Chimica C3

Creative Commons BY

ISBN 9788896354568

Chimica C3

Chimica C

Autori

Anna La Guardia, Loredana Palumbo, Anna Rainone

Revisione del testo: Elisabetta Leonetti

Coordinamento editoriale: Antonio Bernardo

Immagini realizzate da Ginger Lab - www.gingerlab.it

© Matematicamente.it

www.matematicamente.it - info@matematicamente.it

Dicembre 2013

ISBN 9788896354568

Versione del 09/02/2014

Questo libro è rilasciato con licenza

Creative Commons BY

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Chimica C3

Presentazione

Questo ebook fa parte di una collana di ebook con licenza Creative

3

Commons per la scuola. Il titolo Chimica C vuole indicare che il progetto è stato realizzato in modalità Collaborativa e con licenza da cui le tre “C” del titolo.

Creative Commons, Non vuole essere un trattato completo sull’argomento ma una sintesi sulla quale l’insegnante può basare la sua lezione, indicando poi altre fonti per gli approfondimenti. Lo studente può consultarlo come riferimento

In sostanza l’idea è stata

essenziale da cui partire per approfondire.

quella di indicare il nocciolo essenziale della disciplina, nocciolo largamente condiviso dagli insegnanti. La licenza Creative Commons scelta permette non solo di fruire liberamente l’ebook ma anche di modificarlo e personalizzarlo secondo le esigenze dell’insegnante e della classe. Chiunque può contribuire a migliorare questo ebook, segnalando integrazioni, modifiche e sviste al coordinatore del progetto antoniobernardo@matematicamente.it.

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Chimica C3

Indice

• 1. La mole e i modelli atomici .............................................................. 10
• 1.1 La materia .................................................................................... 11
• 1.2 La mole ........................................................................................ 15
• 1.3 La teoria atomica .......................................................................... 18
• 1.4 Le particelle subatomiche............................................................ 20
• 1.5 I modelli atomici di Thomson e Rutherford ................................ 22
• 1.6 Il numero delle particelle negli atomi ......................................... 24
• 1.7 Gli isotopi .................................................................................... 25
• 1.8 La radioattività naturale .............................................................. 26
• Approfondimenti ............................................................................... 28
• 2. Gli elettroni nell’atomo ..................................................................... 30
• 2.1 La natura ondulatoria della luce .................................................. 31
• 2.2 Quanti e fotoni, la natura corpuscolare della luce ....................... 32
• 2.3 Spettri di emissione e assorbimento ............................................ 33
• 2.4 Il modello atomico di Bohr ......................................................... 35
• 2.5 Energia di ionizzazione ............................................................... 36
• 2.6 Modello atomico a strati .............................................................. 36
• Approfondimenti ............................................................................... 39
• 3. Atomo: modello ad orbitali ............................................................... 40
• 3.1 La duplice natura dell’elettrone................................................... 41
• 3.2 Il principio di indeterminazione di Heisenberg ........................... 41
• 3.3 L’orbitale atomico e i numeri quantici ........................................ 41
• 3.4 Il numero quantico di spin ........................................................... 43
• 3.5 La configurazione elettronica ...................................................... 44
• 3.6 Il riempimento degli orbitali (principio dell’Aufbau) ................. 45
• 4. Il sistema periodico degli elementi ................................................... 50
• 4.1 Dalla legge della periodicità alla tavola periodica ...................... 51
• 4.2 La tavola periodica moderna ....................................................... 51
• 4.3 Le proprietà periodiche ............................................................... 53
• 4.4 Il raggio atomico ......................................................................... 53
• 4.5 L’energia di ionizzazione ............................................................ 54
• 4.6 L’affinità elettronica .................................................................... 55
• 4.7 L’elettronegatività ....................................................................... 55
• Approfondimenti ............................................................................... 57
• 5. I legami chimici ................................................................................ 58

