Appunti esame Chimica generale e inorganica

LA MATERIA

LA COSTITUZIONE DELLA MATERIA

Linea Democrito:

materia composta da particelle troppo piccole per essere osservate = ATOMI.

Linea Zanone di Elea:

materia divisibile in infinite parti, impossibile arrivare a parti della materia indivisibili.

Costituzione in 2 classi:

SOSTANZE PURE

Elementi, sostanza composta da atomi identici.

118 elementi

92 naturali e 26 sintetizzati

Composti, sostanza pura costituita da 2 o + elementi in un rapporto stechiometrico definito.

Sono formati da molecole, ma il calcolo chimico prevede l’uso delle moli.

MISCELE

Due o più sostanze pure con diverse proprietà fisiche. Conoscendole è possibile riuscire a separarla nelle sue sostanze

elementari con mezzi fisici.

PROCEDURE FISICHE: Filtrazione, Distillazione, Sublimazione e Cromatografia

DIFFERENZA CON IL COMPOSTO:

il rapporto tra le masse degli elementi che compongono un composto è fisso e costante,

a differenza della miscela in cui le sostanze sono presenti in qualsiasi rapporto di peso.

Eterogenea: miscela dove possono essere osservati più componenti.

Omogenea: miscela dove non è visibile una separazione nelle sue componenti.

Sistema OMOGENEO: materia costituita dalle stesse proprietà.

Sistema ETEROGENEO: materia formata da piu parti (FASI).

ELEMENTI CHIMICI

Di rilevanza biologia: Carbonio, Idrogeno, Azoto, Ossigeno, Fosforo e Zolfo.

C, H, N, O — fondamentali.

Ca, Cl, Mg, P, I, Fe, Mn — presenti in tracce minime.

ATOMI

Scoperti da Dalton che ipotizzò che gli atomi di un elemento fossero tutti uguali tra loro ma diversi da quelli degli altri.

Gli atomi di diversi elementi sono caratterizzati da diverse masse atomiche, ossia una media ponderata delle masse degli isotopi

trovati sulla terra.

Dalton le comprese dalla relazione che avevano con l’H.

Una prima tabella dei pesi atomici relativi comparve nei primi dell 800.

Questo primo modo però non dava un’adeguata rappresentazione delle molecole complesse e delle loro formule.

Berzelius propose come simboli le iniziali del nome latino delle sostanze elementari:

C (carbonium), Cu (cuprum), Co (cobaltum).

La loro unione portava all’uso degli esponenti.

Tali venero poi modificati in deponenti per evitare confusioni con il simbolo matematico.

I FONDAMENTI DELLA TEORIA ATOMICA DI DALTON

LEGGE DELLA CONSERVAZIONE DELLA MASSA

Lavoiser, “LA MATERIA NO PUO ESSERE NE CREATA NE DISTRUTTA”.

Durante una reazione chimica non sono osservate variazioni della massa complessiva, perchè se la materia è costituita da atomi

indistruttibili e nessun atomo scompare o viene trasformato in un altro, semplici legami non distruggono gli atomi. Dunque la

massa complessiva di prodotti e reagenti è conservata.

LEGGE DELLA COMPOSIZIONE COSTANTE E DELLE PROPORZIONI DEFINITE

Proust, “Quando due sostanze si combinano per formare un composto, le masse si combinano in rapporti definiti e costanti”.

Quindi se il rapporto tra gli elementi in un composto è fisso, allora anche quello tra le masse sarà fisso.

Dalla decomposizione dell’acqua si ottengono:

g di O

◦8.0 g di H

◦1.0

• Il loro rapporto sarà sempre 8:1, pk l’H2O è sempre formata da 2 molecole di H e 1 di O, dove questo ha massa 16 volte più grande

di quella di H.

LEGGE DELLE PROPORZIONI MULTIPLE

Dalton, “Se due o più elementi formano più di un composto, le masse di un elemento combinate con una massa fissa del primo stanno

tra loro come numeri interi piccoli”.

