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La struttura atomico-molecolare della materia e il legame chimico

Dalle leggi delle combinazioni chimiche alla teoria atomica

L'idea che la materia non sia un continuo risale al filosofo greco Democrito (460 ca - 370 ca a.C.): secondo la sua ipotesi corpuscolare, ogni cosa sarebbe formata da particelle indivisibili, gli atomi, che si uniscono e si separano continuamente in uno spazio vuoto. Questa idea, puramente filosofica, fu riportata in auge a partire dal XVII sec., ma solo agli inizi dell'800 poté venire riproposta su basi sperimentali. Ciò avvenne come conseguenza di numerose osservazioni che avevano messo in luce talune regolarità nel corso delle reazioni chimiche, espresse dalle seguenti leggi quantitative (dove all'originario termine di "peso'' si è sostituito quello, oggi più corretto, di "massa'').

La legge della conservazione della massa (1789), enunciata dal chimico francese A. L. Lavoisier (1743-1794), afferma: in ogni reazione chimica, la somma delle masse delle sostanze poste a reagire (reagenti) è uguale alla somma delle masse delle sostanze che si ottengono alla fine (prodotti). Questa legge ha evidenziato che la materia non si crea né si distrugge, lasciando intravvedere che essa è formata da ``corpi semplici'' (elementi) che, pur combinandosi in modi differenti originando ``corpi composti'', rimangono inalterati nel corso delle trasformazioni.

La legge delle proporzioni definite (1799), enunciata dal chimico francese J. L. Proust (1754-1826), afferma: il rapporto tra le masse degli elementi di un determinato composto chimico è fisso e costante. Questa legge, in quanto verificata per ogni campione di un dato composto, indipendentemente dalla sua origine o dal modo in cui era ottenuto, comportava che ogni dato elemento fosse costituito da particelle dello stesso tipo.

La legge delle proporzioni multiple (1803), enunciata dal fisico e chimico inglese J. Dalton (1766-1844), afferma: se due elementi si combinano per formare composti diversi, le masse di un elemento combinate con una massa fissa dell'altro elemento stanno tra loro in un rapporto espresso da numeri piccoli e interi. Questa legge metteva in luce che le particelle costituenti un elemento dovessero essere indivisibili.

Sulla base delle leggi sopra enunciate, poté essere formulata da Dalton la teoria atomica (1808), che si fonda sui seguenti punti fondamentali:

  1. la materia è costituita da particelle elementari, dette atomi;
  2. gli atomi sono indivisibili e inalterabili;
  3. gli atomi di uno stesso elemento sono identici tra loro, possedendo la stessa massa e le stesse proprietà;
  4. gli atomi di elementi diversi sono differenti;
  5. gli atomi di elementi diversi si combinano tra di loro formando particelle composte (atomi composti, come allora si diceva), o composti; in ogni determinato composto, il rapporto numerico con cui sono combinati gli atomi costituenti è definito e costante.

Si definisce atomo la più piccola particella in cui un elemento può essere suddiviso mantenendo inalterate le sue caratteristiche chimiche.

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