# 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 (m$_{sperimentalee}$-) | 9,109534 · 10$^{-31}$ kg elettrone$^{-1}$ | 5,4860 · 10$^{-4}$ u elettrone$^{-1}$ |
| Massa sperimentale protone (m$_{sperimentalep}$+) | 1,6726485 · 10$^{-27}$ kg protone$^{-1}$ | 1,0072764 u protone$^{-1}$ |
| Massa sperimentale neutrone (m$_{sperimentalen}$°) | 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 · 10$^8$ m s$^{-1}$ |
| numero di Avogadro | N | 6,0221367 · 10$^{23}$ 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 (n$_p$+) | | | | 87 | | | | | | |
| Numero di neutroni (N) | 187 | 152 | | | 157 | 156 | | 185 | | |
| Numero di elettroni (n$_e$-) | | 103 | | | | | 103 | | | 64 |
| Numero di nucleoni (n$_{nu}$) | 260 | | | | | | 257 | | | |
| Carica nucleare (Q$^+$) | | 99+ | | | 100+ | 99+ | | | | 68+ |
| Carica elettronica (Q$^-$) | | | 98- | | 98- | | | | 64- | |
| Carica ionica (Q$_i$) | 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
* Numero atomico (Z)
* Numero di massa (A)
* Numero di protoni (n$_p$+)
* Numero di neutroni (N)
* Numero di elettroni (n$_e$-)
* Numero di nucleoni (n$_{nu}$)
* Carica nucleare (Q$^+$)
* Carica elettronica (Q$^-$)
* Carica ionica (Q$_i$)
(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% $_{1735{\displaystyle{\ce{^{35}_{17}}}}Cl}$; A% $_{1737{\displaystyle{\ce{^{37}_{17}}}}Cl}$), costituita dagli isotopi cloro-35 e cloro-37. [m $_{atomicasperimentale}$ $_{1735{\displaystyle{\ce{^{35}_{17}}}}Cl}$ = 34,969 u atomo$^{-1}$; m $_{atomicasperimentale}$ $_{1735{\displaystyle{\ce{^{35}_{17}}}}Cl}$ = 36,966 u atomo$^{-1}$; m $_{atomicaapparentesperimentaleCl}$ = 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 $_{atomicateorica}$). (c) Calcolare la massa atomica apparente teorica (in u) dello zolfo (m $_{atomicaapparenteteoricaS}$). (d) Calcolare il difetto di massa (Δm) (in u) dello zolfo. [m $_{atomicaapparentesperimentaleS}$ = 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$_{atomicateorica}$) 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$${\ce {^{60}_{73}}}$A$^{4+}$ | $^2$${\ce {^{51}_{99}}}$B$^{4-}$ | $^2$${\ce {^{38}_{95}}}$C$^{3-}$ | $^2$${\ce {^{23}_{87}}}$D$^{4-}$ | $^2$${\ce {^{57}_{100}}}$E$^{2+}$ | $^2$${\ce {^{56}_{99}}}$B$^{2-}$ | $^2$${\ce {^{57}_{101}}}$F$^{2-}$ | $^2$${\ce {^{58}_{73}}}$A$^{3+}$ | $^2$${\ce {^{45}_{61}}}$G$^{3-}$ | $^2$${\ce {^{53}_{68}}}$H$^{4+}$ |
| 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 (n$_p$+) | 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 (n$_e$-) | 69 | 103 | 98 | 91 | 98 | 101 | 103 | 70 | 64 | 64 |
| Numero di nucleoni (n$_{nu}$) | 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 (Q$_i$) | 4+ | 4- | 3- | 4- | 2+ | 2- | 2- | 3+ | 3- | 4+ |
(a) Nuclidi isotopi: $^2$${\ce {^{60}_{73}}}$A$^{4+}$ e $^2$${\ce {^{58}_{73}}}$A$^{3+}$; $^2$${\ce {^{51}_{99}}}$B$^{4-}$ e $^2$${\ce {^{56}_{99}}}$B$^{2-}$ (b) Nuclidi isobari: $^2$${\ce {^{57}_{100}}}$E$^{2+}$ e $^2$${\ce {^{57}_{101}}}$F$^{2-}$ (c) Nuclidi isotoni: $^2$${\ce {^{57}_{100}}}$E$^{2+}$ e $^2$${\ce {^{56}_{99}}}$B$^{2-}$; $^1$${\ce {^{45}_{61}}}$G$^{3-}$ e $^1$${\ce {^{53}_{68}}}$H$^{4+}$ (d) Nuclidi isoelettronici: $^2$${\ce {^{38}_{95}}}$C$^{3-}$ e $^2$${\ce {^{57}_{100}}}$E$^{2+}$; $^1$${\ce {^{45}_{61}}}$G$^{3-}$ e $^1$${\ce {^{52}_{68}}}$H$^{4+}$; $^2$${\ce {^{51}_{99}}}$B$^{4-}$ e $^2$${\ce {^{57}_{101}}}$F$^{2-}$

