Riassunto esame Chimica I, prof. Gerbarldi

2017 Appunti di chimica

Politecnico di Torino

Stefano Rosso

Stefano Rosso – 2017/2018©

Sommario

• 1. La mole ...................................................................................................................................................... 5
• 1.1 Simboli e formule .................................................................................................................................... 5
• 1.2 La massa atomica..................................................................................................................................... 5
• 1.3 La mole .................................................................................................................................................... 5
• 2 L’atomo ........................................................................................................................................................... 6
• 2.1 Teoria atomica di Dalton ......................................................................................................................... 6
• 2.2 La scoperta dell’elettrone, l’esperimento di Thomson ........................................................................... 6
• 2.3 La scoperta dei protoni e il nucleo atomico ............................................................................................ 6
• 2.4 La scoperta del neutrone ......................................................................................................................... 7
• 2.5 La struttura dell’atomo ............................................................................................................................ 7
• 2.6 La luce e la sua natura ............................................................................................................................. 7
• 2.7 La quantizzazione dei livelli di energia .................................................................................................... 7
• 2.8 L’atomo di Bohr ....................................................................................................................................... 8
• 2.9 Il modello di Bohr-Sommerfeld ............................................................................................................... 8
• 3 L’atomo quantistico ........................................................................................................................................ 9
• 3.1 Limiti del modello di Bohr-Sommerfeld .................................................................................................. 9
• 3.2 Ipotesi di De Broglie ................................................................................................................................. 9
• 3.3 Principio di indeterminazione.................................................................................................................. 9
• 3.4 L’equazione di Schrödinger ....................................................................................................................... 9
• 3.5 Numeri quantici e orbitali ........................................................................................................................ 9
• 3.5.1 Orbitale di tipo s ............................................................................................................................. 10
• 3.5.2 Orbitale tipo p ................................................................................................................................. 10
• 3.5.3 Orbitali tipo d e orbitali tipo f ......................................................................................................... 10
• 4 Configurazione elettronica ........................................................................................................................... 11
• 4.1 Atomi polielettronici .............................................................................................................................. 11
• 4.2 Configurazione elettronica .................................................................................................................... 11
• 5 Tavola periodica............................................................................................................................................ 12
• 5.1 Caratteristiche della tavola periodica .................................................................................................... 12
• 5.2 Proprietà periodiche degli elementi ..................................................................................................... 12
• 6 Reazioni redox .............................................................................................................................................. 13
• 6.1 Ossidazione ............................................................................................................................................ 13
• 6.2 Riduzione ............................................................................................................................................... 13
• 6.3 Bilanciamento ........................................................................................................................................ 13

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Pag.

• 6.4 Dismutazioni .......................................................................................................................................... 13

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• 6.5 Regole pratiche ...................................................................................................................................... 13
• 7 Legame chimico ............................................................................................................................................ 14
• 7.1 Tipi di legame chimico ........................................................................................................................... 14
• 7.2 Energia di legame e regola dell’ottetto ................................................................................................. 14
• 7.3 Legame ionico ........................................................................................................................................ 14
• 7.3 Legame covalente .................................................................................................................................. 15
• 7.4 Strutture di Lewis .................................................................................................................................. 16
• 7.6 Legame metallico ................................................................................................................................... 16
• 7.7 Le forze di Van der Waals ...................................................................................................................... 16
• 7.8 Legame a idrogeno ................................................................................................................................ 17
• 7.9 Teoria del legame di Valenza VB ........................................................................................................... 17
• 7.10 Orbitali ibridi ........................................................................................................................................ 17
• 7.11 Geometria della molecola, Teoria VESPR ............................................................................................ 18
• 7.12 Teoria degli orbitali molecolari (MO) .................................................................................................. 18
• 8 I gas ............................................................................................................................................................... 20
• 8.1 Caratteristiche fisiche ............................................................................................................................ 20
• 8.2 Gas perfetto ........................................................................................................................................... 20
• 8.3 Leggi dei gas perfetti ............................................................................................................................. 20
• 8.4 Legge delle pressioni parziali di Dalton ................................................................................................. 21
• 8.5 Teoria cinetica dei gas ........................................................................................................................... 21
• 8.6 Gas reali ................................................................................................................................................. 21
• 9 Stato solido e liquido .................................................................................................................................... 22
• 9.1 Stato solido ............................................................................................................................................ 22
• 9.2 Solidi cristallini ....................................................................................................................................... 22
• 9.3 Solidi amorfi ........................................................................................................................................... 23
• 9.4 Solidi ionici, solidi metallici, solidi molecolari e solidi covalenti ........................................................... 23
• 9.5 Allotropia e polimorfismo ...................................................................................................................... 24
• 9.6 Stato liquido........................................................................................................................................... 24
• 9.7 La fase .................................................................................................................................................... 24
• 10 Soluzioni e proprietà colligative ................................................................................................................. 26
• 10.1 Soluzioni .............................................................................................................................................. 26
• 10.2 Proprietà colligative ............................................................................................................................. 27
• 11 Equilibrio chimico ....................................................................................................................................... 28
• 11.1 Equilibrio dinamico .............................................................................................................................. 28
• 11.2 Costante di equilibrio .......................................................................................................................... 28

