Chimica ( Argomenti iniziali + Esercizi stechiometria)

Chimica

Composizione: vogliamo sapere le componenti di una miscela o gli elementi che ci sono dentro.

Se composto puro - c'è una formula chimica.

• Formula bruta
• Formula formale

Formula di struttura e composizione molecolare, cioè come sono disposti gli atomi nello spazio.

Composizione delle miscele o miscuglio

L'aria è un miscuglio.

Alchimia → sono reazioni fisiche (ne cambiano le strutture fisiche), es. da ferro a oro.

Quando nella trasformazione è coinvolto l'atomo è una reazione fisica.

La trasformazione chimica genera sostanze che non sono assomiglianti ai reagenti.

Quando un fenomeno chimico è descritto da una legge esatta, se legge numerabile fa Chimica diventa Scienza.

Chimica

Composizione: vogliamo sapere le componenti di una miscela o gli elementi che ci sono dentro.

Se composto puro - c'è una formula chimica.

• Formula bruta
• Formula formale

Formula di struttura e composizione molecolare, cioè come sono disposti gli atomi nello spazio.

L'aria è un miscuglio.

Alchimia - sono reazioni fisiche (ne cambiano la struttura fisica).

Quando nelle trasformazioni è coinvolto l'atomo è una reazione fisica.

La trasformazione chimica genera sostanze che non sono assomiglianti ai reagenti.

Quando un fenomeno chimico è descritto da una legge basata su leggi matematiche la chimica diventa scienza.

Quando la Chimica diventa Scienza perde il nome di "Alchimia".

Numero di Avogadro

Numero di Avogadro serve a capire quante particelle sto trattando.

1. Peso atomico
2. Moli
3. Numero particelle

g/mol → moli → n° particelle.

M_moli = massa (g) Peso atomico (g/mol).

M_molecole = M_moli × N_A.

Lavoisier e la legge di conservazione della massa

Lavoisier introduce la misura.

Le trasformazioni e alcuni esempi sono:

• Decomposizione
• Reagire con l'aria

Lavoisier pesava ciò che metteva e pesava i risultati quindi pesava i reagenti e i prodotti.

Con Lavoisier la Chimica diventa severa, cioè basata sulla matematica.

La somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti (legge dell'invarianza delle masse).

L'equazione chimica diventa algebrica.

Coefficienti stechiometrici

Es. ₄Al + ₃O₂ = ₂Al₂O₃

₄a + ₃b₂ = ₂a₂b₃

Calcoli stechiometrici

Es. ₂g di idrogeno + ₁₆g di ossigeno = ₁₈g di acqua.

Es. Mercurio + Ossigeno = Ossido di mercurio.

La massa di ossigeno che reagisce:

_2,53g + massa ossigeno = _2,73g = _2,73g - _2,53g = _0,20g.

₄Al + ₃O₂ = ₂Al₂O₃

Si legge: "4 moli di atomi di Alluminio necessitano di ₃ moli di molecole di ossigeno per formare ₂ moli di molecole di 'ossido'"

(Solo così la formula è bilanciata).

Legge delle proporzioni definite di Proust

Un composto puro, qualunque sia l'origine o il metodo di preparazione, contiene sempre quantità definite e costanti degli elementi proporzionali alla loro massa.

Ricorda: gli atomi entrano e fanno parte di reazioni chimiche come entità intere.

Quanto di ogni elemento è contenuto in un composto...

1^o Su 100g di anidride carbonica contiene: Carbonio: 27,3% Ossigeno: 72,7%.

_m moli _Carbonio = 27,3/12 g/mol = 2,275 moli ≈ 1.

_m moli _Ossigeno = 72,7/16 g/mol = 4,543 moli ≈ 2.

Ora, dividendo entrambi i risultati per lo stesso numero (è suggerito dividere per il minore fra tutti) abbiamo la possibilità di raggiungere un valore unitario in modo da poter infine definire la formula del composto.

