Appunti di Chimica

Contents

1 Introduzione 3

1.1 Proprietà intrinseche della materia . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2 Stati di aggregazione della materia . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.3 La teoria atomica della materia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.4 Elementi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.5 La scoperta della struttura atomica . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.6 Tavola periodica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.7 Molecola composti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.8 Ioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.9 Formule chimiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.10 Misura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.11 Unità di massa atomica (u.m.a o Da) . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.12 Peso Atomico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.13 Mole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.14 Calcolo della percentuale in peso di un composto . . . . . . . . . 8

1.15 Calcolo della formula empirica di un composto . . . . . . . . . . 9

1.16 Reazioni chimiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.16.1 Previsioni di massa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.16.2 Reattivo limitante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.16.3 Analisi indiretta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2 Redox 13

2.1 Numero di ossidazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.2 Reazioni diossido-riduzione (Redox) . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3 Nomenclatura dei composti inorganici 16

3.1 Nomenclatura ioni monoatomici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.2 Nomenclatura ioni monoatomici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.3 Nomenclatura ioni poliatomici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.4 Composti inorganici dell’ossigeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.5 Nomenclatura ossidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.5.1 Ossidi basici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.5.2 Ossidi acidi o anidridi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.6 Idrossidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.6.1 Idracidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.6.2 Ossiacidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.7 Sali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.8 La dissociazione ionica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4 Struttura atomica 20

4.1 Teoria di Bohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.2 De Broglie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.3 Principio di indeterminazione di Heisenberg . . . . . . . . . . . . 22

4.4 Orbitali atomici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1

4.5 Configurazione elettronica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4.6 Periodicità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

5 Legame chimico 24

5.1 Legame ionico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5.2 Legame covalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

5.3 Rappresentazione degli atomi secondo Lewis . . . . . . . . . . . . 25

5.3.1 Regola dell’ottetto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

5.4 Carica formale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

5.5 Risonanza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

5.6 Teoria VSEPR (Valance Shell Electron Pair Repulsion) . . . . . . 27

6 Lo stato di aggregazione 27

6.1 Lo stato solido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

6.1.1 Solidi metallici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

6.1.2 Solidi ionici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

6.1.3 Legame covalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

6.1.4 Solidi molecolari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

6.2 Lo stato gassoso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

7 Termodinamica 31

7.1 I Principio della termodinamica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

7.2 Entalpia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

7.3 Processi spontanei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

7.4 Funzione Entropia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

7.5 Energia libera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

8 Stato liquido 35

9 Soluzioni 37

9.1 Soluzioni liquide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

9.2 Proprietà delle miscele semplici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

9.3 Legge di Raoult . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

9.4 Equilibrio liquido vapore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

9.5 Proprietà colligative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

9.5.1 Osmosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

9.5.2 Elettroliti forti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

10 Equilibrio chimico 40

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Appunti di chimica 1

Manuel Lomartire

February 2021

1 Introduzione

La chimica è quella scienza che si occupa dello studio della materia, che interpreta e razionalizza la struttura, e le sue trasformazioni (reazioni chimiche).

Materia = tutto ciò che ha una massa e occupa spazio.

1.1 Proprietà intrinseche della materia

Le possiamo suddividere in:

• Proprietà fisiche: possono essere osservate senza cambiare l’identità e la composizione della sostanza (massa, odore, colore ecc...)
• Proprietà chimiche: abbiamo un cambiamento dell’identità e della natura della sostanza

1.2 Stati di aggregazione della materia

La materia la possiamo trovare in diversi stati di aggregazione:

• Solido: ha una propria forma e volume propri,
• Liquido: ha un proprio volume ma non una forma (prende la forma del contenitore)
• Gassoso: le particelle sono poco vincolate le une con le altre e per questo hanno forma e volume del contenitore

1.3 La teoria atomica della materia

Tutta la materia è costituita da atomi, chiamati così poiché inizialmente è stata considerata l’unità più piccola ed indivisibile della materia. La prima teoria atomica formulata da Dalton dice che:

• La materia è formata da particelle elementari chiamate atomi che sono indivisibili e indistruttibili,
• Gli atomi di uno stesso elemento sono tutti uguali tra loro
• Gli atomi diversi hanno masse diverse
• Gli atomi di elementi diversi si combinano tra loro in rapporto di numeri interi e danno origine ai composti
• Una reazione chimica coinvolge la ricombinazione e separazione di atomi, ma nessun atomo viene creato, distrutto o eliminato.

