Domande aperte del Paniere di Chimica generale e organica - modulo 1

Domande aperte chimica Mod

1) Descrivere l'atomo

L’atomo è l’unità strutturale di un elemento ed è la più piccola parte di esso che ne conserva le proprietà. Gli atomi si combinano tra loro per formare le molecole e sono composti da una zona centrale, il nucleo, e da una regione intorno ad esso occupata dagli elettroni. Il nucleo costituisce la maggior parte della massa dell’atomo ed è composto da protoni e neutroni, entrambi aventi stessa massa ma i primi carichi positivamente e gli ultimi neutri. La zona in cui orbitano gli elettroni è molto ampia rispetto al nucleo, tanto da costituire la maggior parte del volume atomico; gli elettroni sono microparticelle con una massa trascurabile rispetto a quella di neutroni e protoni, ed hanno carica negativa opposta ai protoni. Protoni ed elettroni si bilanciano per cui all’interno di un atomo stabile il numero di protoni eguaglia quello di elettroni mentre il numero di neutroni può variare molto in natura; due atomi con stesso numero di protoni ed elettroni ma con diverso numero di neutroni sono atomi dello stesso elemento che hanno però diversa massa atomica; tali atomi si definiscono isotopi.

2) Descrivere il numero atomico ed il numero di massa

Il numero atomico Z indica il numero di protoni all’interno del nucleo di un elemento, quindi se due elementi hanno stesso numero atomico si tratta allora dello stesso elemento; se un atomo è stabile quindi neutro il numero atomico corrisponde anche al numero di elettroni di tale atomo. Sulla tavola periodica gli elementi sono ordinati secondo numero atomico crescente. Il numero di massa A indica la somma tra il numero di protoni e il numero di neutroni presenti nel nucleo di un atomo. Atomi dello stesso elemento possono avere stesso numero di protoni quindi stesso numero atomico ma diverso numero di neutroni quindi diverso numero atomico; tali atomi dello stesso elemento che differiscono solo per numero di neutroni presenti nel nucleo si definiscono isotopi.

3) Descrivere il numero atomico ed il numero di massa

Il numero atomico Z indica il numero di protoni all’interno del nucleo di un elemento, quindi se due elementi hanno stesso numero atomico si tratta allora dello stesso elemento; se un atomo è stabile quindi neutro il numero atomico corrisponde anche al numero di elettroni di tale atomo. Sulla tavola periodica gli elementi sono ordinati secondo numero atomico crescente. Il numero di massa A indica la somma tra il numero di protoni e il numero di neutroni presenti nel nucleo di un atomo. Atomi dello stesso elemento possono avere stesso numero di protoni quindi stesso numero atomico ma diverso numero di neutroni quindi diverso numero atomico; tali atomi dello stesso elemento che differiscono solo per numero di neutroni presenti nel nucleo si definiscono isotopi.

4) Calcolare la massa di un filo di rame contenente 1,055 x 10²² atomi di Cu

Il numero di Avogadro è 6,022*10²³ e corrisponde al numero di molecole contenute in una mole; la massa atomica (u) del rame è 63,546 g/mol, quindi una mole di rame ha una massa di 63,546 g, ovvero 6,022*10²³ atomi di rame hanno una massa di 63,546 g. Per ottenere la massa di un singolo atomo di rame devo dividere la sua massa molare per il numero di Avogadro. Un atomo di rame ha massa: 63,546 g/6,022*10²³= 1,055*10^-22 g. Per calcolare la massa di 1.055*10²² atomi di rame devo moltiplicare la massa di un singolo atomo per il numero di atomi di cui voglio calcolarne la massa quindi 1,055*10^-22 g*1,055*10²²= 1,11 g.

5) Descrivere gli isotopi

Gli isotopi sono atomi dello stesso elemento che hanno quindi stesso numero atomico Z, hanno lo stesso numero di protoni e di elettroni, ma differiscono per il numero di neutroni. Gli isotopi hanno quindi diverso numero di massa A e diversa massa atomica. Un esempio di isotopi naturali sono quelli dell’idrogeno: il prozio 1H, molto più abbondante rispetto agli altri due suoi isotopi, e composto da un protone e un neutrone (A=1); il deuterio 2H composto da un protone, un neutrone ed un elettrone (A=2); e il trizio isotopo radioattivo 3H composto da un protone, un elettrone e due neutroni (A=3); la massa atomica dell’idrogeno sulla tavola periodica, come per tutti gli altri elementi, è indicata tenendo conto dell’abbondanza isotopica in natura.