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• 11.3 Equilibrio eterogeneo .......................................................................................................................... 28

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• 11.4 Previsione dell’andamento di una reazione ........................................................................................ 29
• 11.5 Perturbazioni dell’’equilibrio ............................................................................................................... 29
• 12 Acidi e basi .................................................................................................................................................. 30
• 12.1 Acidi e basi di Arrhenius ...................................................................................................................... 30
• 12.2 Acidi e basi di Bronsted-Lowry ............................................................................................................ 30
• 12.3 Acidi e basi secondo Lewis .................................................................................................................. 30
• 12.4 pH e pOH ............................................................................................................................................. 30
• 13 Solubilità ..................................................................................................................................................... 32
• 13.1 Equilibri di solubilità ............................................................................................................................ 32
• 14 Termochimica ............................................................................................................................................. 33
• 14.1 Sistema ................................................................................................................................................ 33
• 14.2 Principi della termodinamica ............................................................................................................... 33
• 14.2 ΔH di una reazione............................................................................................................................... 33
• 14.3 Spontaneità di una reazione chimica .................................................................................................. 33
• 15 Cinetica chimica ......................................................................................................................................... 35
• 15.1 Velocità di reazione ............................................................................................................................. 35
• 15.2 Radioattività ........................................................................................................................................ 35
• 15.3 Velocità di reazione, dipendenze e energia ........................................................................................ 36
• 16 Elettrochimica ............................................................................................................................................. 37
• 16.1 Reazioni elettrochimiche ..................................................................................................................... 37
• 16.2 Celle voltaiche ..................................................................................................................................... 37
• 16.3 Potenziale ............................................................................................................................................ 37
• 16.4 Potenziali di riduzione standard e legge di Nest ................................................................................. 38
• 16.5 Elettrolisi .............................................................................................................................................. 38
• 17 Chimica organica ........................................................................................................................................ 39
• 17.1. Introduzione ....................................................................................................................................... 39
• 17.2. Nomenclatura organica ...................................................................................................................... 39
• 17.3. Isomeria .............................................................................................................................................. 39
• 17.4. Idrocarburi .......................................................................................................................................... 40
• 17.4.1. Alcani ........................................................................................................................................... 40
• 17.4.2 Cicloalcani ..................................................................................................................................... 40
• 17.4.3 Alcheni .......................................................................................................................................... 40
• 17.4.4 Alchini ........................................................................................................................................... 41
• 17.4.5 Idrocarburi aromatici .................................................................................................................... 41
• 17.5 Residuo e gruppo funzionale ............................................................................................................... 41

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• 17.6 Alogenuri organici ................................................................................................................................ 41

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• 17.7 Alcoli e fenoli ....................................................................................................................................... 42
• 17.8 Eteri ..................................................................................................................................................... 42
• 17.9 Aldeidi .................................................................................................................................................. 42
• 17.10 Chetoni .............................................................................................................................................. 42
• 17.11 Acidi carbossilici (Acidi organici)........................................................................................................ 43
• 17.12 Esteri .................................................................................................................................................. 43
• 17.13 Ammine ............................................................................................................................................. 43
• 17.14 Ammidi .............................................................................................................................................. 43
• 17.15 Polimeri .............................................................................................................................................. 44

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1. La mole

1.1 Simboli e formule

Ad ogni sostanza corrisponde una formula chimica ma ad ogni stessa composizione atomica possono corrispondere sostanze con proprietà chimiche molto differenti.

Isomeri: sostanze aventi la medesima composizione atomica, ma natura e proprietà differenti.

1.2 La massa atomica

Dalton compilò la prima tabella delle masse atomiche degli elementi, risultarono quasi tutte errate.

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La massa atomica è la massa relativa di un atomo rispetto all’atomo di C, 1 uma corrisponde a 1/12 della massa dell’atomo di C.

12

La massa atomica di un elemento è la media ponderata delle masse atomiche dei suoi isotopi.

1.3 La mole

Era necessario trovare una grandezza che potesse mettere in relazione gli atomi e le molecole con delle misure che potessero essere misurate con una bila