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1.4 Elementi

L’atomo è la più piccola porzione di un elemento e gli elementi chimici sono sostanze formate da una sola specie di atomi. Esistono poco più di un centinaio di elementi. Ogni elemento ha un nome al quale corrisponde un simbolo, sono costituiti da una o due lettere e spesso si fa uso delle prime lettere del nome latino (la prima lettera in maiuscolo e la seconda in minuscolo).

⇒ ⇒ ⇒ Es. Oro Au, Sodio Na, Cloro Cl

1.5 La scoperta della struttura atomica

Verso la fine del 1800 e inizi del 1900 si scoprì che l’atomo è divisibile ed è costituito da particelle più piccole. Le particelle principali che costituiscono l’atomo sono l’elettrone, il protone e il neutrone.

L’atomo è composto da un nucleo carico positivamente e da un certo numero di elettroni carichi negativamente che gli ruotano attorno.

Il nucleo è composto da protoni che sono particelle cariche positivamente e da neutroni, che sono particelle prive di carica.

Protoni e neutroni sono detti nucleoni.

Gli elettroni hanno massa più piccola rispetto a protone e neutrone.

Un nucleo è caratterizzato da due numeri:

• Numero di massa (A): la somma del numero di neutroni e protoni nel nucleo
• Numero atomico (Z): il numero di protoni nel nucleo, che corrisponde anche al numero di elettroni. 23 Na11 ⇒ 23-11=12 A=23 neutroni ⇒ Z=11 11 protoni (quindi 11 elettroni).

Atomi i cui nuclei hanno lo stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni sono detti isotopi.