6) Descrivere la tabella periodica

La tavola periodica degli elementi fu ideata da Mendeleev allo scopo di ordinare i vari elementi. La tavola periodica è composta da righe (periodi) e colonne (gruppi) ed ogni elemento è disposto uno accanto all’altro secondo numero atomico Z crescente (numero di protoni contenuti nel nucleo, che corrisponde anche al numero di elettroni che lo orbitano). Si dice “periodica” perché le proprietà fisiche e chimiche degli elementi variano periodicamente in funzione del numero atomico. Le 7 righe di cui è composta la tavola si chiamano periodi ed indicano il livello principale di energia sul quale è possibile trovare gli elettroni di valenza degli elementi del periodo. Le colonne chiamate gruppi hanno una doppia numerazione: da uno a 18 e una in numeri romani da I a VIII; questi ultimi indicano il numero degli elettroni di valenza; gli elementi dello stesso gruppo hanno la stessa configurazione elettronica esterna. Altre proprietà periodiche sono l’elettronegatività che cresce da sinistra verso destra e dal basso verso l’alto; l’energia di ionizzazione e l’affinità elettronica che crescono analogamente all’elettronegatività; e il raggio atomico che aumenta dall’alto verso il basso e da destra verso sinistra.

7) Descrivere le principali scoperte ed accennare le leggi che hanno rivoluzionato la chimica nei primi del Novecento

Durante il Novecento la scienza è stata protagonista di grandi scoperte e cambiamenti. Maxwell descrive la luce come onde elettromagnetiche, dotate di lunghezza d’onda e frequenza da cui nasce l’equazione c=h*v dove c è la velocità della luce nel vuoto che rimane costante, h è la lunghezza d’onda e v è la frequenza. Planck formula l’equazione E=h*v dove h è la costante di Planck, E l’energia e v la frequenza; praticamente afferma che l’energia è un’onda che si propaga in quanti tutti della stessa dimensione. Bohr postulò la teoria per cui gli elettroni si trovassero in determinate zone chiamate orbitali ed Heisemberg affermò che non si può sapere nello stesso momento la posizione di un elettrone e la sua energia.

8) Fornire una descrizione degli orbitali di un atomo

Un orbitale atomico è una porzione di spazio attorno al nucleo in cui si ha la più alta probabilità di trovare un elettrone. Negli atomi non eccitati esistono quattro tipi di orbitali stabili: s, p, d, f. Per il principio di indeterminazione di Heisemberg non si può conoscere contemporaneamente sia l’energia di un elettrone che la sua posizione. Gli orbitali sono descritti da tre numeri quantici: n (da 1 a infinito, valori interi) indica la dimensione dell’orbitale e l’energia dell’elettrone; l (da 0 a n-1) fornisce la forma dell’orbitale, m (da 0 a +-l) descrive l’orientamento dell’orbitale.

9) Scrivi la configurazione elettronica mediante quadratini e freccette di un atomo avente configurazione 1s² 2s² 2p³. Di che atomo si tratta?

Nel primo quadrato 1s² ci sono due freccette con verso opposto, nel secondo quadrato 2s² ci sono due freccette con verso opposto, negli ultimi tre quadrati 2p³ ci sono una freccetta per ogni quadrato tutte con lo stesso verso. Per sapere di che atomo si tratta mi basta contare quante freccette ci sono in totale che corrispondono al numero di elettroni dell’atomo; essendo un atomo con 7 elettroni posso affermare che si tratti di un atomo di azoto (N).

10) Scrivi la configurazione elettronica mediante quadratini e freccette di un atomo avente configurazione 1s² 2s² 2p³. Di che atomo si tratta?

Nel primo quadrato 1s² ci sono due freccette con verso opposto, nel secondo quadrato 2s² ci sono due freccette con verso opposto, negli ultimi tre quadrati 2p³ ci sono una freccetta per ogni quadrat