1 g di C reagisce con 1,33 g di O, essi producono CO

1 g di C reagisce con 2,66 g di O, essi producono CO2

Questo perchè viene ipotizzato che gli atomi di O pesano 4/3 quelli di C.

DESCRIZIONE DELLA MATERIA

Può avvenire a livello MACROSCOPICO e MICROSCOPICO, e dare una rappresentazione chimica tramite i SIMBOLI.

PASSAGGI DI STATO

- liquido: CONDENSAZIONE

◦gas - gas: EVAPORAZIONE

◦liquido

- solido: BRINAMENTO

◦gas - gas: SUBLIMAZIONE

◦solido - solido: SOLIDIFICAZIONE

◦liquido liquido: FUSIONE

◦solido- TRASFORMAZIONE DELLA MATERIA

FISICA: butano liquido in gassoso

CHIMICA: butano liquido in diossido di carbonio e acqua

LE PARTICELLE SUBATOMICHE

Ossia le composizioni ancora più piccole dell’atomo: PROTONI, NEUTRONI ed ELETTRONI.

PROTONI (+), massa = 1,673 * 10^-27 Kg = 1 uma, carica = + 1,6022 * 10^-19 C.

NEUTRONI (0), massa = 1,675 * 10^-27 Kg = 1 uma, carica = 0.

ELETTRONI (-), massa = 9,1094 * 10^-31 Kg, carica = - 1,6022 * 10^-19 C.

LA SCOPERTA DEGLI ELETTRONI

Crookes , tramite la scoperta dei raggi catodici —> TUBO A RAGGI CATODICI, un cilindro di vetro con all’interno il vuoto.

Agli estremi mise DUE PIASTRE METALLICHE (ELETTRODI) —> CATODO (+) e ANODO (-)

Tra questi viene posta una differenza di potenziale di 10.000 V-

Abbassando la pressione del gas all’interno del tubo, il gas comincia a condurre corrente e il tubo diventa luminoso

Nel mezzo del tubo mise una croce, vide che la sua ombra si rifletteva nel fondo, comprese che i raggi si propagavano in linea retta.

Capì: I RAGGI SONO COSTITUITI DA ENTITA CHE POSSIEDO UNA MASSA.

Mise poi due piastre cariche e di segno opposto sopra e sotto il fascio, notando che questo veniva deviato verso la piastra positiva.

Capì: I RAGGI HANNO CARICA ELETTRICA NEGATIVA.

Thomson , condusse ulteriori ricerche sui raggi catodici

interpretando i risultati di carica negativa e massa = 1/1840 di quella dell’H

attraverso l’azione di E e B capì il valore del rapporto tra la sua carica e la sua massa: e/m =1.76 * 10^8 C/g

Colui che scoprì l’ELETTRONE.

MODELLO ATOMICO DI THOMSON, aggregato di particelle semplici che, allo stato naturale sono neutre, possedevano una carica +

(Protone)= alla carica - (Elettrone).

Sfera omogenea carica positivamente in cui gli elettroni erano distribuiti in maniera uniforme e senza una disposizione spaziale

particolare.

Millikan , trovò la carica e la massa dell’elettrone a partire dal rapporto di Thomson (e = 1.602 * 10^-19 C e m = 9.09q09 * 10^-31

Kg).

COSA UTILIZZO?

Un macchinario composto da un monocolo posto tra due piastre di carica opposta dove traessi vengono sparati dei raggi X

COME?

A. Vengono nebulizzate nell’apparecchio piccole gocce d’olio

B. Alcune di queste cadono nel foro della placca carica positivamente

C. I raggi X determinano l’emissione di elettroni dalle molecola di gas nell’aria e gli elettroni vengono catturati dalla goccia.

D. Le placche cariche influenzano il moto della goccia.

E. L’osservatore cronometra il moto della goccia e regola l’intensità del E.

Secondo questo ragionamento, la carica totale della goccia doveva essere un multiplo di un numero intero della carica dell’elettrone.