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1.6 Tavola periodica

Tavola periodica degli Elementi 1 IA VIIIB181 21,0079 4,0026-1 1,-1 0 -Metalli Alcalini Elementi di Transizione H He0,0000899 0,00017851 -259,2 -272,1 Metalli Alcalino-Terrosi Metalloidi / Non Metalli-253 -2692 Lantanidi Alogeni ti13 14 15 16 17IIA IIIB IVB VB VIB VIIBIdrogeno Elio8763 104 5 9Attinidi Gas Nobili 15,999414,006712,0116,941 20,1799,0122 10,81 18,9984-2 -2,-1-3 5,4,3,2,-3-4 4,2,-2,-4+1 1 0 -+2 2 +3 3 -1 -1ONCLi NeBe B F0,0014290,0012512,250,534 0,00091,85 2,53 0,001692 -218,8-2103550186,1 -248,91282,2 2100 -221,7-183-19648271324 -2462472 3802 -188OssigenoAzotoCarbonioLitio NeonBerillio Boro Fluoro1615141311 1812 1732,0630,973828,085526,981522,9898 39,94824,305 35,453-2 6,4,2,-2-3 5,3,-3-4 4,-4+3 3+1 1 0 -+2 2 -1 7,5,3,1,-1SPSiAlNa ArMg ClGruppo 1,922,22,422,70,97 0,0017831,74 0,003223 11944,11429,4660,297,7 -189,4650 -101,744543132672520883 -1861090 -343 4 5 6 7 8 9 10 11 12IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA VIIIA VIIIA IB IIB ZolfoFosforoSilicioAlluminioSodio ArgonMagnesio Cloro3433323119 3620 3530292827262524232221Periodo 78,9674,921672,5969,7239,0983 83,840,08 79,90465,3863,54658,758,933255,84754,93851,99650,941547,944,9559 -2 6,4,-2-3 5,3,-3+4 4,3+3 3,2+1 1 0 2+2 2 -1 7,5,3,1,-1+2 2+2 2,1+3 3,2+3 3,2,-1+3 6,3,2,-2+7 7,6,4,3,2,-1+6 6,3,2+5 5,4,3,2+4 4,3,2+3 3 SeAsGeGaK KrCa BrZnCuNiCoFeMnCrVTiSc 4,825,735,465,930,86 0,003681,55 0,0071397,18,968,888,717,887,417,145,984,53,024 220612957,829,762,8 -168,9848,9 -7,2419,41083145514951538,912451843,3190016901538,9 679813,928342247758 -1531484 58911256629142928286220622672340932892831 SelenioArsenicoGermanioGallioPotassio KriptonCalcio BromoZincoRameNikelCobaltoFerroManganeseCromoVanadioTitanioScandio 5251504937 5438 534342414039 4847464544 127,6121,75118,69114,8285,4678 131,387,62 126,904595,9492,906491,2288,9059 112,41107,868106,4102,9055101,07(98) -2 6,4,-2-3 5,3,-3+4 4,2+3 3+1 1 0 8,6,4,2+2 2 -1 7,5,1,-1+6 6,5,4,3,2+5 5,3+4 4+3 3 +2 2+1 2,1+4 4,2+3 5,4,3,2,1+3 8,6,4,3,2,-2+7 7 TeSbSnInRb XeSr IMoNbZrY CdAgPdRhRuTc 6,256,627,37,281,53 0,005852,56 4,9410,228,576,43,8 8,6510,4912,1612,4412,111,55 448,9630,5231,9156,438,9 -112769,9 113,32621,12415,618301525,9 320,9960,51553,91966,12426,92169,9 988158726232070694 -1111375 1834610474444093338 76721632964372741194627 TellurioAntimonioStagnoIndioRubidio XenonStronzio IodioMolibdenoNiobioZirconioIttrio CadmioArgentoPalladioRodioRutenioTecnezio 81 82 83 8455 8656 8557 72 73 74 75 76 77 78 79 80 204,37 207,2 208,9804 (209)132,9054 (222)137,33 (210)138,9055 178,49 180,9479 183,85 186,207 190,2 192,22 195,09 196,9665 200,59 +3 3,1 +4 4,2 +5 5,3 +4 6,4,2+1 1 0 -+2 2 - 7,5,3,1,-1+3 3 +4 4 +5 5 +6 6,5,4,3,2 +7 7,6,4,2,-1 +4 8,6,4,3,2,-2 +4 6,4,3,2,1,-1 +4 4,2 +3 3,1 +2 2,1 Tl Pb Bi PoCs RnBa AtLa Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg 11,86 11,34 9,78 9,321,87 0,0053,5 -6,15 13,3 16,6 19,3 21,02 22,5 22,42 21,45 19,3 13,54586 302,8 327,4 271,3 253,928,5 -71704,4 302835 2129,4 2993,3 3398,9 3167,2 2704,4 2453,9 1773,5 1063 -38,9 1487 1750 1564 947682 -622125 3353457 4603 5365 5555 5687 4987 4389 3824 2808 357 Tallio Piombo Bismuto PolonioCesio RadonBario AstatoLantanio Afnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Inridio Platino Oro Mercurio87 88 105 106 107 108 109 110 111 11210489(223) 226,025 (261) (262) (266) (264) (277) (268) (271) (272) (285)227,028+1 1 +2 2 - - - - - - - - - - - - - - - - -+3 3Fr Ra Ac nDb Sg Bh Hs Mt Ds RgRf Cn- 5 - - - - - - - - -10,077 27 704,4 - - - - - - - - -1049,9674 1527 - - - - - - - - -3200Francio Radio Rutherfordio Dubnio Seaborgio Bohrio Hassio Meitnerio Darmstadio Roentgenio CopernicioAttinio 7170696867666561 6460 6359 6258 174,967173,04168,9342167,26164,9304162,5158,9254157,25144,24 151,96140,9077 150,4140,12 (145)Numero Peso +3 3+3 3,2+3 3,2+3 3+3 3+3 3+3 4,3+3 3+3 3 +3 3,2+3 4,3 +3 3,2+4 4,3 +3 3 LuYbTmErHoDyTbGdNd EuPr SmCe Pm Serie deiAtomico Atomico 9,846,979,329,078,78,558,237,96,96 5,246,48 7,756,9 7,226 1662,9823,91544,914971469,914071356,91311,91015,9 826930,9 1071,9793,3 10801 LantanidiValenza 1,0079 339511941947286326952562322332663068 15973512 17913426 2460Numero di-1 1,-1 Ossidazione LutezioItterbioTulioErbioOlmioDisprosioTerbioGadolionioNeodimio EuropioPraseodimio SamarioCerio PromezioDensità H0,0000899(g/cm³) 90 94 95 96 97 98 99 100 101 102 10391 92 93 237,048 (244) (243) (247) (247) (251) (252) (257) (258) (259) (260)232,0381 (209) 238,029-259,2-253 +6 6,5,4,3 +6 6,5,4,3 +6 6,5,4,3 +3 4,3 +4 4,3 +3 4,3 +3 3 +3 3 +3 3 +3 3,2 +3 3+4 4 +4 5,4,3 +6 6,5,4,3Temp. Fusione Simbolo Th Pa U Serie degliPu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No LrNp(°C) Idrogeno 20,25 19,84 13,67 13,51 - - - - - - -11,3 - 18,77 Attinidi636,9 665 1175 1340 - 900 - - - - -1842,2 1560 1129,4Temp. Ebollizione 3902 3230 2614 - - - - - - - -4788 4134(°C) Nome Nettunio Plutonio Americio Curio Berchelio Californio Einsteinio Fermio Mendelevio Nobelio LaurenzioTorio Protoattinio Uranio

