Formulario chimica

Formulario di chimica

Stechiometria

Mole: quantità di sostanza che contiene 6,022 x 10²³ entità (numero di Avogadro)

Massa molare (MM): somma delle varie masse atomiche (moltiplicate per i pedici)

Conversione di quantità di sostanza, massa e numero di entità chimiche:

• Numero di grammi (g) massa = numero di moli × massa in grammi di 1 mol
• Numero di moli = massa/MM
• Numero di entità = numero di moli × 6.022 × 10²³ entità

Percentuale in massa ottenuta dalla formula chimica:

% in massa dell'elemento X = (moli di X nella formula × massa molare di X / massa di 1 mol di composto) × 100

Reagente limitante

Se in un problema ho x grammi di un reagente X e y grammi di un altro reagente Y:

n moli necessarie di X = n mol di Y / rapporti dei coefficienti stechiometrici

Modello atomico

E = hν = hν

Ipotesi di Planck: E: energia, ν: frequenza
Costante di Planck = 6.62 × 10^-34 Js

Principio di indeterminazione (Heisenberg): hΔp × Δ(mv) ≥ h/4π
Δp e Δ(mv): errori commessi nella misura
h: costante di Planck

Numeri quantici

Gli orbitali (soluzioni dell’equazione d’onda) sono identificati dai numeri quantici:

• n: numero quantico principale (tutti i numeri interi da 1 a ∞) esprime l’energia dell’orbitale
• l: numero quantico secondario (tutti i numeri da 0 a n-1) esprime la forma dell’orbitale
• m: numero quantico magnetico (tutti i numeri da -l a l) esprime l’orientamento dell’orbitale nello spazio
• s: numero quantico di spin (vale +½ o -½) indica la rotazione dell’elettrone in modo che non intralci l’altro e non si respingano vicenda (↑ o ↓)

Numero di ossidazione

Regole per assegnare i numeri di ossidazione:

• Gli elementi allo stato fondamentale hanno numero di ossidazione zero.
• L’ossigeno nei composti ha sempre numero di ossidazione -2 tranne nei perossidi (-1), nei superossidi (-½) e nell’ossido di fluoro (+2).
• L’idrogeno nei composti ha sempre numero di ossidazione +1, tranne negli idruri metallici (-1).
• Gli elementi del gruppo 1 hanno stato di ossidazione +1 nei composti.
• Gli elementi del gruppo 2 hanno stato di ossidazione +2 nei composti.
• Lo Zn ha stato di ossidazione fisso +2 nei composti.
• B e Al hanno stato di ossidazione fisso +3 nei composti.
• Negli ioni monoatomici il numero di ossidazione coincide con la carica (valenza ionica) dello ione.
• La somma algebrica dei numeri di ossidazione degli elementi di un composto deve risultare pari alla carica del composto, zero se il composto è una specie neutra.

Tavola periodica

• Gruppi: gli elementi dello stesso gruppo hanno lo stesso numero di elettroni nell’ultimo orbitale.
• Metalli alcalini (Gruppo 1) hanno valenza 1 perché hanno 1 elettrone di valenza che può formare legami.
• Gruppo 18: elementi che hanno raggiunto l’ottetto e quindi sono stabili (tutti gli elementi cercano di raggiungere questa stabilità).

Blocco s: Gruppi 1 e 2
Blocco p: Gruppi da 13 a 18
Blocco d: Gruppi da 3 a 12
Blocco f: Da elemento 58 a 71 + da elemento 90 a 103

Legame chimico

Differenza di elettronegatività (Δ):

Δ < 0.4 → legame covalente puro
0.4 ≤ Δ ≤ 1.7 → legame covalente polare
Δ > 1.7 → legame ionico

Confronto delle forze di legame e delle forze di non legame (intermolecolari)

Orbitali molecolari

L’ordine di legame (ODL) viene definito da:

n° elettr. leganti - n° elettr. antileganti
ODL = totale/2

Ibridazione

• sp: orbitali ibridi a linea, angoli di 180° | Numero sterico (SN) = 2
• sp²: orbitali ibridi a triangolo, angoli di 120° | Numero sterico (SN) = 3
• sp³: orbitali ibridi a tetraedro, angoli di 109.5° | Numero sterico (SN) = 4

Numero sterico di un atomo è il numero di atomi legati all’atomo più il numero di coppie solitarie di elettroni.

Stato gassoso

Teoria cinetica: La teoria cinetica dei gas mostra che l’energia aumenta con l’aumentare della temperatura secondo E = 3/2 kT
k = costante di Boltzmann = 1.381 × 10^-23 J/K

Pressione di un gas: pressione = forza/area della superficie

Gas perfetti

Gas perfetto = un gas che presenta relazioni lineari semplici tra volume (V), pressione (P), temperatura (T) e quantità (n moli).

Leggi dei gas perfetti:

• Legge di Boyle (n e T costanti) isoterma: PV = costante
• Legge di Charles (n e P costanti) isobara: V/T = costante
• Legge di Gay-Lussac (n e V costanti) isocora: P/T = costante
• Legge di Avogadro (P e T costanti): V/n = costante

Equazione di stato: PV = nRT

Densità di un gas: Massa molare di un gas = dRT/P

Legge di Dalton delle pressioni parziali

In una miscela di gas non reagenti, la pressione totale è la somma delle pressioni parziali dei singoli gas.
P_totale = P₁ + P₂ + P₃ + ...

Frazione molare:

Nel caso di un gas A, la frazione molare è: X_A = n_A/n_totale
La pressione parziale del gas A è data dalla pressione totale moltiplicata per la frazione molare di A: P_A = P_totale × X_A

Percentuale in peso per il gas A (%_A): m_A/m_tot × 100

Gas reali

Equazione di stato dei gas perfetti corretta: Equazione di Van der Waals: (P + a(n/V)²)(V - nb) = nRT
a e b: costanti di Van der Waals specifiche di un dato gas

Quantità (numero moli): n [mol]
Temperatura: T [K]
Pressione: P [atm]
Volume: V [l]
Costante universale dei gas: R

Stato liquido

Regola delle fasi: La regola delle fasi di Gibbs per sistemi all’equilibrio:
v = n + m - f

• n: numero di componenti chimici indipendenti del sistema
• m: numero dei fattori fisici attivi (la temperatura in ogni caso, la pressione quando il processo va a equilibrio con una variazione del numero di moli delle specie gassose)
• f: numero delle fasi contemporaneamente presenti
• v: varianza o grado di libertà del sistema (il massimo numero di variabili i cui valori possono essere impostati arbitrariamente – entro un certo intervallo – e fissati i quali, le rimanenti variabili sono automaticamente determinate)
• Il numero delle variabili è dato da: f + il numero di componenti di una fase - 1 per ogni fase.

Stato solido

• I solidi cristallini hanno generalmente una forma ben definita perché le loro particelle (molecole, atomi o ioni) esistono in una disposizione ordinata.
• I solidi amorfi hanno forme mal definite perché sono privi di un ordine ampio delle loro particelle a livello molecolare.

Un cubo ha otto vertici, quindi ogni cella elementare cubica semplice contiene 1/8 di particella in ciascuno degli otto vertici per un totale di 1 particella.

La cella elementare cubica a corpo centrato contiene una particella derivante da 1/8 di particella in ciascuno degli otto vertici e una particella nel centro, per un totale di 2 particelle.

La cella elementare cubica a facce centrate contiene 4 particelle, una derivante da 1/8 di particella in ciascuno degli otto vertici e 1/2 derivanti da particelle in ciascuna delle sei facce.