Chimica generale e inorganica

SISTEMA INTERNAZIONALE

Il sistema internazionale di unità di misura (SI) è il più diffuso sistema di unità di misura ed è

entrato in vigore nel 1960. Questo sistema è l'evoluzione del sistema cgs

(centimetro-grammo-secondo), che viene spesso indicato come sistema metrico decimale.

Il metro, infatti, è l'unità di misura di riferimento utilizzata per definire tutte le altre, questo

perché il rapporto tra multipli e sottomultipli di ogni sua unità di misura è sempre 10 o una

potenza di 10.

L’unità di misura è un valore definito che serve a quantificare la grandezza fisica di un

corpo, di una sostanza o di un fenomeno che incontriamo nel mondo reale.

Vengono definite grandezze fisiche l'entità misurabili, che consentono di eseguire

operazioni matematiche. Queste sono le uniche considerate dal Sistema Internazionale di

Unità di Misura (S.I.).

La necessità di formulare delle unità di misura è dovuta alle necessità del mercato.

Diventato sempre più internazionale lo scambio di merci, per cercare di semplificare lo

scambio tra paesi diversi.

Questo portò nel 1860 alla Conferenza generale dei pesi e delle misure in Francia. Tale

luogo divenne così il centro metrologico del mondo, dove in un laboratorio, vengano

conservati tutt'oggi tutti i campioni primari di ogni grandezza (il pollice campione, il piede

campione ecc.), utilizzati come standard di riferimento definendolo campione primario.

Successivamente vennero fatte delle copie di questi campioni primari e distribuite in tutte il

mondo, in maniera tale che tutti i paesi potessero comunicare tra di loro.

Il metro venne usato come unità fondante di tutto il sistema, si parla infatti di sistema

metrico.

Il S.I. ha diverse caratteristiche:

●​ Completo: ovvero che tutte le grandezze fisiche possono essere ricavare dalle

grandezze fondamentali;

●​ Coerente: in quanto le relazioni che definiscono le unità delle grandezze derivate

non contengono fattori di proporzionalità diversi da 1;

●​ Decimale (tranne che per la misura degli intervalli di tempo): poiché multipli e

sottomultipli delle unità di misura sono potenze di 10.

Il S.I da anche informazioni sui nomi e simboli che vanno utilizzati quando incontriamo

determinate unità di misura.

Determina anche l’uso dei prefissi

moltiplicativi secondo multipli di

1000.

Il S.I. è costituito da unità di base

e unità derivate.

Giulio Iozzi 1

L'unità di base è formata da:

●​ Unità Fondamentali: sono 7 unità di misura riferite alle rispettive 7 grandezze

fisiche.

●​ Unità Supplementari: 2 unità di misura riferite alle rispettive 2 grandezze fisiche.

Sono indipendenti, ovvero che non possono essere espresse in relazione di quelle

fondamentali.

L'unità derivate si ottengono combinando tra di loro le unità di basa.

Per cercare di ridurre l’errore

che si creava dell’utilizzo del

campione solido, fu deciso di

optare per costanti che

descrivono fenomeni naturali.

Sono in totale 7 e descrivono

le unità fondamentali del S.I.

QUANTITÀ DI SOSTANZA

La quantità di sostanza (mole) è l'unità principale che noi prendiamo in considerazione. Dal

20 maggio 2019 quest’ultima e presente rientra nel S.I. dell'unità di misura come la quantità

di sostanza che contiene un numero di Avogadro (6.022 x 10^23) di particelle, atomi o

molecole. La quantità di sostanza, simbolo n, di un sistema è una misura del numero di

entità elementari specificate. Un'entità elementare può essere un atomo, una molecola, uno

ione, un elettrone, qualsiasi altra particella o un gruppo specificato di particelle.

Unità indipendenti dal S.I.

●​ Unità di massa atomica: l'unità di massa atomica è pari a 1/12 della massa di un

atomo del nuclide.

●​ Elettronvolt: l'elettronvolt è l'energia cinetica acquisita da un elettrone che passa nel

vuoto da un punto ad un altro, e che abbia un potenziale superiore di 1 volt;

1 V = 1.6021892 x 10-19 joule.

​ Unità non ammesse al S.I.

Giulio Iozzi 2

COME E QUANDO NASCE LA CHIMICA?

Le prime teorie che tentano di spiegare il comportamento della materia, e risalgono ai filosofi

greci come Democrito, il quale definì il concetto di atomo. Ovvero un corpo composto da

tante particelle indivisibili (atomo in greco) e immutabili.