Rutherford , secondo il principio del rimbalzo della palla che determina la figura degli ostacoli, egli cercò di comprendere la

composizione degli atomi.

1. Lanciò particelle ALFA (atomi di He privi dei 2 elettroni) contro una lamina di atomi d’oro e osservò in che modo essi avrebbero

risposto

A. questo seguendo il modello a panettone di Millikan

a. dove gli atomi sono costituiti da materia diffusa di elettroni e carica positivamente

b. le particelle avrebbero dovuto attraversare il foglietto subendo piccolissime deviazioni

2. Tali particelle vengono dirette contro il foglio emettono un lampo di luce che va poi a colpire uno schermo rivestito da fosforo

3. In realtà si registrano brevi deviazioni e grandi deviazioni poco frequenti.

A. Tale comportamento di avrebbe solo se si ha una massa molto grande e una carica positiva concentrate nel Nucleo

a. percorsi rettilinei per la maggior parte

b. piccole deflessioni vicino agli elettroni

c. grandi deflessioni vicino al nucleo

d. rimbalzo totale quando colpiscono il nucleo

MODELLO NUCLEARE DI RUTHERFORD (Planetario)

La massa condensata nel nucleo

Il nucleo possiede carica positiva e gli elettroni ruotano attorno occupando il volume atomico

Secondo la scienza classica, tale rappresentazione significherebbe che l’elettrone emettendo una radiazione perde energia e

collassa con un moto a spirale sul nucleo. Di fatto non é cosi ma non c’è spiegazione.

LA SCOPERTA DEL PROTONE a partire dalla prima TRASMUTAZIONE di un elemento in un altro tramite una reazione che

coinvolgerebbe la carica positiva che formava il nucleo.

All’interno del nucleo quindi dovrebbero esserci un numero uguale di elettroni e protoni. Ma questo logicamente non era

accettato dato che teoricamente dovevano essere dispari

Questo giustifica l’emissione di elettroni (particelle ß) nel loro decadimento.

LA SCOPERTA DEL NEUTRONE

Chadwick dimostrò l’esistenza di una particella poco più pesante: il NEUTRONE.

COME?

Gli Urti tra neutroni e paraffina causavano l’espulsione di protoni.

Osservati tramite un rilevatore la cui energia dipendeva dalla massa del neutrone.

PASSAGGI DELL’ESPERIMENTO:

una lastra di polonio venivano emesse delle particelle alfa

◦Attraverso

attraversavano una lastra di berillio

◦Tali una migrazione ignota verso una camera di ionizzazione, queste colpivano un’atomo di H

◦Con

cui poi colpisce la lastra collettrice collegata al rilevatore

◦Da

Heisemberg e Majorana diedero la corretta interpretazione: una massa densa di neutroni e protoni circondati da una nuvola di

elettroni NUMERO ATOMICO, NUMERO DI MASSA E ISOTOPI

In un atomo neutro il numero di protoni = numero di elettroni.

ATOMICO (Z) = n. protoni nel nucleo. Rappresenta anche la posizione di un elemento nella tavola periodica.

◦NUMERO DI NEUTRONI (N) = A - Z.

◦NUMERO DI MASSA (A) = n. protoni + n. neutroni nel nucleo.

◦NUMERO

Gli ISOTOPI sono 2 o piú atomi con lo stesso Z ma diverso A.

Un atomo che ha perso o acquistato elettroni é detto IONE e possiede una carica elettrica.

PERDE = CATIONE

ACQUISTA = ANIONE

La MASSA ATOMICA (indicata nella tavola periodica)

la percentuale presente in natura dei diversi isotopi di un atomo -> ABBONDANZA PERCENTUALE NATURALE

studiata tramite lo spettrometro di massa

Volendo calcolare, dobbiamo considerare la percentuale degli isotopi di un elemento presenti in natura e il loro peso

atomico, sommarli e si ottiene l’ABBONDANZA PERCENTUALE NATURALE.

NON È POSSIBILE SCOPRIRE LA MASSA IN GRAMMI DEI SINGOLI ATOMI SOMMANDO LA MASSA DELLE SUE PARTICELLE.

