[email protected][email protected]http://scienze-como.uninsubria.it/ http://scienze-como.uninsubria.it/ bressanini bressanini Modelli in chimica ovvero non esiste l’elettrone 1s Universita’ degli Studi dell’Insubria Dario Bressanini Dario Bressanini
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[email protected] Modelli in chimica ovvero non esiste lelettrone 1s Modelli in chimica ovvero.
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“The underlying physical laws necessary for the mathematical theory of a large part of physics and the whole of chemistry are thus completely known, and the difficulty is only that the exact application of these equations leads to equations much too complicated to be soluble”
P.A.M. Dirac - 1929
“The underlying physical laws necessary for the mathematical theory of a large part of physics and the whole of chemistry are thus completely known, and the difficulty is only that the exact application of these equations leads to equations much too complicated to be soluble”
P.A.M. Dirac - 1929
"We are perhaps not far removed from the time, when we shall be able to submit the bulk of chemical phenomena to calculation”
Joseph Louis Gay-Lussac - 1808
"We are perhaps not far removed from the time, when we shall be able to submit the bulk of chemical phenomena to calculation”
Every attempt to employ mathematical methods in the study of chemical questions must be considered profoundly irrational and contrary to the spirit of chemistry… If mathematical analysis should ever hold a prominent place in chemistry – an aberration which is happily almost impossible – it would occasion a rapid and widespread degeneration of that science.
Auguste Compte
Every attempt to employ mathematical methods in the study of chemical questions must be considered profoundly irrational and contrary to the spirit of chemistry… If mathematical analysis should ever hold a prominent place in chemistry – an aberration which is happily almost impossible – it would occasion a rapid and widespread degeneration of that science.
Auguste Compte
Non tutti la pensavano alla stessa maniera …Non tutti la pensavano alla stessa maniera …
Astrazione e ModelliAstrazione e Modelli Il sole è, in prima approssimazione, una sfera pienaIl sole è, in prima approssimazione, una sfera piena di di
un un Gas Ideale Gas Ideale ((pV=nRTpV=nRT).).
Un cavallo da corsa è, in prima approssimazione, una Un cavallo da corsa è, in prima approssimazione, una
sfera.sfera.
Si devono trascurare i dettagli insignificanti Si devono trascurare i dettagli insignificanti ((il il
colore del cavallocolore del cavallo)), o trascurabili , o trascurabili ((la coda del la coda del
cavallocavallo). ). .. ma solo quelli... ma solo quelli.
Una teoria scientifica deve essere la più semplice possibile... ma non troppo semplice (A. Einstein)
Concetti macroscopici quali “Concetti macroscopici quali “temperaturatemperatura” o ” o
““traiettoriatraiettoria” sono ” sono PRIVI DI SENSOPRIVI DI SENSO a livello a livello
molecolaremolecolare
Le grandezze microscopiche Le grandezze microscopiche NONNON si possono si possono
misurare direttamentemisurare direttamente
La Chimica ha bisogno di costruire dei La Chimica ha bisogno di costruire dei modelli, sia modelli, sia matematicimatematici che che interpretativiinterpretativi
La MateriaLa Materia Nel 17Nel 17momo secolo vi era ancora molta confusione su cosa secolo vi era ancora molta confusione su cosa
fosse la fosse la MateriaMateria
Georg Ernst StahlGeorg Ernst Stahl(1659-1734)(1659-1734)
Johann BecherJohann Becher e e Georg StahlGeorg Stahl, , medici tedeschi professori medici tedeschi professori universitari, fondarono la universitari, fondarono la teoria del Flogisto (dal greco teoria del Flogisto (dal greco ‘‘bruciarebruciare’)’)
Fatti spiegati dalla Teoria Fatti spiegati dalla Teoria del Flogistodel Flogisto
I combustibili perdono peso bruciando, perche’ perdono flogisto.I combustibili perdono peso bruciando, perche’ perdono flogisto. La combustione cessa quando tutto il flogisto e’ fuoriuscito dalla La combustione cessa quando tutto il flogisto e’ fuoriuscito dalla
sostanza e ha saturato l’ariasostanza e ha saturato l’aria Il carbone lascia pochissimo residuo perche’ e’ flogisto quasi puroIl carbone lascia pochissimo residuo perche’ e’ flogisto quasi puro Un topolino muore se chiuso in un ambiente sigillato perche’ l’aria Un topolino muore se chiuso in un ambiente sigillato perche’ l’aria
si satura di flogistosi satura di flogisto Alcune ‘calci metalliche’, scaldate con carbone si ritrasformano in Alcune ‘calci metalliche’, scaldate con carbone si ritrasformano in
metallo perche’ il carbone cede il flogistometallo perche’ il carbone cede il flogisto
Problemi della Teoria del Problemi della Teoria del FlogistoFlogisto
Tuttavia, alcune sostanze Tuttavia, alcune sostanze aumentano di peso dopo essere aumentano di peso dopo essere state bruciate (il magnesio ad state bruciate (il magnesio ad esempio)! esempio)!
