come si determina il peso atomico? (ho 13 anni e sono appassionato!!!)

Il peso atomico (P.A.) è definito come il rapporto tra il peso medio dell’atomo dell’elemento considerato ed il peso di 1/12 dell’atomo di carbonio 12, 12C. La massa della dodicesima parte di un atomo di 12C è chiamata Unità di Massa Atomica (uma) ed è pari a 1,6606 x10-24g.

Un numero in grammi pari al peso atomico di un elemento contiene un numero di atomi pari al Numero di Avogadro (N.A.) che è uguale a: 6,022 x 1023.

Questa quantità corrisponde alla definizione di mole: quantità in grammi di una sostanza tale che contenga un N.A. di atomi.

1 mole = 6,022 x 1023 unità elementari = P.A.

Si parla di peso medio, perchè molti elementi si trovano in natura sotto forma di isotopi. Un isotopo di un elemento è una specie atomica che possiede lo stesso numero di protoni (chiamato Z, numero atomico), ma un differente numero di neutroni (chiamato N, numero neutronico).

Infatti le ricerche sull’atomo confermarono che i costituenti degli atomi della materia erano tre specie di particelle:

Elettrone 9,109534·10-28g,  pari a 0,0005486 uma, portatori della carica elettrica negativa

 

Protone 1,672649·10-24g,  pari a 1,007276 uma, portatori della carica elettrica positiva

 

Neutrone 1,674954·10-24g,  pari a 1,008665 uma, elettricamente neutri

Combinandosi queste tre particelle formano gli atomi.

In generale negli atomi elettricamente neutri il numero degli eletroni è uguale a quello dei protoni, mentre negli atomi ionizzati (cationi [+], anioni [-]) uno o più elettroni sono stati ceduti ad altre specie con cui l’atomo ha reagito.

Per determinare la massa delle particelle cariche è possibile utilizzare lo spettrometro di massa, uno strumento abbastanza complesso, ma di cui forniremo una descrizione sufficientemente adeguata.

E’ composto principalmente di:

  1. una camera emettitrice di particelle (camera di ionizzatore): fornisce le particelle di cui vogliamo sapere la massa
  2. un dispositivo analizzatore (filtro elettromagnetico): separa le particelle che hanno un rapporto massa/carica dfferente
  3. rivelatore o collettore di particelle (rivelatore di ioni): riceve le particelle che passano attraverso il filtro e trasforma il segnale ricevuto in un segnale elettrico misurabile.
  4. il segnale elttrico viene infine convertito in dati di massa/carica che vengono poi interpretati dagli analisti

Qui sotto [Fig.1] possiamo vedere i dispositivi principali che compongono uno spettrometro di massa. Sono illustrati due strumenti differenti, a doppia focalizzazione ed a quadrupoplo. Senza dilungarci troppo possiamo dire che il primo strumento è più preciso e costoso, mentre il secondo è meno preciso ma più compatto ed economico. Trovano entrambi applicazioni a seconda del livello di precisione e costo/prestazioni richiesto.

Fig.1 Spettrometro a doppia focalizzazione

Fig.1 Spettrometro a quadrupolo

Nello spettrometro a doppia focalizzazione, quando una particella atomica o molecolare viene ionizzata nella camera di ionizzaizone, viene trasformata in uno ione (con carica positiva [+] o negativa [-]) e comincia ad essere accelerata dal potenziale elettrico che viene applicato all’interno dell’analizzatore. Dato che la particella possiede una sua massa ed una sua carica (rapporto massa/carica) è possibile farne variare la traiettoria modificando il campo elettrico ed il campo magnetico applicato all’interno dell’analizzatore. Solo una particella dotata di una certa massa/carica consentita dalle impostazione delle intensità dei valori del campo elettrico e magnetico potrà completare il proprio percorso ed arrivare indenne al collettore (rivelatore di ioni).

Nello spettrometro a quadrupolo la selezione delle particelle viene effettuata applicando un campo elettrico oscillante ed un campo elettrico permanente non oscillante; il processo è meno intuitivo da comprendere, tuttavia basti sapere che alla fine il risultato è quello di discriminare particelle con rapporto massa/carica differente: solo le particelle che abbiano un determinato rapporto finiscono il tragitto, mentre le altre vanno a sbattere contro le sbarre dell’analizzatore e si disperdono.

