chimica inorganica pt1

Materia: stato fisico e costituzione chimica

Stati fisici della materia: solido, liquido e gassoso

Miscugli → composizione variabile delle sostanze, i componenti mantengono le proprietà caratteristiche e questi possono essere scissi con metodi fisici. Possono essere omogenei quando non si distinguono i componenti (vino), eterogenei quando si riescono a vedere varie componenti (granito).

Sostanze → composizione ordinata e fissa, possono essere scisse SOLO con metodi chimici (non fisici), si dividono in composti ed elementi i quali non possono essere scissi in componenti più semplici.

Modelli atomici

Dalton (1800) → postulò che atomi di elementi diversi si combinano per formare composti e lo fanno in maniera costante. Non c’è però ancora una definizione di come sia fatto l’atomo.

Thomson → con lo studio dei raggi catodici percepisce che ci sono particelle (elettroni) con carica negativa. Ha presupposto che l’atomo avesse cariche negative e positive per risultare neutro, fatto secondo il modello a panettone, base positiva al cui interno ce ne sono di negative.

Rutherford → usò i nuclei di elio (con doppia carica positiva), i raggi alfa venivano emessi e collimavano con la lamina, capì che c’era una parte centrale più consistente positiva e intorno ruotavano gli elettroni che formavano la nube elettronica. Questo modello non era possibile, perché una particella che gira intorno prima o poi avrebbe perso la sua carica e si sarebbe annichilita sul nucleo, ma questo non era vero in quanto l’atomo era stabile.

Bohr → studiò l’idrogeno come modello atomico analizzando gli spettri elettromagnetici emessi da questo.

Cos'è lo spettro elettromagnetico

Una carica elettrica che si muove emette un campo elettrico e uno magnetico che si propaga come un’onda, vedendo uno spettro elettromagnetico che è un insieme di onde, ci sono diverse onde con determinata frequenza e lunghezza d’onda (raggi gamma hanno lunghezze più piccole fino ad arrivare alle onde radio). La lunghezza d’onda è piccola, la frequenza è altissima. La luce è solo una piccola parte dello spettro elettromagnetico.

Lo spettro elettromagnetico si divide in 2 tipi: di emissione e assorbimento

• Di emissione: quando un gas compresso viene scaldato e la radiazione emessa viene fatta passare attraverso una fenditura e un prisma otteniamo più bande colorate, è uno spettro continuo perché non c’è separazione fra i vari colori, nello spettro a righe vedremo righe discontinue.
• Di assorbimento: il campione proietta sullo schermo bande intervallate da righe nere; le righe nere sono le radiazioni che il corpo assorbe una volta eccitato dalla sorgente luminosa. Le lunghezze d’onda che vengono assorbite sono le stesse di quelle che vengono emesse.

Curiosità

Il Sole emette luce bianca nonostante il colore in cui ci appare, lo spettro di emissione di un gas è una luce bianca. Questa luce è dovuta al fatto che nel Sole ci sono reazioni di fusione nucleare in cui atomi di idrogeno fondono per formare atomi di elio che emettono energia, emette tutte le radiazioni per cui vediamo una luce bianca.

Perché il cielo ci appare blu? Per il fenomeno della diffusione, se la luce bianca emette tutte le radiazioni, quando arrivano nell’atmosfera che è fatta da particelle libere nell’aria e molecole di idrogeno, azoto e ossigeno, sono molto piccole e prendono le radiazioni per poi riemetterle. Le radiazioni piccole, con lunghezza d'onda più piccola (blu), vengono prese e diffuse maggiormente e quindi il cielo ci appare blu.

Modello atomico di Bohr

L’elettrone è simile a un fotone (particelle di energia). Bohr dedusse che l’elettrone percorresse orbite circolari con determinata energia, e, dal valore del momento angolare dell’orbita, ricavò un fattore importante n che è il numero quantico principale. L’energia che un elettrone acquisisce quando viene colpito da una radiazione gli permette di spostarsi su un’orbita più lontana dal nucleo (salto energetico).

Problema → la sua ipotesi valeva solo per l’idrogeno che era l’atomo più semplice e non era ben applicata con atomi più complessi. Sommerfeld a quel punto ipotizzò orbite non più circolari ma ellittiche. Per caratterizzare le orbite verranno introdotti altri numeri quantici: l, m.

Meccanica ondulatoria

L’elettrone si comporta similmente alle onde elettromagnetiche, quindi si può comportare da particella o da onda.

• Elettrone particella → ruota in un’orbita ben precisa attorno al nucleo.
• Elettrone onda → non c’è più una traiettoria precisa ma un orbitale, cioè una regione con alta probabilità di trovare il nucleo.

Principio di indeterminazione di Heisenberg

Non si può conoscere nello stesso tempo la posizione e la velocità della particella.

Numeri quantici

• n: principale (da 0 a infinito) determina energia elettrone.
• l: (0 a n-1) forma e posizione orbitale.
• m (-l a +l) come sono orientati elettroni nello spazio.

Configurazione elettronica degli atomi

• Aufbau → il termine deriva dal tedesco e significa “costruzione”: l’elettrone occupa l'orbitale a minore energia.
• Pauli → in un atomo possono esserci 2 elettroni ma con spin differente.
• Hund → quando gli elettroni hanno a disposizione orbitali degeneri questi tendono a disporsi prima con spin parallelo.

Tavola periodica

Dispone tutti i 105 elementi in ordine del numero atomico Z crescente e in base alle caratteristiche chimico-fisiche, contiene 3 stati fisici, gas, liquidi e solidi; per la maggior parte sono solidi, quelli verso destra sono gas (eccezione l’idrogeno che è a destra ma è allo stato gassoso).

Formata da gruppi che sono le colonne verticali che indicano il numero di elettroni contenuti nello strato più esterno e condizionano le proprietà chimiche degli elementi e periodi orizzontali che indicano il riempimento di un nuovo livello energetico. Il livello esterno può contenere (ad eccezione del primo) 8 elettroni; un atomo tende a raggiungere la stabilità di un gas nobile, cioè ad avere il livello esterno più esterno e quindi completare l’ottetto. I gas nobili si trovano all’ottavo gruppo e sono elementi molto stabili avendo già la configurazione elettronica esterna di 8 elettroni di valenza ns²p⁶.

Regola dell’ottetto

Un atomo tende a raggiungere una configurazione stabile che corrisponde al riempimento del livello energetico più esterno.

• 1 gruppo: metalli alcalini → una sostanza alcalina viene intesa come sostanza basica che neutralizza un acido; hanno un solo elettrone nello strato più esterno quindi tendono a perdere l’elettrone per generare ioni positivi così da trovarsi con configurazione elettronica esterna più stabile che corrisponde a quella del gas nobile che lo precede.
• 2 gruppo: metalli alcalino terrosi → riprendono le proprietà del primo gruppo ad eccezione del Be e del Mg che hanno proprietà del 13 gruppo; due elettroni nell’orbitale s che vengono persi abbastanza facilmente e si ottiene uno ione con due cariche positive (catione bivalente) per arrivare ad una configurazione elettronica dell’ottetto (del gas nobile che lo precede).
• 17 gruppo: alogeni → hanno configurazione elettronica...