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Chimica C3

• 5.1 Il legame chimico ........................................................................ 59
• 5.2 La regola dell’ottetto ................................................................... 59
• 5.3 Il legame ionico ........................................................................... 61
• 5.4 Il legame covalente...................................................................... 61
• 5.5 Polarità del legame covalente ...................................................... 63
• 5.6 Il legame covalente dativo........................................................... 63
• 5.7 Risonanza .................................................................................... 64
• 5.8 Il legame metallico ...................................................................... 65
• Approfondimenti ............................................................................... 66
• 6. Geometria molecolare e forze intermolecolari ................................. 67
• 6.1 Geometria molecolare: modello VSEPR..................................... 68
• 6.2 Molecole con coppie elettroniche condivise ............................... 68
• 6.3 Molecole con coppie elettroniche libere ..................................... 70
• 6.4 La teoria VSEPR per i legami multipli ....................................... 70
• 6.5 Teoria del legame di valenza ....................................................... 71
• 6.6 Orbitali ibridi ............................................................................... 73
• 6.7 Teoria degli orbitali molecolari ................................................... 74
• 6.8 Le forze intermolecolari .............................................................. 76
• 6.9 Forze dipolo-dipolo ..................................................................... 76
• 6.10 Forze di London ........................................................................ 77
• 6.11 Legame a idrogeno .................................................................... 78
• Approfondimenti ............................................................................... 79
• 7. Solidi, liquidi e gas ........................................................................... 80
• 7.1 I solidi .......................................................................................... 81
• 7.2 I liquidi ........................................................................................ 82
• 7.3 Evaporazione ed ebollizione ....................................................... 84
• 7.4 I gas ............................................................................................. 84
• 8. Avvio della stechiometria delle soluzioni ......................................... 89
• 8.1 Miscele e soluzioni ...................................................................... 90
• 8.2 La concentrazione ....................................................................... 92
• 8.3 La solubilità ................................................................................. 94
• 9. Come e perché avvengono le reazioni chimiche............................... 95
• 9.1 Le reazioni chimiche ................................................................... 95
• 9.2 Fattori che influenzano la velocità di una reazione ..................... 96
• 9.3 Bilanciamento di una reazione chimica ...................................... 97
• 10. Classificazione e nomenclatura dei composti chimici .................. 100

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Chimica C3

• 10.1 Valenza e numero di ossidazione ............................................ 101
• 10.2 Classificazione dei composti inorganici .................................. 102
• 10.3 Ossidi: composti binari con ossigeno ...................................... 102
• 10.4 Idruri e idracidi: composti binari con idrogeno ....................... 104
• 10.5 I composti ternari .................................................................... 106
• 11. Completamento della stechiometria delle soluzioni ..................... 112
• 11.1 Miscele omogenee: soluzioni .................................................. 112
• 11.2 Miscele eterogenee: miscugli .................................................. 112
• 11.3 Il ruolo dell’acqua (dissociazione e ionizzazione) .................. 113
• 11.4 Reazioni in soluzioni acquose: calcoli stechiometrici ............. 115
• 11.5 Reazioni in soluzione acquosa: equazioni ioniche .................. 115
• 11.6 Le proprietà colligative ........................................................... 115
• 11.7 Abbassamento della tensione di vapore .................................. 116
• L’innalzamento ebullioscopico
• 11.8 ............................................... 116
• 11.9 L’abbassamento crioscopico ................................................... 117
• 11.10 Pressione osmotica ................................................................ 118
• 11.11 Proprietà colligative di soluzioni elettrolitiche ..................... 119
• 11.12 I colloidi ................................................................................ 120
• 12. Cinetica chimica............................................................................ 123
• 12.1 Come avviene una reazione chimica ....................................... 123
• 12.2 Velocità di reazione ................................................................. 123
• 12.3 Fattori che influenzano la velocità di reazione ........................ 125
• 12.4 Il ruolo dei catalizzatori........................................................... 126
• 12.5 La legge cinetica...................................................................... 127
• 12.6 L’andamento di una reazione: l’energia di attivazione ........... 129
• 12.7 Reazioni multistadio: gli stadi elementari ............................... 130
• Approfondimenti ............................................................................. 131
• 13. Termodinamica ............................................................................. 132
• 13.1 Reazioni chimiche ed energia ................................................. 132
• 13.2 I sistemi ................................................................................... 132
• 13.3 Il lavoro in termodinamica ...................................................... 132
• 13.4 Il calore .................................................................................... 133
• 13.5 Il calore di formazione e calore di combustione ..................... 134
• 13.6 Il primo principio della termodinamica ................................... 135
• 13.7 Applicazione del primo principio della termodinamica .......... 136
• 13.8 Entalpia di formazione ed entalpia di reazione ....................... 137