## Esercizio n. 2

| Simboli dei nuclidi | ${\ce {^{45}_{20}}}$Ca$^{2+}$ | $^2$${\ce {^{44}_{94}}}$Pu$^{5-}$ | ${\ce {^{79}_{34}}}$Se$^{2-}$ | $^2$${\ce {^{44}_{93}}}$Np$^{5+}$ | $^1$${\ce {^{63}_{55}}}$Dy$^{2-}$ | ${\ce {^{88}_{38}}}$Sr$^{2+}$ | ${\ce {^{47}_{22}}}$Ti$^{4+}$ | $^2$${\ce {^{60}_{103}}}$Lr$^{4+}$ | $^1$${\ce {^{15}_{49}}}$In$^{4+}$ | $^1$${\ce {^{17}_{49}}}$In$^{2+}$ |
| 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 (n$_p$+) | 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 (n$_e$-) | 18 | 99 | 36 | 88 | 57 | 36 | 18 | 99 | 45 | 47 |
| Numero di nucleoni (n$_{nu}$) | 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 (Q$_i$) | 2+ | 5- | 2- | 5+ | 2- | 2+ | 4+ | 4+ | 4+ | 2+ |
(a) Nuclidi isotopi: $^1$${\ce {^{15}_{49}}}$In$^{4+}$ e $^1$${\ce {^{17}_{49}}}$In$^{2+}$. (b) Nuclidi isobari: $^2$${\ce {^{44}_{94}}}$Pu$^{5-}$ e $^2$${\ce {^{44}_{93}}}$Np$^{5+}$. (c) Nuclidi isotoni: ${\ce {^{45}_{20}}}$Ca$^{2+}$ e ${\ce {^{47}_{22}}}$Ti$^{4+}$. (d) Nuclidi isoelettronici: ${\ce {^{45}_{20}}}$Ca$^{2+}$ e ${\ce {^{47}_{22}}}$Ti$^{4+}$; $^2$${\ce {^{44}_{94}}}$Pu$^{5-}$ e $^2$${\ce {^{60}_{103}}}$Lr$^{4+}$; ${\ce {^{79}_{34}}}$Se$^{2-}$ e ${\ce {^{88}_{38}}}$Sr$^{2+}$.

## Esercizio n.3

A% $_{1735{\displaystyle{\ce{^{35}_{17}}}}Cl}$ = 75,764% e A% $_{1737{\displaystyle{\ce{^{37}_{17}}}}Cl}$ = 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 $_{1632{\displaystyle{\ce{^{32}_{16}}}}S}$ = 32,264 u atomo$^{-1}$; m atomica teorica $_{1633{\displaystyle{\ce{^{33}_{16}}}}S}$ = 33,273 u atomo$^{-1}$; m $_{atomicateorica}$ $_{1634{\displaystyle{\ce{^{34}_{16}}}}S}$ = 34,281 u atomo$^{-1}$; m $_{atomicateorica}$ $_{1635{\displaystyle{\ce{^{35}_{16}}}}S}$ = 35,290 u atomo$^{-1}$. (c) m $_{atomicaapparenteteoricaS}$ = 32,359 u atomo$^{-1}$.
(d) △m = 2,99 · 10$^{-1}$ u atomo$^{-1}$. (e) △m = 3,22 · 10$^{13}$ J.

## Esercizio n. 5

(a) $^2$${\ce {^{35}_{92}}}$U e $^2$${\ce {^{38}_{92}}}$U. (b) m$_{atomicateoricauranio-235}$ = 236,96 u atomo$^{-1}$ e m$_{atomicateoricauranio-238}$ = 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.

# Feedback

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