Alla fine il rivelatore rerstituisce un segnale elettrico proporzionale al rapporto massa/carica ricevuto e questo viene convertito in dato interpretabile dagli analisti.

Le figure che seguono illustrano il concetto della determinazione della massa/carica di una particella facendo vedere come la traiettoria venga modificata dalla intensità del campo magnetico applicato. Queste figure sono state generate con l’applet che è citata in fondo alla risposta.

 

Immagini:

In alto a sinistra: campo magnetico elevato, lancio corto

In alto a destra: campo magnetico troppo basso, lancio lungo

In basso a sinistra: campo magnetico corretto: rivelazione da parte del rivelatore di ioni

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http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=7993

 

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In questa applet potrai esercitarti a determinare il potenziale elettrico per analizzare particelle con carica differente 

http://www.ba.infn.it/~zito/museo/des135.html

dalla raccolta di applet di scienze curata da Giuseppe Zito: zito@ba.infn.it

Nomi illustri storici che si sono dedicati alla determinazione del peso atomico:

Mendeleev

Dalton

Cannizzaro

Avogadro

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Combinandosi queste tre particelle formano gli atomi.

In generale negli atomi elettricamente neutri il numero degli eletroni è uguale a quello dei protoni, mentre negli atomi ionizzati (cationi [+], anioni [-]) uno o più elettroni sono stati ceduti ad altre specie con cui l’atomo ha reagito.

Per determinare la massa delle particelle cariche è possibile utilizzare lo spettrometro di massa, uno strumento abbastanza complesso, ma di cui forniremo una descrizione sufficientemente adeguata.

E’ composto principalmente di:

  1. una camera emettitrice di particelle (camera di ionizzatore): fornisce le particelle di cui vogliamo sapere la massa
  2. un dispositivo analizzatore (filtro elettromagnetico): separa le particelle che hanno un rapporto massa/carica dfferente
  3. rivelatore o collettore di particelle (rivelatore di ioni): riceve le particelle che passano attraverso il filtro e trasforma il segnale ricevuto in un segnale elettrico misurabile.
  4. il segnale elttrico viene infine convertito in dati di massa/carica che vengono poi interpretati dagli analisti

Qui sotto [Fig.1] possiamo vedere i dispositivi principali che compongono uno spettrometro di massa. Sono illustrati due strumenti differenti, a doppia focalizzazione ed a quadrupoplo. Senza dilungarci troppo possiamo dire che il primo strumento è più preciso e costoso, mentre il secondo è meno preciso ma più compatto ed economico. Trovano entrambi applicazioni a seconda del livello di precisione e costo/prestazioni richiesto.

Fig.1 Spettrometro a doppia focalizzazione

Fig.1 Spettrometro a quadrupolo

Nello spettrometro a doppia focalizzazione, quando una particella atomica o molecolare viene ionizzata nella camera di ionizzaizone, viene trasformata in uno ione (con carica positiva [+] o negativa [-]) e comincia ad essere accelerata dal potenziale elettrico che viene applicato all’interno dell’analizzatore. Dato che la particella possiede una sua massa ed una sua carica (rapporto massa/carica) è possibile farne variare la traiettoria modificando il campo elettrico ed il campo magnetico applicato all’interno dell’analizzatore. Solo una particella dotata di una certa massa/carica consentita dalle impostazione delle intensità dei valori del campo elettrico e magnetico potrà completare il proprio percorso ed arrivare indenne al collettore (rivelatore di ioni).

Nello spettrometro a quadrupolo la selezione delle particelle viene effettuata applicando un campo elettrico oscillante ed un campo elettrico permanente non oscillante; il processo è meno intuitivo da comprendere, tuttavia basti sapere che alla fine il risultato è quello di discriminare particelle con rapporto massa/carica differente: solo le particelle che abbiano un determinato rapporto finiscono il tragitto, mentre le altre vanno a sbattere contro le sbarre dell’analizzatore e si disperdono.

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Le figure che seguono illustrano il concetto della determinazione della massa/carica di una particella facendo vedere come la traiettoria venga modificata dalla intensità del campo magnetico applicato. Queste figure sono state generate con l’applet che è citata in fondo alla risposta.

 

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