Appunti prima lezione Chimica

Atomo

Massa atomo = massa nucleo (perché è concentrata qui).

Volume atomo = nell'area occupata dagli elettroni.

L'atomo per interagire con gli altri atomi (e formare legami) impegna gli elettroni.

Fluorine

• (Z) atomic number
• N protoni
• Symbol
• Electron configuration
• Name
• Atomic weight
• Atomic state at 20 C (68 F)
• Halogens
• Gas

N di massa = Z+N (N di particelle nel nucleo).

Protoni 1,6726 x 10^-27 kg.

Neutroni 1,6749 x 10^-27 kg.

Elettroni 9,1094 x 10^-31 kg.

Esterni, quindi sono persi/acquistati, non sono in numero costante.

Il nucleo non varia, allora N p = N e in un atomo neutro, quindi il N di protoni ci suggerisce anche il N elettr.

¹H (1 prot. + 0 neutr.)

²H (1 prot + 1 neutr.) - deuterio, isotopo dell'idrogeno.

³H (1 prot + 2 neutr.) - trizio.

Atomi dello stesso elemento che hanno # numero di neutroni.

³⁵Cl 17 P 18 N 75%.

³⁷Cl 17 P 20 N 25%.

Massa atomica media: (35 x 0,75) + (37 x 0,25) = 35,5 u.m.a.

Massa pesata → non aritmetica, tengo conto dell'abbondanza.

Omax della materia: 22,48 g cm^-3 (OS).

Nucleo atomo: 10¹² g cm^-3.

Atomo

Massa atomo = massa nucleo (perché è concentrata qui).

Volume atomo = nell'area occupata dagli elettroni.

L'atomo per interagire con gli altri atomi (e formare legami) impegna gli elettroni.

Fluorine

• (Z) atomic number N° protoni
• Symbol
• Electron configuration
• Name
• Atomic weight
• N° di massa = Z+N
• Physical state at 20 °C (68 °F)
• Halogens
• Gas

Protoni 1,6726 x 10^-27 kg.

Neutroni 1,6749 x 10^-27 kg.

Elettroni 9,1094 x 10^-31 kg.

Esterni, quindi sono persi/acquistati, non sono in numero costante.

Il nucleo non varia, allora N° P = N° E in un atomo neutro, quindi il N° di protoni ci suggerisce anche il N° elettr.

1 H (1 prot. + 0 neutr.)

2 H (1 prot + 1 neutr.) -> deuterio, isotopo dell'idrogeno.

3 H (1 prot + 2 neutr.) -> trizio.

Atomi dello stesso elemento che hanno # numero di neutroni.

35 Cl 37 Cl 17 P 17 P 18 N 20 N 75% 25%.

Massa atomica media: (35 x 0,75) + (37 x 0,25) = 35,5 u.m.a.

Massa pesata -> non aritmetica, tengo conto dell'abbondanza.

Omax della materia: 22,48 g cm^-3 (OS).

O nucleo atomo: 10¹² g cm^-3.

Unità di massa atomica

1 u.m.a = 1,66 x 10^-24 g.

u.m.a = 1/12 della massa dell'isotopo 12 C.

N.B. si potrebbe pensare:

Massa del protone 1,6726 x 10^-24 g.

Massa del neutrone 1,6749 x 10^-24 g.

Media 1,6775 x 10^-24 g.

Tuttavia: 1 u.m.a = 1,66 x 10^-24 g.

6 protoni.

6 neutroni.

Fusione nucleare

Fusione nucleare: unione di particelle per creare un nuovo nucleo atomico.

¹²C + energia.

Media (N+P)/12 - 1/12 12 C.

Massa persa durante la fusione e trasformata in energia, secondo l'eq di Einstein: E = mc².

Energia in cui si è trasformata la massa persa.

Massa persa.

Velocità della luce nel vuoto.

Viene dal fatto che le particelle quando vanno a riunirsi all'interno del nucleo, perdono una piccola quantità di massa: difetto di massa.

Elementi

Elementi (esistenti in natura sono 90).

Il più abbondante sulla terra -> ferro (nel nucleo) (nel mantello fluido) (nella crosta) (ossigeno nella crosta terrestre) (azoto nell'aria).

Nell'universo H e He.

Stabilità nei nuclei atomici

Stabilità nei nuclei atomici.

ZZ = NN.

Nuclei stabili che esistono.

Energia con cui le varie particelle sono legate nel nucleo.

Prendo un nucleo, gli butto energia, tanto da romperlo e separare le part. che lo costituiscono.

Divido la quantità di E, che ho usato, per il n degli particelle che ho separato -> energia media di legame per nucleone.

Maggior energia più è stabile il nucleo.

Posso ottenere en. nucleare sia mettendo insieme nuclei più piccoli in nuclei più grossi sia rompendo nuclei più grandi per ottenerne di più piccoli.

Fusione nucleare.