Joseph Priestly scopre l’ossigeno Joseph Priestly scopre l’ossigeno nel 1774, ma non crede alla teoria nel 1774, ma non crede alla teoria dell’ossidazione. Chiama dell’ossidazione. Chiama l’ossigeno l’ossigeno aria deflogistificataaria deflogistificata
Joseph Priestly
Oggi noi sappiamo che la combustione è Oggi noi sappiamo che la combustione è dovuta al processo di ossidazione.dovuta al processo di ossidazione.
Conservazione della Conservazione della MassaMassa
Antoine Lavoisier mostra Antoine Lavoisier mostra come la combustione non come la combustione non e’ una perdita di flogisto, e’ una perdita di flogisto, ma una reazione chimica ma una reazione chimica con l’ossigeno.con l’ossigeno.
Enuncia il principio di Enuncia il principio di conservazione della conservazione della massa: massa: La Materia non La Materia non viene nè creata nè viene nè creata nè distrutta, ma cambia distrutta, ma cambia solamente formasolamente forma
Antoine-Laurent Antoine-Laurent LavoisierLavoisier(1743-1794) e sua (1743-1794) e sua mogliemoglie
Sir Francis BaconSir Francis Bacon e il e il CaloreCalore
Nel 1620 Nel 1620 Bacon Bacon ebbe l’intuizione che il ebbe l’intuizione che il
calore era nient’altro che “calore era nient’altro che “movimentomovimento, ,
rapida e vigorosa agitazione delle rapida e vigorosa agitazione delle
particelle di cui è composta la materiaparticelle di cui è composta la materia “ “
Mori’ di bronchite sperimentandoMori’ di bronchite sperimentando l’idea l’idea
che il freddo che il freddo potessepotesse prevenire la prevenire la
putrefazione della carne e permetterne putrefazione della carne e permetterne
la sua conservazione. la sua conservazione.
La sua teoria del calore venne La sua teoria del calore venne
dimenticatadimenticataFrancis Bacon (1561-1626) (1561-1626)NNato nel 1561 da una ato nel 1561 da una potente famiglia alla corte potente famiglia alla corte della Regina Elisabetta I di della Regina Elisabetta I di InghilterraInghilterra..
La Teoria del CaloricoLa Teoria del Calorico l’opinione prevalente l’opinione prevalente ((Lavoisier, Fourier, LaplaceLavoisier, Fourier, Laplace e e
PoissonPoisson)), era che il calore fosse una sorta di fluido , era che il calore fosse una sorta di fluido
misterioso, il misterioso, il caloricocalorico,, che fluiva in ogni sostanza che fluiva in ogni sostanza
e spontaneamente passava da un corpo caldo ad e spontaneamente passava da un corpo caldo ad
un corpo freddo.un corpo freddo.
IlIl calorico calorico aveva strane proprietà. aveva strane proprietà. Non aveva peso...Non aveva peso... ..ma occupava un volume..ma occupava un volume
Non si riusciva ad isolarloNon si riusciva ad isolarlo
La fine della teoria del La fine della teoria del CaloricoCalorico
Benjamin ThompsonBenjamin Thompson(1754-1814) (1754-1814) nato nella colonia del nato nella colonia del MassachusettsMassachusetts. Trasferitosi . Trasferitosi in Europa, lavorò al in Europa, lavorò al servizio servizio del Duca di Baviera. Fu del Duca di Baviera. Fu nominato “Conte del Sacro nominato “Conte del Sacro Romano Impero”, e scelse Romano Impero”, e scelse di chiamarsi “Conte di chiamarsi “Conte Rumford”Rumford”
Il Conte Rumford, Joule e altri Il Conte Rumford, Joule e altri dimostrarono che il calore dimostrarono che il calore non era non era una sostanzauna sostanza..