In seguito, gli influssi arabi ed egiziani sulla cultura greca si giunse alla nascita dell'alchimia,

un'antica pratica che non può essere definita una scienza rigorosa, poiché combinava

elementi di chimica, fisica, astrologia, arte, metallurgia, medicina e religione.

La storia della chimica intesa come scienza sperimentale ha inizio solo nel 16 e 17 secolo

quando si cominciò ad analizzare con metodo scientifico la materia e le sue trasformazioni,

allontanandosi dalle misteriose teorie dell'alchimia.

Il processo di transizione tra alchimia e chimica avvenne quindi piuttosto gradualmente.

Evangelista Torricelli scoprì il modo di misurare la pressione atmosferica e

Dopo che

formulò il concetto di vuoto.

Questo diede il via a numerosi esperimenti per lo studio dei gas, e tra questi studi ricordiamo

quello di Robert Boyle. Quest’uomo fu tra i primi ad applicare il metodo scientifico allo

studio della materia e delle sue trasformazioni.

Questo rappresento il vero inizio della chimica come scienza e la fine dell’alchimia.

La vera fine dell'alchimia si ha però con Antoine Lavoisier, il quale demolì la teoria del

flogisto con la sua legge di conservazione della massa nel 1789. Attraverso l’evidenza

sperimentale riuscì a fare affermare la chimica come una scienza rigorosa. Egli ad oggi è

considerato il padre della chimica moderna.

LA TEORIA DEL FLOGISTO

Stahl osservo che se si scalda un metallo si ha la formazione di una scoria, la calce. Questa

scoria dava al metallo di partenza un peso superiore, e facendo il processo inverso il metallo

di partenza aveva un peso minore rispetto alla calce.

Secondo l’alchimia questa trasformazione era dovuta alla presenza, in alcune sostanze, di

Stahl, non aveva

un particolare fluido chiamato flogisto. Questo flogisto, secondo

pesantezza ma leggerezza. Ovvero quando un corpo aveva il flogisto era più leggero, e

quando si trasformava in calce era più pesante, questo perché il riscaldamento faceva

allontanare il flogisto. In seguito, il metallo con il raffreddamento faceva tornare il flogisto, e

quindi tornare leggero.

Lavoisier non era convinto di questa spiegazione, allora si occupò di fare una serie di

esperimenti per andare a dimostrare l’esistenza del flogisto o no.

Prese un recipiente chiuso, inserendo dentro diversi metalli, con quantità limitate di aria. In

seguito, scaldo e vide la formazione della calce da parte dei metalli, e questo portava il loro

peso ad aumentare, ma osservo che il peso del recipiente non cambiava era sempre lo

stesso. Facendo anche il processo inverso da calce a metallo, anche in questo caso il peso

del recipiente non cambiava.

Questo portò Lavoisier a enunciare la sua legge di conservazione della massa, spiegando

veramente cosa succede in questa trasformazione. Ovvero che un metallo, che viene

riscaldato, in presenza di aria, si ossida. Si ha una nuova trasformazione degli elementi

presenti nel recipiente, formando un composto più complesso e quindi più pesante. Facendo

Giulio Iozzi 3

il processo inverso il composto complesso si dissolve e gli elementi che si erano uniti

tornano nello stato di partenza.

LEGGE DI CONSERVAZIONE DI MASSA

“In una reazione chimica la massa totale si conserva”

La somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti. Ovvero

quando abbiamo davanti un'equazione di reazione, che descrive una reazione chimica, a

sinistra e a destra della freccia di reazione devono esserci gli stessi elementi nelle stesse

quantità. L’unica cosa che cambia e la combinazione degli elementi tra di loro.

“Nulla si crea, nulla si distrugge, ma tutto si trasforma”

LEGGE DELLE PROPORZIONI DEFINITE (O LEGGE DI PROUST)

Grazie agli studi di Lavoisier, altri chimici alla fine del 1700 fecero esperimenti tramite

l’utilizzo del metodo scientifico (analizzare le cose in maniera scientifica in modo da poter

ripetere gli esperimenti).

Nel 1969 viene definita legge delle proporzioni definite (o legge di Proust), la quale afferma

che:

“Un composto puro, qualunque sia l’origine o il modo di preparazione, contiene sempre

quantità definite e costanti degli elementi, proporzionali alla loro massa”.

Questo significa che, ad esempio, l’H O ha sempre due molecole di H e una molecola di O,

2

avendo così un rapporto costante 2:1.