Figure 1: tavola periodica

La tavola periodica è una tabella che contiene tutti gli elementi ed è divisa in:

• Colonne verticali detti gruppi, che contengono elementi con proprietà simili
• Righe orizzontali detti periodi che contengono elementi con numero atomico crescente.

Gli elementi vengono divisi in tre categorie:

• Metalli
• Non metalli
• Semimetalli

Nella tavola periodica essi occupano zone diverse. Gli elementi a sinistra della scaletta nella tavola periodica indica i metalli e quelli a destra i non metalli.

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1.7 Molecola composti

Una molecola è un aggregato di due o più atomi tenuti insieme da legami chimici.

Una molecola può contenere atomi dello stesso elemento o atomi di due o più elementi. Aggregato di atomi legati insieme, elettricamente neutro.

Molecola: è costituito da due o più elementi legati in proporzioni definite e un composto costanti.

H O == 2 atomi di idrogeno 2

2H O == 2 molecole di h20. 2

1.8 Ioni

Nell’atomo neutro il numero di protoni è uguale a quello degli elettroni. Atomi che hanno ceduto o acquistato elettroni rispetto all’atomo neutro si dicono ioni: + Catione − Anione.

La perdita di uno o più elettrone da un atomo neutro fa sì che l’atomo assume carica positiva, al contrario acquisire un elettrone da un atomo neutro fa sì che l’atomo acquisisce una carica negativa.

Un atomo può perdere o acquistare più di un elettrone per formare uno ione.

I metalli tendono a formare cationi, mentre i non-metalli tendono a formare anioni.

Ioni poliatomici sono più atomi legati insieme con una carica +o- complessiva: −2+ N H, SO, 44

I composti ionici sono formati da ioni positivi e ioni negativi tenuti insieme dall’attrazione elettrostatica tra cariche opposte.

1.9 Formule chimiche

I chimici usano le formule chimiche per esprimere la composizione delle molecole e dei composti in termini simbolici. Si hanno tre tipi di formule:

• Formule molecolari: indica il numero esatto di atomi di ogni elemento (es. H2O)
• Formule empiriche: detta anche formula minima, dov