27 Gennaio 2022
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Qual è il rapporto tra ossigeno e idrogeno nell’acqua?

1 – Atomi e molecole – Dal sito PROPRIETÀ DELLA MATERIA

  1. Quali sono i costituenti degli atomi?
  2. Qual è il diametro di un tipico atomo?
  3. Qual è il diametro del nucleo di un atomo tipico?
  4. Come si definisce un elemento? Quanti elementi esistono all’incirca? Come sono legati gli elementi agli atomi?
  5. Cosa sono le molecole? Come sono legate le molecole ai composti?

2 – Atomi, molecole, elementi, composti e miscele

Abbiamo iniziato con una visione relativamente moderna degli atomi. Ora torniamo allo sviluppo storico dell’argomento.

L’idea che tutta la materia sia costituita da elementi indistruttibili e indivisibili risale a Democrito (460-370 a.C.). Egli considerava cosa sarebbe successo se si spezzettava qualsiasi materiale in parti sempre più piccole: si sarebbe arrivati ad un punto in cui non si poteva più dividere? Egli concluse che ciò sarebbe accaduto e che gli elementi costitutivi, i più piccoli e fondamentali costituenti, erano gli atomi. Tuttavia, al più famoso Aristotele (384-322 a.C.) questa idea non piaceva. Ciò che lo infastidiva era che la materia fatta di mattoni fondamentali significava per lui che ci sarebbero stati spazi tra gli atomi con il “nulla”, e lui non credeva che ci potesse essere il nulla. Aristotele favoriva la vecchia visione che tutta la materia era costituita da terra, aria, fuoco e acqua.

Gli alchimisti potrebbero essere stati i primi a sviluppare il punto di vista moderno. Forse furono i primi, o tra i primi, a sviluppare quello che noi chiamiamo metodo scientifico, cioè fare esperimenti per confermare che le idee basate su modelli della natura spiegano effettivamente le proprie osservazioni. Hanno visto dai loro esperimenti che non si poteva costruire tutta la materia da terra, aria, fuoco e acqua. Hanno riconosciuto l’esistenza di elementi e composti.

Si impara dagli esperimenti che i composti sono formati da combinazioni di elementi in rapporti definiti. Qual è la connessione tra atomi, elementi e composti?

Il rame è un elemento. Se si suddivide il rame in pezzi sempre più piccoli, alla fine lo si scompone fino al suo più piccolo costituente: un atomo di rame. Il rame è normalmente sotto forma di solido, quindi è facile immaginare di tagliare un filo di rame solido in pezzi sempre più piccoli. Il rame è un elemento composto da atomi di rame. Se fosse costituito da più di un tipo di atomo, sarebbe un composto.

L’acqua è un composto perché è fatta di molecole d’acqua. Non esistono atomi d’acqua. Le molecole d’acqua sono fatte di atomi di idrogeno e di ossigeno, nella proporzione definita di due idrogeni per un ossigeno. Quindi, una molecola è la più piccola subunità di un composto, mentre un atomo è la più piccola subunità di un elemento. Gli aggregati di singoli atomi formano gli elementi. Gli aggregati di molecole formano dei composti.

È anche possibile formare miscele di elementi o composti. Le miscele, a differenza dei composti, conservano le proprietà degli elementi o dei composti originali. Un miscuglio è come un pezzo di torta fatto, per esempio, di fragole, cioccolato e mandorle. Si noti che ciascuno dei suoi costituenti conserva le sue proprietà. Potete prendere un pezzo di mandorla e sarà ancora una mandorla. Ma quando hai dell’acqua, non puoi separare una sezione di un bicchiere d’acqua e scoprire che si comporta come l’idrogeno e un’altra parte dell’acqua si comporta come l’ossigeno, a meno che tu non scomponi effettivamente le molecole nei loro atomi componenti.

3 – Prime intuizioni sulla struttura della materia

Non è stato fino a quando Albert Einstein ha spiegato il moto browniano che si poteva dire che gli atomi esistevano. Il moto browniano si riferisce a un’osservazione del botanico scozzese Robert Brown. Ha osservato il movimento ondulatorio dei grani di polline sulla superficie dell’acqua con un microscopio. Albert Einstein diede un’interpretazione quantitativa del moto browniano nel 1900 e rese reale il concetto di atomi mostrando che il movimento “a scatti” poteva essere spiegato da collisioni di molecole d’acqua con i grani di polline. Eppure, anche prima di Einstein, gli indizi c’erano.