Un Un legame covalentelegame covalente è un legame chimico in cui due o più è un legame chimico in cui due o più elettroni sono condivisi tra più atomielettroni sono condivisi tra più atomi
Perchè due atomi dovrebbero condividere degli elettroni?Perchè due atomi dovrebbero condividere degli elettroni?
Gli orbitali hanno senso fisico solamente per atomi e Gli orbitali hanno senso fisico solamente per atomi e
molecole con un solo elettronemolecole con un solo elettrone
Non è possibile apprezzare la differenza tra le due Non è possibile apprezzare la differenza tra le due
teorie teorie SENZASENZA il necessario apparato matematico il necessario apparato matematico
Vengono spesso confusi e mischiati concetti delle due Vengono spesso confusi e mischiati concetti delle due
teorieteorie
Gli studenti confondo spesso il modello con la realtàGli studenti confondo spesso il modello con la realtà Esempio: Perché il metano CHEsempio: Perché il metano CH44 è tetraedrico? è tetraedrico?
Risposta (Risposta (sbagliatasbagliata): perché il carbonio è ibridizzato sp): perché il carbonio è ibridizzato sp33
Accuratezza e Accuratezza e RappresentazioneRappresentazione
Più si “Più si “spingespinge” l’accuratezza ” l’accuratezza matematica per ottenere risultati matematica per ottenere risultati confrontabili con gli esperimenticonfrontabili con gli esperimenti ((Calori di reazione, spettri IR, UV, NMR, Calori di reazione, spettri IR, UV, NMR, Costanti di velocitàCostanti di velocità) ) MENOMENO riesco a riesco a ritrovare i concetti di struttura, ritrovare i concetti di struttura, legame semplice e doppio, cariche, legame semplice e doppio, cariche, etc...etc...
La matematica è ora così centrale, così “dentro”, La matematica è ora così centrale, così “dentro”, che senza di essa non possiamo sperare di capire che senza di essa non possiamo sperare di capire la chimicala chimica
C.A.CoulsonC.A.Coulson
La matematica è ora così centrale, così “dentro”, La matematica è ora così centrale, così “dentro”, che senza di essa non possiamo sperare di capire che senza di essa non possiamo sperare di capire la chimicala chimica
C.A.CoulsonC.A.Coulson
La meccanica quantistica è essenzialmente La meccanica quantistica è essenzialmente matematica, e una sua comprensione non è matematica, e una sua comprensione non è possibile senza una conoscenza dei metodi possibile senza una conoscenza dei metodi matematici coinvoltimatematici coinvolti L.PaulingL.Pauling
La meccanica quantistica è essenzialmente La meccanica quantistica è essenzialmente matematica, e una sua comprensione non è matematica, e una sua comprensione non è possibile senza una conoscenza dei metodi possibile senza una conoscenza dei metodi matematici coinvoltimatematici coinvolti L.PaulingL.Pauling
2000 BC2000 BC “ “Tieni, Succhia questa radice miracolosaTieni, Succhia questa radice miracolosa””
10001000 ADAD “ “QuellaQuella radice e’ veleno. Recita questa preghieraradice e’ veleno. Recita questa preghiera””
18501850 ADAD “ “Questa preghiera e’ superstizione.Questa preghiera e’ superstizione. Bevi questa pozione Bevi questa pozione””
19401940 ADAD “ “Questa pozione e’ veleno. Ingoia questa pillolaQuesta pozione e’ veleno. Ingoia questa pillola””
19851985 ADAD “ “Questa pillola non funziona.Questa pillola non funziona. Prendi questo antibiotico Prendi questo antibiotico””
20002000 ADAD “ “ Questo antibiotico non e’ Biologico e Naturale. Questo antibiotico non e’ Biologico e Naturale. Tieni, succhia questa radice ecobiodinamica Tieni, succhia questa radice ecobiodinamica””