LA TEORIA ATOMICA DI DALTON

Lavoisier e Proust rappresentano la base della teoria atomica di Dalton, molto sconvolgente

per il periodo che era in piena rivoluzione industriale.

Questa teoria atomica dice che:

●​ La materia è composta da particelle indivisibili chiamate atomi. Un atomo è una

particella estremamente piccola che mantiene la sua identità durante le reazioni

chimiche.

●​ Un elemento è un tipo di materia composto da un solo tipo di atomo. Tutti gli atomi

dello stesso elemento hanno la stessa massa e le stesse proprietà.

●​ Un composto è un tipo di materia costituito da atomi di due o più elementi

chimicamente uniti in proporzioni fisse.

●​ Una reazione chimica è un esempio di trasformazione della materia, in particolare

essa consiste nella ricombinazione degli atomi presenti nelle sostanze reagenti in

modo da ottenere nuove combinazioni chimiche nelle sostanze formate dalla

reazione (prodotti).

Dalton inoltre fu anche il primo ad introdurre i simboli atomici, utilizzando dei cerchi che

erano una rappresentazione concreta della sua idea dell’atomo.

Il cerchio rappresenta l’atomo al cui interno poneva un segno particolare o la lettera iniziale

del nome inglese. Questo metodo però fu abbandonato subito e sostituito con quello che noi

Giulio Iozzi 4

oggi conosciamo, fu grazie ad uno svedese Berzelius. Spesso i diversi composti vengono

nominate in base alla prima lettera del nome latino.

STRUTTURA DELL'ATOMO

Vari esperimenti condotti tra la fine del 1800 e l’inizio del 1900 dimostrarono che gli atomi

non sono indivisibili, ma costituiti da particelle più piccole (elementari). Questi esperimenti

furono fatti solo in quel periodo poiché fino a quel momento il pensiero scientifico si è dovuto

affermare, e inoltre dopo la rivoluzione industriale si ha un'evoluzione dei laboratori con

nuove strumentazioni.

Le particelle subatomiche sono:

●​ Elettroni (e^-),

●​ Protoni (p^+),

●​ Neutroni (n^0).

Elettroni → Gli elettroni determinano come si legano i diversi elementi fra di loro.

Vennero scoperti nel 1800 attraverso degli studi sulla trasformazione della materia, in

seguito al passaggio di corrente elettrica.

In questi esperimenti fu notato che se una corrente elettrica passava in alcune sostanze si

otteneva la decomposizione degli elementi che la costituiscono. Questo ha portato all'ipotesi

che questi elementi siano tenuti insieme da una forza elettrica.

In seguito, Faraday, trovò una correlazione fra la quantità di elettricità che veniva fatta fluire

e la quantità di materia prodotta.

Finché, nel 1874 Stoney, ipotizzo che ci fossero delle unità di carica elettrica associati agli

atomi, e che queste unità si chiamano elettroni.

Questa ipotesi doveva essere dimostrata, e fu dimostrata attraverso l'utilizzo di un tubo di

raggi catodici.

Il tubo a raggi catodici è un strumento costituito da un tubo di vetro, al cui interno c'è un gas

a pressione ridotta. Al suo interno inoltre c'è una lastra carica negativamente (catodo) e una

lastra carica positivamente (anodo), queste due messe agli estremi del tubo e collegate ad

un generatore di corrente.

Dietro l’anodo fu inoltre collocato uno schermo fluorescente. Questo portò all’osservazione

di un flusso di particelle che si muovevano presso l’anodo carico positivamente, e questo

fece dedurre che le particelle fossero cariche negativamente.

Giulio Iozzi 5

In seguito, fu dimostrato che questo fascio si muoveva secondo linee rette, che erano

indipendenti dalla composizione della materia da cui si originano (ovvero dal catodo) e che

trasportano una carica elettrica negativa.

Successivamente furono fatte diverse modifiche al tubo a raggi catodici, per verificare

queste osservazioni, tra cui:

1.​ Un piccolo oggetto piazzato sulla traiettoria del fascio di raggi catodici genera

un'ombra. Questo dimostra che i raggi viaggiano in linea retta. Viene tolto il

collimatore, il quale serve ad indirizzare il raggio verso l'anodo.

2.​ Se si applica in un punto un campo elettrico ortogonale al tubo a raggi catodici, con

in alto l'estremità positiva e in basso l'estremità positiva. Si avrà una deflessione

verso il basso, verso l'estremità positiva, e questo implica che il fascio sia composto

da particelle negative.