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Chimica C3

• 13.9 La legge di Hess ...................................................................... 138
• 13.10 L’entalpia di legame .............................................................. 139
• Approfondimenti ............................................................................. 140
• 14. Il secondo principio della termodinamica ..................................... 141
• 14.1 Spontaneità ed entalpia............................................................ 141
• 14.2 Entropia e disordine .................................................................. 141
• 14.3 L’interpretazione molecolare dell’entropia ............................... 142
• 14.4 Energia libera ............................................................................ 143
• Approfondimenti ............................................................................. 145
• 15. Equilibri ........................................................................................ 146
• 15.1 L’equilibrio chimico ................................................................ 146
• 15.2 Costante di equilibrio .............................................................. 148
• 15.3 Equilibri eterogenei ................................................................. 149
• 15.4 Il principio di Le Chatelier ...................................................... 149
• 15.5 Gli equilibri di solubilità ......................................................... 150
• 15.6 Variazione della solubilità: effetto dello ione comune............ 151
• Approfondimenti ............................................................................. 152
• 16. Acidi e basi ................................................................................... 153
• 16.1 Proprietà degli acidi e delle basi ............................................. 153
• 16.2 Acidi e basi secondo Arrhenius ............................................... 153
• 16.3 Acidi e basi secondo Brönsted e Lowry .................................. 154
• 16.4 Acidi e basi secondo Lewis ..................................................... 155
• 16.5 Autoprotolisi dell’acqua .......................................................... 157
• 16.6 Soluzioni neutre, acide e basiche ............................................ 158
• 16.7 Il pH......................................................................................... 158
• 16.8 Misura e importanza del pH .................................................... 159
• Approfondimenti ............................................................................. 161
• 17. Reazioni acido-base ...................................................................... 162
• 17.1 Acidi forti e acidi deboli.......................................................... 162
• 17.2 Acidi poliprotici ...................................................................... 163
• 17.3 Basi forti e basi deboli ............................................................. 163
• 17.4 Acidi e basi: calcolo del pH .................................................... 164
• 17.5 Il pH della soluzione di un sale ............................................... 167
• 17.6 Le soluzioni tampone .............................................................. 168
• 17.7 Calcolo del pH delle soluzioni tampone ................................. 169
• 17.8 La titolazione ........................................................................... 170

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Chimica C3

• 18. Le ossidoriduzioni ......................................................................... 173
• 18.1 Ossidazione e riduzione .......................................................... 173
• 18.2 Ossidante e riducente .............................................................. 174
• 18.3 Il numero di ossidazione ......................................................... 175
• 18.4 Bilanciamento delle reazioni di ossido-riduzione ................... 175
• 19. Avvio alla chimica organica .......................................................... 184
• 19.1 La chimica organica ................................................................ 184
• 19.2 I legami del carbonio nei suoi composti ................................. 184
• 19.3 Catene carboniose e classificazione degli atomi di carbonio .. 187
• 19.4 Le diverse tipologie di formule in chimica organica............... 188
• 19.5 Isomeria ................................................................................... 190
• 19.6 Configurazione assoluta e proiezioni di Fischer ..................... 192
• 20. Idrocarburi...................................................................................... 194
• 20.1 Idrocarburi ............................................................................... 194
• 20.2 Alcani ...................................................................................... 195
• 20.3 Radicale alchilico .................................................................... 195
• 20.4 Proprietà fisiche degli alcani ................................................... 197
• 20.5 Proprietà chimiche degli alcani ............................................... 198
• 20.6 Preparazione degli alcani ........................................................ 198
• 20.7 I cicloalcani ............................................................................. 199
• 21. Idrocarburi insaturi......................................................................... 202
• 21.1 Alcheni .................................................................................... 202
• 21.2 Proprietà chimiche e fisiche degli alcheni............................... 202
• 21.3 Isomeria geometrica degli alcheni (cis-trans) ......................... 204
• 21.4 Preparazione degli alcheni ...................................................... 205
• 21.5 Polieni...................................................................................... 205
• 21.6 Alchini ..................................................................................... 206
• 21.7 Proprietà chimiche e fisiche degli alchini ............................... 206
• 22. Idrocarburi aromatici ..................................................................... 208
• 22.1 Il benzene ................................................................................ 208
• 22.2 Nomenclatura degli idrocarburi aromatici .............................. 209
• 22.3 Proprietà chimiche e fisiche dei composti aromatici .............. 210
• 23. Le diverse classi di composti organici ........................................... 214
• 23.1 I gruppi funzionali ................................................................... 214
• 23.2 Alogenoderivati ....................................................................... 215
• 23.3 Proprietà degli alogenoderivati ............................................... 215

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Chimica C3

• 23.4 Alcoli ....................................................................................... 216