Appunti completi per l'esame di Chimica

CHIMICA

Studia la materia e le sue trasformazioniEssendo una scienza, utilizza il metodo scientifico per elaborare un modello

1. modello atomico della materia
2. modello elettronico dell'atomo (proprietà elettriche dei materiali)
3. modello del legame chimico (molecolare e intermolecolare)

MODELLO ATOMICO DELLA MATERIA

Tavola periodica degli elementi (IUPAC), riporta gli elementi chimici

Materia → miscele omogenee e eterogenee di sostanze pure o individui chimici (componenti)

che ha una composizione chimica definita e costante ma quella delle miscele può variare

sostanze elementari

aggregato di atomi della stessa specieH₂, Fe...

compostispecie diverseH₂O, CO₂...

MISCELA (O SISTEMA) OMOGENEA:

costituita da un'unica fase, non ne distinguiamo le componenti (acqua, aria...)

composizione e proprietà indipendenti dal punto in cui si preleva il campione (sono costanti)

MISCELA (O SISTEMA) ETEROGENEA:

almeno 2 fasi separate da una linea o superficie di separazione

PARTICELLE SUBATOMICHE

protone (p⁺)neutrone (n)

nucleomassa (≃ 10^-27 kg)

elettrone (e^-)

volumeraggio nucleo ≃ 10^-14 mraggio atomo ≃ 10^-10 m

10^-10 m = 1 ÅAngstrom

Il grosso dello spazio è vuoto

Numero di massa (A): numero di protoni + neutroni

Numero atomico (Z): numero di protoni → elemento

stesso numero di elettroni che girano intorno al nucleo (se elettricamente neutro), numero che può cambiare in certi limiti.

Catione: ione positivo

Anione: ione negativo

Isotopo: elemento che può esistere con un diverso numero di neutroni

A=1

A=2 1 n = massa doppia z=1

A=3 2 n = massa tripla

In natura esistono 98 specie atomiche diverse

I vari isotopi sono presenti in natura in abbondanze diverse

• S (Sistema Internazionale di unità di misura):
• massa → kg
• quantità di materia → mole (mol)

Si usa una massa relativa (non assoluta, per questo è adimensionale) ad 1/12 della massa del 12^C

1.66 × 10^-27 Kg

unità di massa atomica (u)

6p⁺ + 6n

nucleoni (per indicare p⁺+n)

I protoni e neutroni isolati hanno una massa maggiore rispetto a quando sono uniti nel nucleo, perché perdono

Frequenza di oscillazione dell'elettrone

Quantizzazione dell'energia

• Basse lunghezze d'onda → energia tende a 0
• Maggiore è la frequenza → maggiore energia trasportata

Effetto fotoelettrico

Emissioni di elettroni da un metallo la cui superficie è esposta a radiazione UV. Caratteristiche:

1. elettroni emessi solo se ν > ν soglia (dipendente dal metallo)
2. elettroni emessi istantaneamente
3. E in degli elettroni aumenta linearmente con ν, maggiore è l'energia che fornisco, maggiore è la differenza con V soglia

Einstein (1905)

Fotoni

Corrente fotoelettrica in emissione

• Ciascun fotone trasporta un'energia=hν, che appartiene ad una radiazione di frequenza ν
• Natura ondulatoria non spiegava l’effetto fotoelettrico (l’emissione non sarebbe stata immediata)
• Natura particellare e ondulatoria
• Il fotone a riposo ha massa nulla
• La materia si trasferisce in pacchetti; di cui il più piccolo è l’atomo, anche la materia è quantizzata

Relazione di De Broglie

Nel 1925

λ=_h/_mv → mette in relazione una caratteristica ondulatoria (λ) e una particellare (m)

Più grande è la massa minore sarà la natura ondulatoria osservabile nell’oggetto.