La legge delle proporzioni definite: 8 grammi di ossigeno si combinano con 1 grammo di idrogeno per dare 9 grammi di acqua, un rapporto di 8 a 1. Se una parte di idrogeno si combina sempre con otto parti di ossigeno, allora potrebbe essere che un atomo di ossigeno è otto volte più massiccio di un atomo di idrogeno, e quando i due si uniscono fanno una molecola di acqua che è nove volte più massiccia dell’idrogeno. Questo non è corretto! L’immagine corretta è che due atomi di idrogeno si combinano con un atomo di ossigeno e che la massa dell’ossigeno è 16 volte più grande di quella dell’idrogeno. Allora si hanno 2 unità di idrogeno per una unità di ossigeno, o un rapporto di massa di 2×1=2 rispetto a 1×16=16. Il rapporto di 2 a 16 è uguale a quello di 1 a 8. In altre parole, avete bisogno di altre informazioni oltre al rapporto delle masse che si combinano per determinare quanti atomi di ciascuno sono coinvolti. Il rapporto delle masse non ti dice che due atomi di idrogeno si combinano con uno di ossigeno per fare l’acqua.

4 – Esempi di elementi, composti e miscele

Una parentesi sull’acqua. un composto molto comune con proprietà familiari. L’acqua può essere sotto forma di liquido, di gas (vapore acqueo) o di solido (ghiaccio). Le molecole d’acqua si combinano per formare ciascuno dei tre stati discreti: liquido, gas o solido. Quando si tratta di un liquido o di un solido, le molecole sono impacchettate strettamente insieme, mentre come gas, la distanza tra le molecole d’acqua è grande rispetto alle loro dimensioni. Tuttavia, c’è un’importante differenza tra il modo in cui le molecole aderiscono negli stati liquido e solido. In un liquido, le molecole non sono rigidamente collegate tra loro e si muovono con un orientamento più o meno casuale. Tuttavia, in un solido, le molecole formano una struttura ben ordinata (cristallina). In effetti, c’è più spazio tra le molecole d’acqua come ghiaccio che come liquido, ed è per questo che il ghiaccio galleggia nell’acqua liquida. Occupa un volume maggiore per un dato numero di molecole. Ne parleremo meglio in un capitolo successivo.

Quindi, l’idrogeno è un elemento costituito da un aggregato di atomi di idrogeno, mentre l’ossigeno è un elemento costituito da atomi di ossigeno. Tuttavia, l’acqua è un composto fatto di molecole d’acqua. Si noti che le molecole che formano un composto sono fatte di diversi tipi di atomi, ma le molecole possono anche essere costituite da atomi dello stesso tipo. In particolare, l’idrogeno e l’ossigeno si trovano normalmente come molecole formate da due atomi incollati insieme. Le miscele sono diverse dai composti in quanto le proprietà dei costituenti di una miscela non cambiano. L’acqua ha proprietà molto diverse dall’idrogeno o dall’ossigeno. Tuttavia, una MISCELA di acqua e zucchero non risulta in una sostanza con nuove proprietà. Lo zucchero rimane zucchero e l’acqua rimane acqua.

Una grande molecola particolarmente interessante è formata unicamente da atomi di carbonio in una struttura rigida che assomiglia alla struttura architettonica inventata da Buckminster Fuller, il famoso architetto. Questi cosiddetti buckyball sono stati scoperti nel 1985 e in forma solida nel 1990. Queste molecole di 60 atomi si chiamano icosaedri (20 facce) composti da pentagoni ed esagoni. Come il suo analogo architettonico, si tratta di molecole particolarmente forti.

Le molecole che costituiscono gli esseri viventi, il DNA, sono grandi e complesse. Queste intricate strutture contengono il codice che controlla chi siamo e come funzioniamo come esseri umani.

Nota che gli atomi possono combinarsi in più di un modo per formare elementi e composti. Due elementi fatti di atomi di carbonio che hanno proprietà molto diverse: il diamante e la grafite. Due modi di combinare carbonio e ossigeno per formare gas con proprietà diverse:. Un atomo di carbonio si combina con un atomo di ossigeno per formare monossido di carbonio, un atomo di carbonio si combina con due ossigeni forma anidride carbonica.

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Qual è il nome completo di H2O?

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L’ossigeno (simbolo chimico O) ha tre isotopi presenti in natura: 16O, 17O e 18O, dove 16, 17 e 18 si riferiscono alla massa atomica. Il più abbondante è il 16O, con una piccola percentuale di 18O e una percentuale ancora più piccola di 17O. L’analisi degli isotopi dell’ossigeno considera solo il rapporto tra 18O e 16O presente in un campione.

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Qual è la formula dell’acqua?

H₂O
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Chi ha dato il nome all’acqua?

water (n. 1) Old English wæter, dal protogermanico *watr- (fonte anche di Old Saxon watar, Old Frisian wetir, Dutch water, Old High German wazzar, German Wasser, Old Norse vatn, Gothic wato “acqua”), da PIE *wod-or, forma suffissa della radice *wed- (1) “acqua; bagnato.”

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