Introduzione alla chimica

Origini della chimica

Parola di dubbia provenienza (nome comunque antico)

Risultato dell’epoca moderna (disciplina vera e propria)

1500–1700: scienza autonoma con principi e tecniche proprie che la differenziano dalla fisica e altre scienze

Periodo prealchimistico

Fino al IV sec. d.C.

Conoscenze spesso ottenute casualmente

Si preparano alcuni metalli e leghe

Egitto: vetro, terracotte, pigmenti, oli, resine, grassi, sapone

Periodo alchimistico

IV - XVII sec.

Ricerca della pietra filosofale (trasformazione dei metalli in oro, elisir di lunga vita)

Scoperte sui metalli

Iatrochimica (per la medicina)

Chemiatria (fenomeni vitali)

"The Sceptical Chemist": Boyle definisce il concetto di elemento

Reazione chimica, combinazione, legge dei gas

Teoria del flogisto: interpretazione unitaria di fenomeni; alcuni processi industriali

Teoria atomico-molecolare: Lavoisier confuta il flogisto (esperimenti); nuovo concetto di elemento

Introduce il simbolismo chimico

XIX sec.: leggi fondamentali delle combinazioni

Ipotesi atomica (Dalton, Avogadro)

Elettrolisi, sintesi di composti organici

Primi modelli atomici

Chimica moderna

Bohr applica la teoria dei quanti di Planck

Meccanica quantistica (ondulatoria)

Valenza e legame chimico

Termodinamica, cinetica, elettrochimica

Chimica organica e dei polimeri

Origini della chimica

Parola di dubbia provenienza (nome comunque antico)

Risultato dell'epoca moderna (disciplina vera e propria)

1500 - 1700: scienza autonoma con principi e tecniche proprie che la differenziano dalla fisica e altre scienze

Periodo prealchimistico

Fino al IV sec. d.C.

Conoscenze spesso ottenute casualmente

Si preparano alcuni metalli e leghe

Egitto: vetro, terracotte, pigmenti, oli, resine, grassi, sapone

Periodo alchimistico

IV - XVII sec.

Ricerca della pietra filosofale (trasformazione dei metalli in oro, elisir di lunga vita)

Scoperte sui metalli

Iatrochimica (per la medicina)

Chemiatria (fenomeni vitali)

"The Sceptical Chemist": Boyle definisce il concetto di elemento, reazione chimica, combinazione, legge dei gas

Teoria del flogisto: interpretazione unitaria di fenomeni; alcuni processi industriali

Teoria atomico-molecolare: Lavoisier confuta il flogisto (esperimenti); nuovo concetto di elemento; introduce il simbolismo chimico

XIX sec.: leggi fondamentali delle combinazioni; ipotesi atomica (Dalton, Avogadro); elettrolisi, sintesi di composti organici; primi modelli atomici

Chimica moderna

Bohr applica la teoria dei quanti di Planck; meccanica quantistica (ondulatoria); valenza e legame chimico; termodinamica, cinetica, elettrochimica; chimica organica e dei polimeri

Elementi chimici

Sostanze che non possono essere decomposte con mezzi: fisici o chimici

Composti chimici: formati dall'unione di due o più elementi; composizione definita e costante

Elementi composti | Fasi pure (sostanze)

Ad ogni elemento corrispondono un nome e un simbolo

Gli elementi chimici sono distribuiti in natura in modo ineguale

Es. percentuali in peso degli elementi costituenti

Crosta terrestre

• Ossigeno 48,6%
• Silicio 26,3%
• Alluminio 7,7%
• Ferro 4,8%
• Calcio 3,5%
• Sodio 2,7%
• Potassio 2,5%
• Magnesio 2%

Universo esplorato

• Idrogeno 60,4%
• Elio 36,6%
• Ossigeno 1%
• Neon 0,7%
• Carbonio 0,3%

Il sistema periodico degli elementi

Inizialmente suddivisi in:

• Metalli: lucentezza, buoni conduttori, in genere duttili (capaci di essere ridotti sotto forma di fili) e malleabili (in fogli sottili). Danno ossidi basici.
• Non metalli: il contrario

Mendeleev divise gli elementi in una griglia, secondo il P.A. crescente.

Gli elementi lungo una colonna hanno le stesse caratteristiche, mentre le proprietà variano regolarmente negli elementi lungo le righe.

Ma in diversi casi l’inversione di due elementi migliora l’andamento periodico.

In tutti questi casi, l’inversione porta a disporre gli elementi secondo il numero atomico (Z, che Mendeleev non conosceva).

Nella tavola periodica moderna, ogni elemento è ordinato secondo il numero atomico (occupandone la casella corrispondente).

Z = numero di protoni, e di elettroni => le proprietà chimiche dipendono dagli elettroni

Il numero del periodo (riga) è lo stesso dello strato più esterno occupato da elettroni nello stato fondamentale.

Gruppi e orbitali

Colonne: Gruppi

• I metalli alcalini
• II alcalino-terrosi
• VII B: alogeni
• O: gas nobili

Orbitali più esterni

• Blocco s
• Blocco p
• Blocco d (elementi di transizione)
• Blocco f

Energia di ionizzazione

Energia necessaria ad allontanare l’elettrone più debolmente legato all’atomo

1^a ionizzazione: energia assorbita togliendo un elettrone all’atomo isolato

I₁ atomo → ione +

2^a ionizzazione: strappare allo ione + un altro elettrone

I₂ ione + → ione ++

Z^* = carica nucleare efficace = carica effettiva del nucleo agente sull’elettrone

Valori diversi in base ad orbitale e agli elettroni sottostanti che schermano la carica

Schermatura: s > p > d > f

• Aumenta lungo il periodo → contrazione dell’orbitale
• Diminuisce da un periodo all’altro
• Elettrone più lontano
• Nucleo più schermato

Andamento dell'energia di ionizzazione

Energia di ionizzazione

• Aumenta lungo il periodo
• Diminuisce lungo il gruppo (generalmente)

I₁ < I₂ < I₃, ...

• e^- più difficile togliere un elettrone
• Atomo già carico
• Elettrone più fortemente legato
• Nucleo meno schermato