Rompo il nucleo di uranio in nuclei più piccoli.

Vado verso una situazione più stabile = a minor contenuto di energia.

Quella in eccesso viene emessa e utilizzata.

Fusione nucleare nelle stelle

Fusione nucleare nelle stelle.

La fusione nucleare.

Idrogeno.

Radiazione gamma.

Elio-3.

Deuterio.

Elio-4.

Idrogeno.

Questo Z si trasforma in N emettendo una particella positrone e+.

Non è stabile.

Stabile.

(Si ricomincia).

Deuterio H-2.

1 protone.

1 neutrone.

Elio -4.

2 protoni.

2 neutroni.

Trizio H-3.

1 protone.

2 neutroni.

Fusione nucleare artificiale

La fusione nucleare artificiale.

Nei reattori a fusione nucleare.

Energia.

Neutrone libero.

Creano qualcosa di poco stabile che si frammenta in elio-4 + n.

Questo processo non si utilizza nella pratica: costoso e dispendioso.

Costringere i due nuclei ad avvicinarsi per fondersi (fornendo molta energia all'inizio, temp di milioni di gradi).

Non c'è materiale che regga per contenere questa fusione.

Devo quindi generare C. magnetici per isolarla, serve molta energia.

Come produciamo noi energia nucleare

Come produciamo noi energia nucleare.

È basata sull'instabilità di 236U.

Nucleo di uranio 235.

Energia liberata.

Fissione.

236U (non stabile).

Se c'è una massa di uranio sufficiente (massa critica) -> esplosione /incidente nucleare (reazione che non posso controll.).

Nelle centrali controllata es. con il berillio.

Neutrone.

Neutroni.

(E così via).

Reaz a catena.

Radioattività

Radioattività.

Principali forme di radiazione.

• Radiazione α
• Radiazione β
• Radiazione γ

Nucleo instabile.

He.

e-.

Def: emissione da parte di un nucleo di energia / particelle.

α rilascio da parte di un nucleo di una particella di nucleo -> E4.

Poco penetranti.

Grossi di massa e molto carichi.

Interagiscono molto con la materia e quindi le fermo facilmente.

β cariche negativ. corrispondono al rilascio di un e dal nucleo (dalla traf. di un N in Z).

Cariche ma non di grossa massa.

Poco più penetranti.

γ radiaz. elettromagnetiche ad alta energia.

Molto penetranti.

Mole e massa molare

2H₂ + O₂ -> 2H₂O.

1 mole = 6,023 x 10²³ oggetti (es. atomi).

Fe 55,845 uma/atomo * 1,66 x 10^-24 g/uma = 9,27 x 10^-23 g/atomo Fe.

9,27 x 10^-23 g/atomo Fe * 6,023 x 10²³ atomo Fe/mole = 55,85 g/mole.

Dovendo far reagire F con S per formare FeS occorrerà prendere in ugual numero atomi di Fe e di S da far reagire: a quanti grammi corrispondono se si vuole ottenere 1mol di prodotto?

La reazione è Fe + S -> FeS.

1mole di Fe ha massa 55,845g.

1mole di S ha massa 32,064g.

1 mole di FeS 87,909g.

N.B. massa molare = somma masse atomiche degli atomi che costituiscono un certo composto.

Reazione tra Fe e S

Ma cosa succede se facciamo reagire 1g di Fe con 1g di S.

1g Fe / 55,845 g/mole = 0,0179 mol Fe.

1g S / 32,064 g/mole = 0,031 mol S.

1g S contiene più atomi di 1g Fe, contiene un numero maggiore di moli.

Reagente limitante.

In eccesso.

Fe + S -> Fe S.

0,0179 0,031 0,0179.

0,0179.

Avanzerà dello zolfo.

Di questo ne reagisce 0,0179 (in quantità uguali).

Si formano 0,0179 mol x 87,909 g/mol = 1,58 g FeS.

0,031 mol S iniziali - 0,0179 mol S reagite = 0,013 mol S rimane x 32,064 g/mol = 0,42 g S avanzate.

Non hanno più Fe con cui reagire.

Formazione di Fe₂S₃

E se facciamo reagire 1g di Fe con 1g di S per formare un composto diverso, Fe₂S₃?

In questo caso la reazione si scrive 2Fe + 3S -> Fe₂S₃.

2 : 3 = 0,0179 : x.

x = 0,0268.

L'agente limitante è ancora il ferro.

0,0179 mol Fe reagiscono 0,0268 mol S -> 0,0090 mol Fe₂S₃.

(In parti uguali).

(2 atomi Fe + 3 atomi S).

(55,845 x 2 + 32,074 x 3) = 207,88 g/mol.

0,0090 mol Fe₂S₃ x 207,88 g/mol = 1,87 g Fe₂S₃ massa molare.

(0,031 - 0,0268) mol x 32,064 g/mol = 0,31 g S avanzano.

(Meno moli ma pesano di più).