3.​ Se inserisco un magnete, anche in questo caso il raggio di particelle è deflesso verso

il basso. Questo conferma l’esperimento precedente.

4.​ Infine, applicando una piccola ventola in mezzo al percorso del raggio di particelle,

osserviamo la rotazione di questa elica. Questo ci fa capire che queste particelle

cariche negativamente hanno anche una massa, molto piccola.

Grazie a tutti questi esperimenti sono stati scoperti gli elettroni.

ESPERIMENTO DI THOMSON

Thomson non si fermò, e con una modifica del tubo a raggi catodici riuscì a scoprire il

rapporto carica/massa di questi elettroni. Conoscere la massa ci aiuta a caratterizzare e

differenziare le diverse particelle subatomiche.

Thomson prese un tubo a raggi catodici e lo sottopose sia ad un campo magnetico

ortogonale e a campo elettrico. Entrambi i campi cercano di attirare a sé le cariche negative

di corrente possiamo annullare questa

nel raggio di particelle. Regolando però l'intensità

competizione di attrazione fra i due campi, ottenendo così un andamento lineare del raggio

di particelle.

Thomson arrivò alla fine a concludere che la velocità delle particelle era uguale al rapporto

fra l'intensità del campo elettrico e l'intensità del campo magnetico.

=

Usando questa relazione applicando o solo il campo elettrico o solo il campo magnetico si

può determinare il rapporto carica/massa.

Dopo una serie di calcoli, Thomson, arrivo concludere che il rapporto carica/massa degli

elettroni è: 8

= 1. 7588 10

La carica fu successivamente quantizzata da Millikan, con l'esperimento di Millikan.

L’esperienza con cui fu possibile misurare la carica elettrica dell’elettrone e che confermò

definitivamente l’esistenza dell’unità elementare di elettricità.

Millikan utilizzò un cilindro di vetro chiuso diviso in due parti. Nella parte superiore era

presente una piccola apertura connessa ad un iniettore, che introduce goccioline di olio,

sotto forma di nebbiolina. Le due parti erano divise da una lastra con un foro centrale,

questo consentì alle goccioline che condensano su di essa di passare nella parte bassa del

cilindro. Nella parte bassa era presente un'altra lastra carica negativamente, invece la lastra

Giulio Iozzi 6

che divide due parti e carica positivamente, consentendo così di applicare una differenza di

potenziale tra le due.

Nella parte inferiore del cilindro era presente anche una sorgente a raggi X la quale rendeva

l'aria ionizzata. Quando le goccioline di olio attraversarono la lastra, per forza di gravità,

entrarono in collisione con le cariche negative, provenienti dall’aria ionizzata dai raggi X,

rendendo le goccioline cariche negativamente, tendendo a muoversi verso l’anodo carico

positivamente. Aumentando la differenza di potenziale la velocità di caduta delle gocce

diminuisce.

Ad un determinato valore di differenza di potenziale la forza elettrica e la forza di gravità si

bilanciano e la gocciolina si ferma.

Dalla massa (volume x densità) nota delle goccioline e dal voltaggio applicato per

mantenere ferme le gocce cariche fu possibile calcolare la carica presente sulle gocce. Tutte

le cariche misurate da Millikan risultarono essere un multiplo intero dello stesso numero di

carica elementare minima (e) assunta come carica di un singolo elettrone.

−19

= 1. 60218 10

Unendo le due scoperte scientifiche, quella di Thomson e quella di Millikan, possiamo

calcolare la massa dell'elettrone. −28

= 9. 1094 10

GOLSTEIN

Qualche anno dopo Golstein riprese il modello di Thomson e cambiando la posizione dello

schermo fluorescente dopo il catodo, osservò un raggio di particelle che si muovevano verso

il catodo, quindi cariche positivamente. All'inizio queste particelle cariche positivamente

furono chiamate raggi canale, poiché veniva usato un catodo con delle fessure molto più

grandi rispetto a quelle utilizzate per gli elettroni. Questi raggi si generavano perché gli atomi

del gas all’interno del tubo perdevano elettroni.

Le cariche positive sono ad oggi denominate come protoni, la cui carica è uguale e

contraria a quella dell’elettrone, e la sua massa è però circa 1836 volte più grande di quella

dell’elettrone.

Successivamente Thomson lavoro al modello atomico di Thomson, detto anche modello

atomico a panettone. Secondo Thomson, l'atom