Struttura atomica della materia - Esercitazione

Argomenti dell'esercitazione

Modello atomico di E. Rutherford - Dimensioni degli atomi e delle particelle subatomiche - Atomo nucleare: nucleo atomico, nucleoni (protoni e neutroni) e elettroni extranucleari - Carica nucleare, carica elettronica e carica ionica - Calcolo del numero delle particelle elementari negli atomi: numero atomico e numero di massa - Nuclidi isotopi, isobari, isòtoni e isoelettronici - Massa atomica teorica e sperimentale - Difetto di massa ed energia di legame nucleare - Calcolo del difetto di massa e dell’energia di legame nucleare associata al difetto di massa - Massa atomica apparente (sperimentale e teorica) - Calcolo della massa atomica apparente di una miscela isotopica - Calcolo dell’abbondanza percentuale dei due isotopi di una miscela isotopica - Calcolo del numero di particelle subatomiche contenute in una certa massa di nuclide - Calcolo della massa complessiva dei protoni, dei neutroni e degli elettroni contenuti in una certa massa di nuclide (non tenendo conto del difetto di massa) – Calcolo dell’energia specifica di legame nucleare per unità di nucleoni - Grafico dell'energia specifica di legame nucleare per unità di nucleoni in funzione del numero di massa.

Avvertenze per lo svolgimento degli esercizi

• Arrotondare opportunamente i risultati dei calcoli.
• Usare esclusivamente ed opportunamente le unità di misura definite nel Sistema Internazionale (S.I.)
• Usare solo ed esclusivamente la notazione esponenziale.
• Utilizzare i seguenti valori:

Particella subatomica	massa (in Kg)	massa (in u)
Massa sperimentale elettrone (msperimentale e-)	9,109534 · 10-31 kg elettrone-1	5,4860 · 10-4 u elettrone-1
Massa sperimentale protone (msperimentale p+)	1,6726485 · 10-27 kg protone-1	1,0072764 u protone-1
Massa sperimentale neutrone (msperimentale n°)	1,6749543 · 10-27 kg neutrone-1	1,008665 u neutrone-1

dati/costanti	simbolo	valore
conversione u/kg	m 1u(kg)	1,6605402 · 10-27 kg
velocità della luce	c	2,9979 · 108 m s-1
numero di Avogadro	N	6,0221367 · 1023 particelle mol-1

Esercizi

Esercizio n. 1

Completare la tabella, relativa alla struttura atomica di atomi e di ioni, (da indicare genericamente con i simboli: A, B, C....) e riportare gli eventuali nuclidi isotopi, isobari, isotoni e isoelettronici.

Simboli dei nuclidi (A, B, C....)
Numero atomico (Z)								73	61
Numero di massa (A)			238	223					145	152
Numero di protoni (np+)				87
Numero di neutroni (N)	187	152			157	156		185
Numero di elettroni (ne-)		103					103			64
Numero di nucleoni (nnu)	260						257
Carica nucleare (Q+)		99+			100+	99+				68+
Carica elettronica (Q-)			98-		98-				64-
Carica ionica (Qi)	4+		3-	4-		2-	2-	3+

(a) Nuclidi isotopi:
(b) Nuclidi isobari:
(c) Nuclidi isotoni:
(d) Nuclidi isoelettronici:

Esercizio n. 2

Completare la tabella, relativa alla struttura atomica di atomi e di ioni, e riportare gli eventuali nuclidi isotopi, isobari, isotoni e isoelettronici.

Simboli dei nuclidi	${\ce {^{45}_{20}}}$Ca2+	2${\ce {^{44}_{94}}}$Pu5-	${\ce {^{79}_{34}}}$Se2-	2${\ce {^{44}_{93}}}$Np5+	1${\ce {^{63}_{55}}}$Dy2-	${\ce {^{88}_{38}}}$Sr2+	${\ce {^{47}_{22}}}$Ti4+	2${\ce {^{60}_{103}}}$Lr4+	1${\ce {^{15}_{49}}}$In4+	1${\ce {^{17}_{49}}}$In2+
Numero atomico (Z)
Numero di massa (A)
Numero di protoni (np+)
Numero di neutroni (N)
Numero di elettroni (ne-)
Numero di nucleoni (nnu)
Carica nucleare (Q+)
Carica elettronica (Q-)
Carica ionica (Qi)

(a) Nuclidi isotopi:
(b) Nuclidi isobari:
(c) Nuclidi isotoni:
(d) Nuclidi isoelettronici:

Esercizio n. 3

Determinare la composizione percentuale della miscela isotopica naturale del cloro (A% _{${\ce {^{35}_{17}}}$Cl}; A% _{${\ce {^{37}_{17}}}$Cl}), costituita dagli isotopi cloro-35 e cloro-37. [m _{atomica sperimentale ${\ce {^{35}_{17}}}$Cl} = 34,969 u atomo^-1; m _{atomica sperimentale ${\ce {^{35}_{17}}}$Cl} = 36,966 u atomo^-1; m _{atomica apparente sperimentale Cl} = 35,453 u atomo^-1]

Esercizio n. 4

Sappiamo che la miscela isotopica naturale dello zolfo (S) è costituita per il 94,93% da zolfo-32, per lo 0,7600% da zolfo-33, per il 4,290% da zolfo-34 e per lo 0,02000% da zolfo-35.
(a) Scrivere il simbolo di ciascun nuclide.
(b) Calcolare la massa atomica teorica (in u) di ciascun nuclide (m _{atomica teorica}).
(c) Calcolare la massa atomica apparente teorica (in u) dello zolfo (m _{atomica apparente teorica S}).
(d) Calcolare il difetto di massa (Δm) (in u) dello zolfo. [m _{atomica apparente sperimentale S} = 32,06 u atomo^-1].
(e) Calcolare l'energia di legame nucleare (ΔE) di 1,20 moli di atomi di zolfo.

Esercizio n. 5

Sappiamo che due diversi isotopi dell'uranio (U) hanno masse atomiche sperimentali (in g) rispettivamente uguali a 3,9026 · 10^-22 g atomo^-1 e 3,9526 · 10^-22 g atomo^-1.
(a) Individuare il probabile numero di massa (A ) di ciascuno dei due isotopi e scrivere il simbolo di ciascun isotopo.
(b) Calcolare la massa atomica teorica (m_{atomica teorica}) di ciascuno dei due isotopi.
(c) Calcolare il difetto di massa (△m) (in u) di ciascuno dei due isotopi.

Risposte

Esercizio n. 1

Simboli dei nuclidi (A, B, C....)	2${\ce {^{60}_{73}}}$A4+	2${\ce {^{51}_{99}}}$B4-	2${\ce {^{38}_{95}}}$C3-	2${\ce {^{23}_{87}}}$D4-	2${\ce {^{57}_{100}}}$E2+	2${\ce {^{56}_{99}}}$B2-	2${\ce {^{57}_{101}}}$F2-	2${\ce {^{58}_{73}}}$A3+	2${\ce {^{45}_{61}}}$G3-	2${\ce {^{53}_{68}}}$H4+
Numero atomico (Z)	73	99	95	87	100	99	101	73	61	68
Numero di massa (A)	260	251	238	223	257	255	257	258	145	152
Numero di protoni (np+)	73	99	95	87	100	99	101	73	61	68
Numero di neutroni (N)	187	152	143	136	157	156	156	185	84	84
Numero di elettroni (ne-)	69	103	98	91	98	101	103	70	64	64
Numero di nucleoni (nnu)	260	251	238	223	257	255	257	258	145	152
Carica nucleare (Q+)	73+	99+	95+	87+	100+	99+	101+	73+	61+	68+
Carica elettronica (Q-)	69-	103-	98-	91-	98-	101-	103-	70-	64-	64-
Carica ionica (Qi)	4+	4-	3-	4-	2+	2-	2-	3+	3-	4+

(a) Nuclidi isotopi: ²${\ce {^{60}_{73}}}$A⁴⁺ e ²${\ce {^{58}_{73}}}$A³⁺; ²${\ce {^{51}_{99}}}$B^4- e ²${\ce {^{56}_{99}}}$B^2-
(b) Nuclidi isobari: ²${\ce {^{57}_{100}}}$E²⁺ e ²${\ce {^{57}_{101}}}$F^2-
(c) Nuclidi isotoni: ²${\ce {^{57}_{100}}}$E²⁺ e ²${\ce {^{56}_{99}}}$B^2-; ¹${\ce {^{45}_{61}}}$G^3- e ¹${\ce {^{53}_{68}}}$H⁴⁺
(d) Nuclidi isoelettronici: ²${\ce {^{38}_{95}}}$C^3- e ²${\ce {^{57}_{100}}}$E²⁺; ¹${\ce {^{45}_{61}}}$G^3- e ¹${\ce {^{52}_{68}}}$H⁴⁺; ²${\ce {^{51}_{99}}}$B^4- e ²${\ce {^{57}_{101}}}$F^2-