Ossido di carbonio o monossido di carbonio

Carbonio: 42,9%.

Ossigeno: 57,1%.

Moli Carbonio = ^42,9/_{12 g/moli} = 3,57 moli.

Moli Ossigeno = ^57,1/_{16 g/moli} = 3,56 moli.

Risultato → CO.

Riassumendo:

La legge di Proust mi dà:

• Il concetto che gli atomi sono indivisibili (entrano interi nelle reazioni chimiche)
• Le formule dei composti

Materia e sistemi

Materia.

Sostanze.

Elementi.

Composti.

Miscela (miscela) di più sostanze.

Sistema omogeneo: ^78% _Azoto ^21% _Ossigeno.

Composizione eterogenea.

Composizione omogenea.

Qualunque quantità si prende la percentuale di composto è la stessa in proporzione.

Sistema eterogeneo: soluzione.

Calcolo della composizione percentuale: CaCO₃

CaCO₃.

1g di composto.

Ca? C? O?

1 atomo di calcio.

Ricorda: il peso molecolare è la somma dei singoli pesi atomici.

CaCO₃ : Ca = 1g : X.

100 g/mol : 40 g/mol = 1g : X.

X = 40 g/mol * 1g / 100 g/mol = 0,4g = 40% calcio.

CaCO₃ : C = 1g : Y.

100 g/mol : 12 g/mol = 1g : Y.

Y = 12 g/mol * 1g / 100 g/mol = 0,12g = 12% carbonio.

CaCO₃ : 3O = 1g : Z.

100 g/mol : (3 x 16 g/mol) = 1g : Z.

Z = 16 g/mol * 1g / 100 g/mol = 0,48g = 48% ossigeno.

Calcoli stechiometrici bilanciati

₄Al + ₃O₂ = ₂Al₂O₃

Dimostrazione che è bilanciata:

4 x 27 g/mol + 3 x 2 x 16 g/mol.

108 g/mol + 96 g/mol = 204 g/mol.

(Infatti 108 + 96 = 204).

₄Al + ₃O₂ = ₂Al₂O₃

Es. Gr. 9g di alluminio e x grammi.

9 grammi + x = y.

4Al : 3O₂ = 9g : x.

x = 3O₂ x 9 / 4Al = 9g.

4Al : 2Al₂O₃ = 9g : y.

y = 2Al₂O₃ x 9 / 4Al.

Oppure al posto dell'eguaglianza (proporzione) si può usare il metodo molare, la cui dimostrazione deriva dallo sviluppo delle proporzioni iniziali:

4Al : 3O₂ = 9g : x.

^x/_3O2 = ^9g/_4Al → ^x/_3O2 = ^9g/_4Al = ^y/_2Al2O3

4Al : 2Al₂O₃ = 9g : y.

^y/_2Al2O3 = ^9g/_4Al

^x/_3O2 = ^9g/_4Al = ^y/_2Al2O3

Sono le moli di Ossigeno, Alluminio e ossido di alluminio.

Metodo molare.

In un'equazione chimica bilanciata le moli delle sostanze corrispondenti sono uguali fra di loro se divise per i propri coefficienti stechiometrici.

x = ^{3x32g/molx9mol}/_9x27g/mol 8 g.

y = ^204:9/108 2:17:81.

Esempio: acido borico da borace

Es. Quanto acido borico si può ottenere da 200g di borace.

Na₂B₄O₇ x 10 H₂O = 4 H₃BO₃

200 g.

Acqua di cristallizzazione:

x = _{200 g · 4 H3BO3}/^{Na₂B₄O₇ x 10 H₂O}

È l'unità unica.

Borace 46 43.2 11.1 180 381.72 decaidratato.

Cioè 10 molecole di acqua viene!

La x erano 14 molecole di acqua si sarebbe chiamato tetraidrato.

200 g x 4 x 61,81 g/mol / 381,2 g/mol = 129,71 g.