Per questo la scala delle masse atomiche nella tavola sono MASSE ATOMICHE RELATIVE

All’Isotopo di carbonio 12 è stata assegnata la massa atomica 12,000

L’UNITÀ DI MASSA ATOMICA é 1/12 della massa dell’isotopo C12, ossia la massa del protone.

ENERGIA E CAMBIAMENTI IN ENERGIA

L’Energia potenziale di trasforma in: a MENO STABILE

CINETICA (in una cascata)

◦ENERGIA oYiieeIE.ie

ELETTROMAGNETICA (luminosa, in un atomo)

◦ENERGIA TERMICA (in una reazione chimica)

◦ENERGIA oo.a PIÙ STABILE

l’energia potenziale che il sistema acquista quando le particelle di separano si converte in energia cinetica quando l’attrazione

reciproca le unisce.

I pianeti più interni sento di più l’attrazione di gravità del sole quindi per loro sarà piu difficile allontanarsi.

Questo indica una grande stabilità, che corrisponde ad una energia potenziale negativa.

Pianeti a distanza infinita non hanno alcuna interazione col sole. Poiché perché allontanare un pianeta devo aumentare la sua energia

potenziale, ossia FORNIRE ENERGIA. LE ONDE ELETTROMAGNETICHE

Costituite da:

LUNGHEZZA D’ONDA, (λ) la distanza tra due massimi successivi (m)

FREQUENZA, (f o v) il numero di onde che passa in un punto nell’unità d tempo (Hz)

v = c / c = 3 * 10^8 m/s

con

λ

E = hv = hc / con h = 6.6 * 10^-34 J s COSTANTE DI PLANCK

λ

Tra loro vi è una proporzione che viene descritta dall’INDICE UV.

Dove decresce dai Gamma alle Radio e f con E aumenta dalle Radio ai Gamma.

λ radio, Microonde, Infrarossi

◦Onde VISIBILE ( 380 - 780 nm)

◦LUCE Raggi X, Raggi Gamma

◦Ultravioletti,

TEORIA DI BHOR PER L’ATOMO DI IDROGENO

Quando un fascio di luce bianca ( che contiene in se tutti i colori) attraversa un prisma trasparente, essa viene scomposta nelle sue

varie che costituiscono LO SPETTRO CONTINUO.

λ

Secondo questa osservazione, se noi poniamo un tubo a scarica di gas con H all’interno, questo emetterà attraverso il prisma soltanto

determinate frequenze, poiché si tratta di una delle caratteristiche dei gas.

Costituendo lo SPETTRO A RIGHE, tale risulta caratteristico per ogni elemento.

lo SPETTRO DI EMISSIONE è sempre formato da un numero discreto e discontinuo di radiazioni.

Per l’Idrogeno, tale esperimento viene condotto anche variando la temperatura del gas:

con un H CALDO, nello spettro prevale il nero con pochissime linee di colore SPETTRO DI EMISSIONE

con un H FREDDO, nello spettro prevalgono le linee di colore SPETTRO DI ASSORBIMENTO

LA QUANTIZZAZIONE DELL’ENERGIA

L’Energia proprio come la materia, non è divisibile all’infinito ma solo fino ad una quantità minima definita detta QUANTO.

QUANTO => E = hv

Secondo la SCIENZA QUANTISTICA l’energia viene acquisita o ceduta solo in QUANTI o in sui multipli. Secondo la CLASSICA invece

questa può essere solo trasferita in modo continuo, in piccole quantità.

ANALOGIA

Il calciatore che calcia il pallone è la fonte di eccitazione (il calore o la scarica elettrica)

x la QUANTISTICA, la palla rientrerà indietro dopo un lavoro SOLO in determinati livelli di energia, emettendo specifiche.

λ

x la CLASSICA, la palla dopo essere stata calciata potrà trovarsi a qualsiasi altezza rispetto al suolo e ricadendo allo stato

fondamentale, potrà emettere qualsiasi &lam