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Prime teorie atomiche e molecolari
La teoria atomica di Dalton e la legge di Avogadro, oltre a svolgere un ruolo fondamentale in fisica, diedero anche un notevole impulso allo sviluppo della chimica.
Legge di Avogadro
La legge di Avogadro afferma che un dato volume di gas, per valori di temperatura e pressione fissati, contiene sempre lo stesso numero di molecole, a prescindere dalla natura chimica di queste. Il numero di Avogadro rappresenta il numero di molecole contenuto in una quantità di sostanza la cui massa espressa in grammi è esattamente uguale al peso molecolare.
Nella seconda metà del XIX secolo furono effettuati numerosi tentativi di determinare le dimensioni dell'atomo; quello che fornì i risultati più significativi fu l'applicazione della teoria cinetica ai gas non ideali, ossia a gas per cui non vale l'approssimazione di molecole puntiformi e non interagenti. Esperimenti successivi, che sfruttarono tecniche avanzate basate sullo scattering di raggi X, di particelle alfa e di altre particelle subatomiche, portarono alla determinazione delle dimensioni tipiche dell'atomo, il cui diametro risultò compreso tra 10-8 e 10-9 cm.
Spettroscopia
La conoscenza della struttura dell'atomo deve moltissimo alla spettroscopia e alla scoperta delle particelle subatomiche.
Nel 1823 John Herschel propose di identificare un elemento chimico per mezzo dell'analisi spettrale, cioè dalla distribuzione dell'intensità della luce emessa dalla sostanza allo stato gassoso. Negli anni che seguirono furono catalogati gli spettri di molte sostanze, grazie al lavoro di due tedeschi, il chimico Robert Wilhelm Bunsen e il fisico Gustav Robert Kirchhoff. Nel 1868 l'osservazione di una riga ignota nello spettro del Sole condusse l'astronomo britannico Joseph Norman Lockyer alla scoperta dell'elio. Contributi importanti allo sviluppo della teoria atomica vennero inoltre dallo studio degli spettri prodotti da singoli elementi.
Uno spettro discreto (a righe) viene generato da una sostanza allo stato gassoso, i cui atomi siano stati eccitati da una fonte di calore o dal bombardamento di particelle subatomiche. Invece, lo spettro prodotto da un corpo solido caldo è continuo e cade nelle regioni del visibile, dell'infrarosso e dell'ultravioletto. La quantità totale di energia emessa dipende fortemente dalla temperatura, come pure la distribuzione dell'intensità tra le varie lunghezze d'onda. Quando si riscalda una sbarretta di ferro, ad esempio, dapprima la radiazione emessa è infrarossa, pertanto non visibile; poi, all'aumentare della temperatura lo spettro si allarga verso il visibile e l'incandescenza passa dal rosso al bianco, mentre il picco dello spettro si sposta verso il centro della regione visibile. I tentativi di spiegare le caratteristiche della radiazione emessa dai solidi con gli strumenti teorici a disposizione alla fine del XIX secolo portarono a concludere che a una data temperatura la quantità di radiazione emessa aumenta indefinitamente all'aumentare della frequenza. Questo risultato era naturalmente in disaccordo con le osservazioni sperimentali.
Legge di Avogadro
La legge di Avogadro afferma che un dato volume di gas, per valori di temperatura e pressione fissati, contiene sempre lo stesso numero di molecole, a prescindere dalla natura chimica di queste. Il numero di Avogadro rappresenta il numero di molecole contenuto in una quantità di sostanza la cui massa espressa in grammi è esattamente uguale al peso molecolare.
Nella seconda metà del XIX secolo furono effettuati numerosi tentativi di determinare le dimensioni dell'atomo; quello che fornì i risultati più significativi fu l'applicazione della teoria cinetica ai gas non ideali, ossia a gas per cui non vale l'approssimazione di molecole puntiformi e non interagenti. Esperimenti successivi, che sfruttarono tecniche avanzate basate sullo scattering di raggi X, di particelle alfa e di altre particelle subatomiche, portarono alla determinazione delle dimensioni tipiche dell'atomo, il cui diametro risultò compreso tra 10-8 e 10-9 cm.
Spettroscopia
La conoscenza della struttura dell'atomo deve moltissimo alla spettroscopia e alla scoperta delle particelle subatomiche.
Nel 1823 John Herschel propose di identificare un elemento chimico per mezzo dell'analisi spettrale, cioè dalla distribuzione dell'intensità della luce emessa dalla sostanza allo stato gassoso. Negli anni che seguirono furono catalogati gli spettri di molte sostanze, grazie al lavoro di due tedeschi, il chimico Robert Wilhelm Bunsen e il fisico Gustav Robert Kirchhoff. Nel 1868 l'osservazione di una riga ignota nello spettro del Sole condusse l'astronomo britannico Joseph Norman Lockyer alla scoperta dell'elio. Contributi importanti allo sviluppo della teoria atomica vennero inoltre dallo studio degli spettri prodotti da singoli elementi.
Uno spettro discreto (a righe) viene generato da una sostanza allo stato gassoso, i cui atomi siano stati eccitati da una fonte di calore o dal bombardamento di particelle subatomiche. Invece, lo spettro prodotto da un corpo solido caldo è continuo e cade nelle regioni del visibile, dell'infrarosso e dell'ultravioletto. La quantità totale di energia emessa dipende fortemente dalla temperatura, come pure la distribuzione dell'intensità tra le varie lunghezze d'onda. Quando si riscalda una sbarretta di ferro, ad esempio, dapprima la radiazione emessa è infrarossa, pertanto non visibile; poi, all'aumentare della temperatura lo spettro si allarga verso il visibile e l'incandescenza passa dal rosso al bianco, mentre il picco dello spettro si sposta verso il centro della regione visibile. I tentativi di spiegare le caratteristiche della radiazione emessa dai solidi con gli strumenti teorici a disposizione alla fine del XIX secolo portarono a concludere che a una data temperatura la quantità di radiazione emessa aumenta indefinitamente all'aumentare della frequenza. Questo risultato era naturalmente in disaccordo con le osservazioni sperimentali.
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