Esercizio n. 2

Simboli dei nuclidi	${\ce {^{45}_{20}}}$Ca2+	2${\ce {^{44}_{94}}}$Pu5-	${\ce {^{79}_{34}}}$Se2-	2${\ce {^{44}_{93}}}$Np5+	1${\ce {^{63}_{55}}}$Dy2-	${\ce {^{88}_{38}}}$Sr2+	${\ce {^{47}_{22}}}$Ti4+	2${\ce {^{60}_{103}}}$Lr4+	1${\ce {^{15}_{49}}}$In4+	1${\ce {^{17}_{49}}}$In2+
Numero atomico (Z)	20	94	34	93	55	38	22	103	49	49
Numero di massa (A)	45	244	79	244	163	88	47	260	115	117
Numero di protoni (np+)	20	94	34	93	55	38	22	103	49	49
Numero di neutroni (N)	25	150	45	151	108	50	25	157	66	68
Numero di elettroni (ne-)	18	99	36	88	57	36	18	99	45	47
Numero di nucleoni (nnu)	45	244	79	244	163	88	47	260	115	117
Carica nucleare (Q+)	20+	94+	34+	93+	55+	38+	22+	103+	49+	49+
Carica elettronica (Q-)	18-	99-	36-	88-	57-	36-	18-	99-	45-	47-
Carica ionica (Qi)	2+	5-	2-	5+	2-	2+	4+	4+	4+	2+

(a) Nuclidi isotopi: ¹${\ce {^{15}_{49}}}$In⁴⁺ e ¹${\ce {^{17}_{49}}}$In²⁺.
(b) Nuclidi isobari: ²${\ce {^{44}_{94}}}$Pu^5- e ²${\ce {^{44}_{93}}}$Np⁵⁺.
(c) Nuclidi isotoni: ${\ce {^{45}_{20}}}$Ca²⁺ e ${\ce {^{47}_{22}}}$Ti⁴⁺.
(d) Nuclidi isoelettronici: ${\ce {^{45}_{20}}}$Ca²⁺ e ${\ce {^{47}_{22}}}$Ti⁴⁺; ²${\ce {^{44}_{94}}}$Pu^5- e ²${\ce {^{60}_{103}}}$Lr⁴⁺; ${\ce {^{79}_{34}}}$Se^2- e ${\ce {^{88}_{38}}}$Sr²⁺.

Esercizio n.3

A% _{${\ce {^{35}_{17}}}$Cl} = 75,764% e A% _{${\ce {^{37}_{17}}}$Cl} = 24,236%.

Esercizio n. 4

(a) ${\ce {^{32}_{16}}}$S; ${\ce {^{33}_{16}}}$S; ${\ce {^{34}_{16}}}$S; ${\ce {^{35}_{16}}}$S.
(b) m atomica teorica _{${\ce {^{32}_{16}}}$S} = 32,264 u atomo^-1; m atomica teorica _{${\ce {^{33}_{16}}}$S} = 33,273 u atomo^-1; m _{atomica teorica ${\ce {^{34}_{16}}}$S} = 34,281 u atomo^-1; m _{atomica teorica ${\ce {^{35}_{16}}}$S} = 35,290 u atomo^-1.
(c) m _{atomica apparente teorica S} = 32,359 u atomo^-1.
(d) △m = 2,99 · 10^-1 u atomo^-1.
(e) △m = 3,22 · 10¹³ J.

Esercizio n. 5

(a) ²${\ce {^{35}_{92}}}$U e ²${\ce {^{38}_{92}}}$U.
(b) m_{atomica teorica uranio-235} = 236,96 u atomo^-1 e m_{atomica teorica uranio-238} = 239,98 u atomo^-1.
(c) △m_uranio-235 = 1,93 u atomo^-1 e △m_uranio-235 = 1,95 u atomo^-1.

Risorse

• Spettro elettromagnetico
• Struttura atomica della materia
• Nucleo atomico
• Decadimento radioattivo
• Struttura atomica

Esercitazioni di chimica generale ed inorganica

• Esercitazioni di scienze naturali

Quiz di chimica generale ed inorganica

• Struttura atomica della materia
• Tutti gli argomenti

Bibliografia

• Peter William Atkins, Loretta Jones e Leroy Laverman, Fondamenti di chimica generale, Bologna, Zanichelli, 2018, ISBN 97-888-0867-012-0.

Collegamenti esterni

• Rodomontano, Chimica generale, rodomontano.altervista.org. URL consultato il 4 gennaio 2020.

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