.

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Se l'atomo fosse uno stadio di calcio, il nucleo sarebbe una biglia al centro del campo. Quali particelle ci sarebbero dentro quella «biglia»? E quali particelle si…

Se l'atomo fosse uno stadio di calcio, il nucleo sarebbe una biglia al centro del campo. Quali particelle ci sarebbero dentro quella «biglia»? E quali particelle si muoverebbero sugli spalti, intorno al nucleo?

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Completa la frase con le parole mancanti: «Il protone ha carica $\dots$, l'elettrone ha carica $\dots$ e il neutrone non ha $\dots$».

Completa la frase con le parole mancanti: «Il protone ha carica $\dots$, l'elettrone ha carica $\dots$ e il neutrone non ha $\dots$».

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Il numero atomico Z: la carta d'identità

Il ferro è un metallo duro, l'elio è un gas che fa volare i palloncini, lo zolfo è una polvere gialla. Eppure tutti e tre sono fatti solo di protoni, neutroni ed elettroni. Che cosa rende un atomo ferro e non elio?

Muovi il cursore dei protoni nell'interattivo: cambiando $Z$ cambia l'elemento di cui stai parlando.

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Il numero atomico $Z$ è come la carta d'identità di un elemento. Spiega che cosa conta il numero $Z$ e di' quanto vale per un atomo che ha $6$ protoni.

Il numero atomico $Z$ è come la carta d'identità di un elemento. Spiega che cosa conta il numero $Z$ e di' quanto vale per un atomo che ha $6$ protoni.

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Quando respiri, ai tuoi polmoni arrivano atomi di ossigeno, che hanno $8$ protoni. Se un atomo di ossigeno è neutro, quanti elettroni ha? Spiega perché.

Quando respiri, ai tuoi polmoni arrivano atomi di ossigeno, che hanno $8$ protoni. Se un atomo di ossigeno è neutro, quanti elettroni ha? Spiega perché.

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Esercitati★★☆Da iniziare
Un atomo neutro di calcio, il minerale delle ossa, ha $20$ elettroni e un numero di massa $A = 40$. Calcola il suo numero atomico $Z$ e il numero di neutroni del suo…

Un atomo neutro di calcio, il minerale delle ossa, ha $20$ elettroni e un numero di massa $A = 40$. Calcola il suo numero atomico $Z$ e il numero di neutroni del suo nucleo.

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L'odore delle uova marce è dovuto a un gas che contiene zolfo. Un atomo neutro di zolfo ha $16$ elettroni e $16$ neutroni. Calcola il suo numero atomico $Z$ e il suo…

L'odore delle uova marce è dovuto a un gas che contiene zolfo. Un atomo neutro di zolfo ha $16$ elettroni e $16$ neutroni. Calcola il suo numero atomico $Z$ e il suo numero di massa $A$.

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Il numero di massa A: contare protoni e neutroni

Un protone e un neutrone hanno quasi la stessa massa, circa $2000$ volte quella di un elettrone. Per questo quasi tutta la massa dell'atomo è nel nucleo.

Nucleo con 2 protoni e 1 neutrone: Z = 2, N = 1 e numero di massa A = Z + N = 3 p p n Z = 2 protoni N = 1 neutrone A = Z + N = 3 nucleo con 2 protoni e 1 neutrone

Per trovare i neutroni basta invertire la formula: $N = A - Z$.

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Il numero di massa $A$ conta le particelle «pesanti» dell'atomo. Un atomo di carbonio ha $6$ protoni e $6$ neutroni, come mostra la figura. Quanto vale il suo numero di…

Il numero di massa $A$ conta le particelle «pesanti» dell'atomo. Un atomo di carbonio ha $6$ protoni e $6$ neutroni, come mostra la figura.

6 protoni 6 neutroni p n p n n p n p n p n p A = ?

Quanto vale il suo numero di massa $A$? Quali particelle dell'atomo non rientrano in questo conteggio?

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Il sale da cucina contiene atomi di sodio, con $11$ protoni e $12$ neutroni nel nucleo, come mostra la figura. Calcola il numero di massa $A$ del sodio.

Il sale da cucina contiene atomi di sodio, con $11$ protoni e $12$ neutroni nel nucleo, come mostra la figura.

11 protoni 12 neutroni nucleo A = ?

Calcola il numero di massa $A$ del sodio.

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I fuochi d'artificio a mano brillano con una luce bianca intensa perché bruciano magnesio. Un atomo neutro di magnesio ha $Z = 12$ e $A = 24$. Calcola quanti protoni,…

I fuochi d'artificio a mano brillano con una luce bianca intensa perché bruciano magnesio. Un atomo neutro di magnesio ha $Z = 12$ e $A = 24$. Calcola quanti protoni, neutroni ed elettroni ha.

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Il cloro usato per disinfettare le piscine ha $Z = 17$ e $A = 35$. Calcola quanti neutroni ha il suo nucleo e quanti elettroni ha un atomo neutro di cloro.

Il cloro usato per disinfettare le piscine ha $Z = 17$ e $A = 35$. Calcola quanti neutroni ha il suo nucleo e quanti elettroni ha un atomo neutro di cloro.

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Un protone ha quasi la stessa massa di un neutrone, e ciascuno di essi ha una massa circa $2000$ volte maggiore di quella di un elettrone. a) Un atomo di carbonio-12 ha…

Un protone ha quasi la stessa massa di un neutrone, e ciascuno di essi ha una massa circa $2000$ volte maggiore di quella di un elettrone.