1927: diffrazione di un fascio di elettroni monocromatici di Daussan e Germer (dimostra la natura ondulatoria)

Funzione d'onda

Schrödinger: conoscendo una particella e le forze che agiscono su di essa si può determinare la legge oraria (posizione nel tempo → traiettoria)

Orbitale 2p: n=2 l=1 m=-1,0,1

ϒ_21-1, ϒ₂₁₀, ϒ₂₁₁

I vari m danno l'orientazione dell'orbitale nello spazio (x,y,z)

orbitali degeneri: caratterizzati dallo stesso contenuto energetico.Gli orbitali caratterizzati dallo stesso n sono n numero, n²

x=r senθ cosφy=r senθ senφz=r cosθ

ϒ_k=f(r,θ,φ,n_k,l_k,m_k)

ϒ=R(r) () Ф(φ) -> fattorizzazionequeste sono le maiuscole di r, , φ e rappresentano delle funzioni che semplificano i calcoli

Funzioni d'onda degli orbitali atomici H

σ=^r/_a0a₀ = raggio di Bohr (costante)= 0,529 Åσ è m/m, quindi adimensionale

ϒ_1s= ^e-r/a₀/_√πa0³dimensione [m^-3/2]insensata, ϒ non ha significato fisico

Se elevo al quadrato (ϒ²) ottengo 1/m³ * 1/v

quindi una densità, ma di probabilità, dato che il numeratore è adimensionale

Rappresenta la densità di probabilità di trovare l'elettrone ad una distanza r dal nucleo (diminuisce allontanandosi)

Nella tavola periodica ogni periodo (riga) vede il completamento di ogni guscio (1s per H e He, poi 2s e 2p per il secondo periodo e così via)

Il 4s ha un contenuto energetico minore rispetto all’orbitale 3d, quindi riempie prima

Elementi della prima serie di transizione: da Scandio fino allo Zinco (caratteristiche metalliche)

Gli elementi sono ordinati in un ordine di numero atomico crescente (da sinistra a destra e dall’alto verso il basso)

La configurazione corretta vede gli orbitali messi in ordine di numero atomico

*=elementi finali di ciascun periodo, quindi di ciascun guscio

Il comportamento degli atomi dipende dagli elettroni più esterni perché risentono dell’eseterno dell’atomo. Quindi sono loro che conferiscono le proprietà agli elementi

GRUPPO VIII: 8 elettroni nel guscio esterno, essi hanno il guscio corrispondente completo => sono stabili, non reagiscono

GAS NOBILI O INERTI: Sono presenti quindi in forma monoatomica

• Gruppo I: n^s1 1 elettrone esterno, tende a cedere 1 e⁻
• Gruppo II: n^s2 2 elettroni esterni, tende a cedere 2 e⁻
• GRUPPO VII: ALOGENI: n^s2 n^p5 7 elettroni esterni, tende a prendere 1 e⁻
• Gruppo VI: n^s2 n^p4 6 elettroni esterni, tende a prendere 2 e⁻
• Gruppo III, IV, V: più intermediari con meno proprietà caratteristiche

8 gruppi principali: il numero del gruppo corrisponde al numero di elettroni nel livello esterno

Scendendo lungo un gruppo aumentano le proprietà metalliche degli elementi

A - A

A = AA ≡ Adistanza tra gli atomi

• s+s = legame σ
• s+p = legame σ
• p+p = legame σ o π

Molecole Poliatomiche

H:^1s¹0.25^2p⁴ H₂O

H(^1s¹)

applicando il ragionamento precedente l’angolo dovrebbe essere 90°, ma non è cosìStessa cosa per l’ammoniaca (NH₃)

Ibridazione

Sono gli orbitali ibridi a sovrapporsi, non quelli atomiciIbridazione = mescolamento (combinazione lineare delle loro funzioni d’onda)

CH₄: geometria tetraedrica (piramide regolare a base triangolare con l’atomo di C al centro) da dati sperimentali con H i suoi orbitali si ibridano e si formano 4 orbitali ^sp3 (formati da un orbitale di tipo s e tre di tipo p), che si dispongono verso i vertici di un tetraedro. Essi sono uguali tra loro, anche a livello energetico ovviamente.