Analisi elementare

Es. Un composto ha dato all'analisi elementare i seguenti risultati:

Na = 32,79%.

Al = 13,02%.

F = 54,19%.

Na_xAl_yF_z.

M_moli Na = 32.79% / 23.

M_moli Ar = 13.02% / 27.

M_moli F = 54.19% / 19.

Idrocarburo e peso molecolare

Es. Un idrocarburo ha dato all'analisi elementare il seguente risultato:

C = 92.31%.

H = 7.69%.

M_moli C = 92.31 / 12 = 7.69 / 7.69.

M_moli H = 7.69 / 1 = 7.69 / 7.69.

Allora serve anche il peso molecolare, quindi serve anche questo per poter assegnare il nome al composto.

Peso molecolare (PM) = 78 g/mol.

78 g/mol / 13 g/mol = 6 → 6(CH).

Es. Abbiamo un idrocarburo che ha dato i seguenti risultati.

C = 93,75%.

H = 6,25%.

m_mol = ^93,75/₁₂ = 7,84/6,25 = 1,25 × 4 = 5.

m_mol = ^6,25/₁ = 6,25/6,25 = 1 × 4 = 4.

C₅H₄.

2(C₅H₄) C₁₀H₈.

128 g / C₅H₄ = 128 g / 64 g/mol = 2.

Esempio: preparazione di acido nitrico

Es. Quanto nitrato di sodio e quanto acido solforico al 96% sono necessari per preparare un Kg al 65% di acido nitrico.

Na₂NO₃ + H₂SO₄ = HNO₃ + Na HSO₄.

1Kg 65% 96%.

1000 g × 0,65 = 650 g.

^{650 g}/_HNO3 = ^X/_NaNO3

X = ⁶⁵⁰/_{63 g/mol} × 85 g/mol = 877 g.

650g HNO₃ z H₂SO₄ y.

z 650g - 98g/mol = 63g/mol.

Visto che solo il 96% è puro = 1011g.

Allora → 1011 · ¹⁰⁰/₉₆ = 1,053g.

Esempio: miscela di NaCl e KBr

Es. 0,800g di una miscela di NaCl e KBr vengono disciolti in acqua e trattati con nitrato d'argento (AgNO₃).

Se ottengo 1,510g di cloruro d'argento.

Es. Una miscela di NaCl e KBr di 0,800 vengono trattati con AgNO₃, formando AgCl e AgBr che pesano 1,510 g. Calcolone la composizione della miscela.

(_X)NaCl + AgNO₃ = AgCl + NaNO₃ (_Z)

(_Y)KBr + AgNO₃ = AgBr + KNO₃ (_W)

x + y = 0,800g.

^X/_NaCl → ^Z/_AgCl

Z = ^X/_NaCl · AgCl.

y → ^W/_AgBr

W = ^y/_KBr · AgBr.

x + y = 0,800g.

^Z + ^W = 1,510 ← x + y = 0,800g.

^x/_NaCl · AgCl + ^y/_KBr

La teoria atomica di Dalton

La teoria atomica di Dalton.

Tutta la materia è composta da atomi indivisibili.

Alla fine Ottocento inizio Novecento esperimenti che provano che il modello atomico è diverso.

La materia è formata da particelle.

L'esperimento di Thomson

Le particelle vengono deviate dal campo magnetico, dopo che ne aveva stabilito una d.d.p tra il catodo (-) e l'anodo (+). Permettendo il passaggio di un pennello di particelle negative (elettroni).

Catodo (negativo) (piastra del condensatore).

Anodo (positivo) (piastra del condensatore).

Collimatore (e il buco nell'anodo per far passare solo un pennello di elettroni).

Schermo fluorescente (schermo in cui si infrange il pennello di elettroni).

e/m = EDe/B_L² → angolo di deviazione.

→ eliminate da catodo e anodo si ottiene un risultato carica su massa = 1.76 * 10⁸ C/kg.