  1. a) Un atomo di carbonio-12 ha $6$ protoni, $6$ neutroni e $6$ elettroni: spiega perché praticamente tutta la sua massa è concentrata nel nucleo.
  2. b) Stima quante volte il nucleo di quell'atomo è più pesante di tutti i suoi elettroni messi insieme.
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Ioni: atomi con carica

Un atomo neutro può guadagnare o perdere elettroni. Allora le cariche non si compensano più e l'atomo diventa uno ione.

Nell'interattivo, se porti gli elettroni sotto il numero dei protoni compare una carica positiva netta: è ciò che succede al potassio quando perde un elettrone.

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Il potassio è un minerale abbondante nelle banane. Un atomo neutro di potassio, con $Z = 19$, perde uno dei suoi elettroni, come mostra la figura. a) Quanti protoni e…

Il potassio è un minerale abbondante nelle banane. Un atomo neutro di potassio, con $Z = 19$, perde uno dei suoi elettroni, come mostra la figura.

19 p 19 e− perde 1 e− 19 p e− = ? carica netta = ?
  1. a) Quanti protoni e quanti elettroni restano all'atomo?
  2. b) È ancora potassio? Giustificalo pensando a che cosa definisce un elemento.
  3. c) Quale carica netta ha ora l'atomo? Spiega il risultato confrontando le sue cariche positive e negative.
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Isotopi: stesso elemento, massa diversa

All'inizio del Novecento, studiando il gas neon con campi elettrici, gli scienziati scoprirono atomi di neon con numero di massa 20 e altri con numero di massa 22, anche se si comportavano allo stesso modo dal punto di vista chimico. Come possono atomi dello stesso elemento avere masse diverse?

Confronto tra due isotopi del carbonio. Il carbonio-12 ha 6 protoni, 6 neutroni e 6 elettroni. Il carbonio-14 ha 6 protoni, 8 neutroni e 6 elettroni. Hanno lo stesso numero atomico Z e diverso numero di neutroni N. carbonio-12 carbonio-14 stesso Z diverso N 6 protoni (Z = 6) 6 neutroni (N = 6) 6 elettroni A = 6 + 6 = 12 6 protoni (Z = 6) 8 neutroni (N = 8) 6 elettroni A = 6 + 8 = 14 protone neutrone elettrone nucleo ingrandito, non in scala

Poiché $Z$ è lo stesso, gli isotopi sono lo stesso elemento e hanno proprietà chimiche molto simili. Cambiano la massa e, a volte, la stabilità del nucleo: alcuni isotopi sono stabili, altri radioattivi.

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Il carbonio-12 e il carbonio-14 sono come due fratelli: sono dello stesso elemento, ma non «pesano» uguale. Spiega che cosa hanno in comune i due atomi e in che cosa si…

Il carbonio-12 e il carbonio-14 sono come due fratelli: sono dello stesso elemento, ma non «pesano» uguale. Spiega che cosa hanno in comune i due atomi e in che cosa si differenziano. Come si chiama la relazione tra di loro?

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L'idrogeno ha tre isotopi noti: il prozio ($A = 1$), il deuterio ($A = 2$), presente nella cosiddetta «acqua pesante», e il trizio ($A = 3$). Tutti hanno $Z = 1$, come…

L'idrogeno ha tre isotopi noti: il prozio ($A = 1$), il deuterio ($A = 2$), presente nella cosiddetta «acqua pesante», e il trizio ($A = 3$). Tutti hanno $Z = 1$, come mostra la figura.

p n = ? prozio A = 1 · Z = 1 p n = ? deuterio A = 2 · Z = 1 p n = ? trizio A = 3 · Z = 1

Calcola quanti neutroni ha ciascun isotopo e spiega perché i tre sono lo stesso elemento.

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Le batterie dei cellulari usano il litio. Il suo simbolo con i numeri dell'atomo si scrive così: ${}^{7}{3}\text{Li}$. Il numero in alto è $A$ e quello in basso è $Z$.…

Le batterie dei cellulari usano il litio. Il suo simbolo con i numeri dell'atomo si scrive così: ${}^{7}_{3}\text{Li}$. Il numero in alto è $A$ e quello in basso è $Z$.

  1. a) Quanti protoni, neutroni ed elettroni ha un atomo neutro di litio?
  2. b) Il berillio ha $4$ protoni e $5$ neutroni: scrivi il suo simbolo con lo stesso formato.
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Alcuni archeologi trovano una zanna di mammut e vogliono sapere la sua età. Per calcolarla usano il carbonio-14 che rimane nei resti. a) Il carbonio-14 è un isotopo del…

Alcuni archeologi trovano una zanna di mammut e vogliono sapere la sua età. Per calcolarla usano il carbonio-14 che rimane nei resti.

  1. a) Il carbonio-14 è un isotopo del carbonio: spiega che cosa significa, parlando di protoni e neutroni.
  2. b) Tutti gli esseri viventi contengono carbonio e, quando muoiono, il loro carbonio-14 diminuisce poco a poco con gli anni. Spiega perché ciò permette di stimare da quanto tempo è morto l'animale.
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In sintesi

Torniamo allo stadio: un atomo di ferro e uno di ossigeno si distinguono per il numero di protoni nella «biglia» al centro, cioè per $Z$.

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