Concetti Chiave
- La chimica studia la materia, concentrandosi sulla sua struttura, composizione e le trasformazioni che subisce, insieme all'energia coinvolta in tali processi.
- La materia si divide in sostanze pure, composte da elementi o composti con atomi simili, e miscugli, combinazioni di differenti sostanze con proprietà fisiche variabili.
- L'atomo è costituito da protoni, elettroni e neutroni, i quali determinano il numero atomico (Z) e il numero di massa (A), fondamentali per identificare i nuclidi.
- Il modello di Bohr descrive gli elettroni su orbite sferiche attorno al nucleo, con la loro energia variabile a seconda della distanza dal nucleo.
- Il principio di indeterminazione di Heisenberg afferma l'impossibilità di conoscere simultaneamente e con precisione la posizione e la velocità di un elettrone.
Indice
Chimica
L’oggetto di studio della chimica è la materia (tutto ciò che ha una massa e occupa uno spazio). In particolare è una scienza che studia:- la struttura e la composizione della materia;
- le trasformazioni che la materia subisce;
- l’energia coinvolta in queste trasformazioni.
La materia
Può essere eterogenea (processi fisici->) omogenea.
Sostanze pure e miscugli
Per sostanza si indica un materiale puro e può essere un elemento o un composto. Se è un elemento, tutti i suoi atomi sono dello stesso tipo. Se è un composto è costituito dagli atomi degli elementi specifici legati tra loro in rapporti definiti. (come l'acqua, il cloruro di sodio, o il benzene - un composto di carbonio e idrogeno).Per eseguire un'analisi chimica bisogna determinare se il campione in esame è una sostanza pura (un elemento o un composto/ stessa composizione) oppure è costituito da un miscuglio o (miscela): un insieme di differenti sostanze.
Un miscuglio presenta una combinazione delle proprietà fisiche dei suoi componenti, mentre le proprietà di un composto sono nettamente differenti da quelle dei suoi elementi costitutivi. I componenti di un miscuglio possono essere separati in base alle loro differenti proprietà fisiche.
Sostanza pura: qualità di materia composta da molecole tutte uguali tra loro (esempio: H2O) elemento: sostanza pura composta da molecole contenenti atomi tutti uguali tra loro (es. O2);
Molecola: la più piccola parte di sostanza pura che conserva ancora tutte le proprietà chimiche della sostanza stessa;
fase: porzione di materia con identiche proprietà chimiche e fisiche.
L'atomo
Cariche: + protoni, - elettroni, neutre neutroni.Numero atomico (Z) = numero di protoni (quindi elettroni).
Numero di massa (A)= numero protoni + neutroni.
Nuclide: specie atomica caratterizzata da una coppia di valori di Z e A.
Isotopi
Gli isotopi sono atomi che hanno lo stesso numero atomico Z (numero di protoni) ma masse atomiche (A) diverse. Hanno identica reattività chimica.
Modello di Bohr (1913)
Descrive il moto dell’elettrone secondo le leggi della Meccanica Classica: l’elettrone viene considerato come una particella che si muove lungo orbite sferiche (con il nucleo nel centro della sfera) e se ne possono sempre determinare esattamente sia la posizione nello spazio (x) che la velocità (v).
Modello di Bohr
L’energia dell’elettrone dipende dall’ orbita in cui si muove la particella e cresce allontanandosi dal nucleo.
Energia
- fornita= elettrone si sposta da orbita interna a esterna;- ceduta= elettrone si sposta verso orbita interna.
Il principio di indeterminazione
Secondo il principio di indeterminazione (Heisenberg, 1925) non si possono determinare contemporaneamente e con la stessa precisione sia la posizione (x) che la velocità (v) di una particella delle dimensioni di un elettrone.Funzioni d’onda (Schrödinger,1926)
La soluzione dell’equazione che descrive il moto dell’elettrone è detta funzione d’onda e viene indicata con la lettera greca psi. (ψ)
E’ possibile risolvere l’equazione e calcolare solo per l’atomo di idrogeno; per gli altri atomi, con un numero maggiore di elettroni, si hanno soluzioni approssimate.
Secondo il principio di indeterminazione non si può conoscere esattamente la posizione dell’elettrone; si può tuttavia determinare la probabilità (anche elevata) che un elettrone si trovi in una certa regione di spazio.
Questa probabilità corrisponde al quadrato della funzione d’onda, 2.
Orbitali e numeri quantici
La funzione d’onda è detta anche funzione orbitale o, in forma breve, orbitale.Ogni orbitale è descritto da una terna di numeri interi detti numeri quantici. (n, l, m)
n: numero quantico principale, definisce strato/livello, 1,2,3…
l: numero quantico secondario definisce sottolivello, 0,1…n-1
m: numero quantico magnetico definisce l’orbitale, -l….0..+l
Domande da interrogazione
- Qual è l'oggetto di studio principale della chimica?
- Come si distinguono le sostanze pure dai miscugli?
- Cosa caratterizza gli isotopi di un elemento?
- Qual è il principio di indeterminazione di Heisenberg?
- Cosa sono gli orbitali e come sono descritti?
L'oggetto di studio principale della chimica è la materia, che include la sua struttura, composizione, trasformazioni e l'energia coinvolta in queste trasformazioni.
Le sostanze pure sono materiali con una composizione uniforme, come elementi o composti, mentre i miscugli sono combinazioni di diverse sostanze che possono essere separate in base alle loro proprietà fisiche.
Gli isotopi di un elemento hanno lo stesso numero atomico (Z) ma diverse masse atomiche (A), mantenendo identica reattività chimica.
Il principio di indeterminazione di Heisenberg afferma che non si possono determinare contemporaneamente e con precisione sia la posizione che la velocità di una particella come un elettrone.
Gli orbitali sono descritti da una funzione d'onda e da una terna di numeri quantici (n, l, m) che definiscono rispettivamente il livello, il sottolivello e l'orbitale stesso.
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