Appunti di Chimica

Appunti di chimica 1

Indice

La struttura atomica:

• Leggi ponderali……………………….……………………………………………... 4
• Definizioni operative………………….……………………………………………... 7
• Configurazione elettronica………………………………………………………… 10
• Principio di esclusione di Pauli …………….……………..………….………… 10
• Orbitali…………………………………………………………………………………….. 14
• Principio di indeterminazione di Heisenberg …………….…………….. 17
• Principio della massima molteplicità di Hund ……………………………. 18
• Tavola periodica degli elementi.………………………………………………… 19

Legami chimici:

• Generalità………………………………….……………………………………………... 21
• Elettronegatività……………………….…………………………………………….... 22
• Tipi di legame………………….……………………………………………................. 23
• Legame ionico...……………….……………………………………………................. 25
• Legame covalente…………….……………………………………………................. 27
• Legame dativo…...…………….……………………………………………................. 28
• Legame metallico…………….……………………………………………................. 30
• Legame idrogeno.…………….……………………………………………................. 30
• Ibridazione……………………………………………………………………………….. 30
• Idrocarburi...…………………………………………………………………………….. 33

Stato gassoso:

• Generalità………………………………….……………………………………………... 38
• Leggi dei gas…..……………………….………………………………………………… 39
• Leggi di Avogadro…..……………………….………………………………………… 39
• Leggi dei gas…..……………………….………………………………………………… 39
• Teoria cinetica dei gas…..……………………….………………………………….. 40

Termodinamica:

• Generalità………………………………….……………………………………………... 44
• Principi della termodinamica….….……………………………………………... 46
• Funzioni di stato……………………………………………………………………….. 48
• Legge di Hess…...……………………………………………………………………….. 49
• Termochimica...………………………………………………………………………… 54

Stato liquido:

• Generalità………………………………….……………………………………………... 56
• Soluzioni..………………………………….……………………………………………... 59
• Definizioni operative..………………………………….……………………………. 61
• Liquidi completamente miscibili………….…………………………………….. 62
• Legge di Raoult..……………………………………………………………………….. 62
• Liquidi parzialmente miscibili………….………………………………………... 63
• Regola della leva………….………………………………………….………………… 65
• Miscele che non seguono la legge di Raoult………….…………………….. 65
• Liquidi completamente immiscibili………….………………………………… 67
• Proprietà colligative………….………………………………………….…………… 67

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• Legge di Henry………….………………………………………….…………………… 73
• Elettroliti………….………………………………………….…………………………… 74
• Conducibilità…….………………………………………….…………………………… 75
• Attività…….………………………………………….……………………………………. 78
• Grado d’avanzamento………………………….……………………………………. 81
• Legge dell’equilibrio chimico………………………….…………………………. 82
• Grado di libertà………………………….………………………….…………….……. 83
• Potenziale chimico………………………….………………………….………..….… 84
• Legge di Gibbs………………………….………………………….………..….………. 84

Equilibri ionici in soluzione:

• Acidi e basi………………………….………………………….………..….……………. 85
• pH………………………….………………………….………..….………………………… 88
• Idrolisi………………….………………………….………..….………………………….. 93
• Acidi poliprotici………………….………………………….………..….…………….. 94
• Miscele di più soluzioni………………….………………………….………..….…. 97
• Titolazione………………….………………………….………..….……………………. 99
• Soluzioni tampone…….………………………….………..….……………………… 102

Elettrochimica:

• Generalità………………………………….……………………………………………... 104
• Potenziali elettrodici e pile.….………………………….………..….……………. 104
• Equazione di Nernst.….………………………….………..….……………………... 106
• Determinazione della polarità di una pila………..….…………………….... 107
• Elettrolisi………………………………….…………………………………………….... 108
• Sovratensione di elettrolisi……….……………………………………………..... 110
• Legge di Faraday……….…………………………………………….......................... 110
• Corrosione dei metalli……..…….……………………………………………......... 110
• Pile commerciali……….……………………………………………........................... 114
• Batterie Pb/acido…….……………………………………………............................ 117
• Pile Li/SO, Li/SOCl, Li/MnO.………………………………........................... 119
• 2 2 2 Cinetica chimica……….……………………………………………........................... 120
• Catalizzatori……….……………………………………………................................... 124
• Resa di una reazione……….…………………………………………….................. 125
• Bilanciamento di reazioni……….……………………………………………........ 126
• Metodo del numero di ossidazione……….…………………………............... 126
• Metodo ionico elettronico……….………………………………………............... 128
• Metodo algebrico….……………………………………………................................ 129

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La chimica è la scienza che studia la composizione, la caratterizzazione e le trasformazioni della materia, in tutte le sue varietà.

La struttura atomica

Leggi ponderali fondamentali

Sono le leggi che regolano le combinazioni chimiche, che hanno condotto ad una teoria atomica.

• Legge della Conservazione della Massa (Lavoisier, 1785): In una reazione chimica la massa complessiva dei reagenti è uguale alla massa complessiva dei prodotti.
• Legge delle Proporzioni Definite (Proust, 1799): Due elementi si combinano tra loro secondo un rapporto in massa definito e costante.
• Legge delle Proporzioni Multiple (Dalton, 1807): Quando due elementi si combinano in modi diversi per formare diversi composti, posta fissa la quantità di uno dei due elementi, la quantità dell’altro elemento necessaria a reagire per formare un diverso composto risulterà essere un multiplo o sottomultiplo di se stessa, in rapporti esprimibili con numeri piccoli ed interi.

Teoria atomica di Thomson

Modello a panettone secondo cui l'atomo è costituito da una distribuzione di carica positiva diffusa, all'interno della quale sono inserite le cariche negative. Nel complesso l'atomo è elettricamente neutro.

Teoria atomica di E. Rutherford

Modello planetario, che portò alla scoperta del nucleo atomico, prevedeva appunto un nucleo positivo con elettroni che ruotano attorno ad esso su orbite circolari, di diametro molto maggiore (ordine delle centinaia di migliaia di volte) di quello del nucleo (1911).

Tale teoria fu il prodotto delle osservazioni dello scienziato dopo aver sperimentato il bombardamento con particelle α (atomi di elio con due cariche positive) di una lamina d’oro, circondata da uno schermo fluorescente di ZnS.

Rutherford suppose la presenza di una concentrazione di massa centrale, carica positivamente, che chiamò appunto nucleo, stimandone un volume compreso tra i e i, a fronte di un −39 −36 310 10 volume totale dell’atomo compreso tra i e i. −25 −24 310 10

Teoria atomica di J. Dalton

Ricavata dalle prime due leggi ponderali e causa della formulazione della terza, si basava sul concetto che ogni elemento è costituito da piccole particelle dette atomi, identiche per uno stesso elemento, ma con proprietà differenti per elementi differenti.

Le reazioni chimiche non trasformano gli atomi di un elemento in quelli di un altro e non portano alla creazione di nuovi atomi o alla distruzione di quelli coinvolti nella reazione. Due o più elementi che si combinano originano i composti, nei quali il numero relativo e la specie degli atomi sono costanti.

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La teoria atomica è stata poi convalidata da numerosi esperimenti, tra i quali:

• Esperimento di Perry: Le particelle elettriche hanno carica negativa (il gas emetteva una radiazione spontanea verso l’anodo