Appunti Chimica inorganica

CORSO DI CHIMICA GENERALE E INORGANICA

Metodo scienti co

Metodologia inventata da Galileo Galilei nel 1600, che si basa su

un processo ben speci co nell’osservazione di un fenomeno e

nella redazione di una teoria.

Tutto parte dall’osservazione del fenomeno con l’individuo che

prova a fare delle ipotesi sul perchè esso avviene; a seguito di

esperimenti si stipula una legge che descrive il fenomeno

avvenuto.

Si passa poi alla parte teorica che viene controllata con altri

esperimenti e qualora ce ne fosse di bisogno, modi cata in base

alle veri che e ettuate successivamente.

Grandezze fondamentali

Il sistema internazionale prevede 7 grandezze fondamentali e ne de nisce l’unità di misura:

Da queste derivano le unità derivane che si ottengono per combinazione dalle unità fondamentali

ed i pre ssi moltiplicativi:

Classi cazione della materia

Nella maggior parte dei casi la materia è costituita da miscele, che possono essere:

• Miscele eterogenee composizione e proprietà non uniformi (sistema polifasico)

es. rocce - sabbia

• Miscele omogenee composizione variabile - uniforme nel campione (sistema monofasico)

es.acqua del rubinetto

fi fi

fi ff fi fi fi fi

Le miscele sono composte da più sostanze pure mischiate, esse hanno la caratteristica di essere

ben de nite negli elementi che la costituiscano e questi elementi sono combinati in modo che le

loro masse siano costanti nei campioni prelevati.

Le sostanze pure possono essere:

• Composti (con più elementi ben de niti)

• Elemento (atomi dello stesso elemento non

ulteriormente divisibile)

I componenti di una miscela posso essere separati

tra di loro grazie a tecniche siche come ad esempio

la distillazione, mentre le sostanze pure non possono

essere divise sicamente.

I composti possono essere separati chimicamente,

gli elementi invece non sono ulteriormente divisibili,

ma possono invece essere combinati chimicamente

con altri elementi diventando composti.

Importante ricordare che non tutte le sostanze pure sono formate da molecole.

Per i vari elementi si possono distinguere due tipi di proprietà, quelle siche e quelle chimiche; le

proprietà siche sono proprietà che possono essere osservate e misurate senza variare la

composizione della sostanza, mentre quelle chimiche descrivono la composizione e la struttura di

una sostanza e le reazioni a cui partecipa e che producono

nuove sostanze.

Le sostanze siche sono ad esempio lo stato di aggregazione

(solido - liquido - gassoso), la densità, il colore, il punto di

fusione, la conducibilità ecc.

Per le sostanze chimiche si deve fare un ulteriore distinzione

invece.

• Proprietà estensive dipendono dalla quantità di

sostanza del sistema studiato (massa - volume - ecc.)

• Proprietà intensive non dipendono dalla quantità di

sostanza (densità - conducibilità - ecc.)

Teoria atomica

Le origini della storia atomica risalgono ai loso greci come Leucippo e Democrito (V secolo

a.C.) che parlavamo di materia composta da unità piccole e indivisibili, unità che poi vennero

confermate e chiamate atomi.

La teoria atomica fu pure speculazione no alla prima ipotesi convincente arrivata nel 1807 dal

chimico John Dalton.

La sua teoria si basava su quelle che sono considerate le leggi fondamentali della chimica, anche

dette oggi leggi ponderali:

• Legge della Conservazione della Massa (1774-Lavoisier): in una qualsiasi reazione chimica la

somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti, ovvero in una

reazione chimica la massa totale del sistema non varia.

• Legge delle Proporzioni de nite (1799-Proust): in un composto gli elementi si combinano

sempre secondo proporzioni in massa de nite e costanti (ad esempio: nell'acqua il rapporto fra

le masse di idrogeno e ossigeno è sempre 1:8).

• Legge delle proporzioni multiple (1808-Dalton): quando due elementi A e B formano più di un

composto, il rapporto delle masse dell'elemento B che si legano con una medesima quantità di

massa dell'elemento A in ciascuno dei composti può essere espresso da numeri piccoli e interi.

Dalton, e ettuò uno studio e ettuato su un campione qualsiasi di acqua.

fi ff fi fi fi fi fi ff fi fi fi fi fi fi

In esso vide che vi erano 8 g di ossigeno ogni grammo di idrogeno e che in un altro composto

con gli stessi elementi per ogni grammo di idrogeno ne corrispondevano 16 g di ossigeno,

dunque potè ipotizzare la sua teoria atomica, la prima in epoca moderna.

Divisa per punti, essa recita:

1. tutti gli atomi di un dato elemento sono identici;

2. gli atomi di elementi diversi possiedono massa di erente;

3. un composto è una speci ca combinazione di atomi di più di un elemento;

4. in una reazione chimica gli atomi non vengono creati o distrutti, ma semplicemente cambiano

partner dando luogo a nuove sostanze;

5. gli atomi di elementi diversi si combinano tra loro in rapporti di numeri interi

Esperimento con raggi catodici

In un tubo contenente gas rarefatto sottoposto

ad elevate di erenze di potenziale (tubo di

Crookes), dall' elettrodo negativo, chiamato

catodo, venivano emessi questi raggi. Essi si

rivelarono costituiti da particelle materiali

portatrici di cariche negative, che si rivelarono

sempre identiche indipendentemente dalla

natura del gas e del catodo. Si concluse che

queste particelle fossero dei costituenti

fondamentali di tutti gli atomi e che questi,

conseguentemente non fossero unità

indivisibili. elettroni.

A queste particelle fu dato il nome di

L’atomo è neutro per cui devono esistere

anche delle cariche positive, chiamate protoni.

Modello atomico di Thomson

La prima ipotesi sulla natura dell’atomo fu fatta da Thomson (chiamato

modello a panettone), il suo fu anche il primo modello a considerare

l’esistenza di particelle subatomiche, ovvero fu il primo a considerare

l’atomo come divisibile.

Riteneva che l’atomo fosse formato da particelle puntiformi negative in un

gel di materiale positivo.

Esperimento di Millikan

Gli elettroni sono prodotti da raggi X sulle molecole dell’aria, delle microgocce d’olio raccolgono

gli elettroni, si caricano e vengono fatte sedimentare tra due piastre metalliche. La massa delle

gocce si calcola dalla velocità di caduta.

Se le piastre sono caricate +/- si altera la velocità di caduta delle gocce cariche. Poiché ogni

goccia può raccogliere più di un elettrone si determinano multipli interi della carica:

-19

Carica e = -1.6022 x 10 C -28

Massa m = e/(e/m) = 9.1096 x 10 g

ff fi ff

Esperimento di Rutherford

Rutherford studiava molto la radioattività e nel 1911 fece un esperimento sfruttando le sue

conoscenze in merito.

Per studiare la struttura atomica, Rutherford bombardò con raggi α (nuclei di elio carichi

positivamente) sottili lamine di oro; la maggior parte di queste particelle attraversarono l’oro come

da previsione.

Infatti, essendo le particelle di elio cariche positivamente avrebbero dovuto trapassare l’oro senza

subire una rilevante de essione, ma alcune particelle non rispettarono ciò.

Alcune particelle subirono una de essione molto ingente mentre altre addirittura venivano respinte

(circa 1 su 20000), da questo fenomeno dedussero l’esistenza di un nucleo al cui interno molto

concentrata era presenza la carica positiva dell’atomo.

La carica positiva è concentrata in un nucleo piccolissimo mentre gli elettroni ruotano intorno al

nucleo e occupano la maggior parte del volume dell’atomo (determinano le dimensioni atomiche).

5

L’atomo è circa 100000 (10 ) volte più grande del nucleo. Successivamente venne ipotizzata

esistenza del neutrone.

Struttura dell’atomo

L’intera massa dell’atomo è concentrata all’interno del nucleo.

Il numero atomico (Z) è quello che corrisponde al numero degli elettroni (ed essendo gli atomi

neutri corrisponde anche al numero di protoni); atomi con uguale numero atomico Z hanno uguali

proprietà chimiche, sono classi cati come atomi dello stesso elemento e sono identi cati dallo

stesso simbolo chimico.

Il numero di massa (A) invece identi ca il numero di nucleoni, ovvero il numero dei protoni + il

numero dei neutroni (per trovare il numero dei neutroni basta fare A-Z).

Il nuclide è una specie atomica caratterizzata da una ben determinata

composizione del nucleo, per scriverlo occorre:

• X (simbolo elemento)

• Z (in basso a sinistra)

• A (in alto a sinistra)

Per fare un esempio questo è il nuclide dell’elemento azoto:

fl fi fl fi fi