Appunti di Chimica generale I

La chimica è la scienza che descrive la materia, le sue proprietà e le trasformazioni che essa subisce, insieme alle variazioni energetiche che accompagnano questi processi.

Inoltre, è la scienza che cerca di comprendere il comportamento della materia studiando il comportamento di atomi e molecole. Ciò che distingue la scienza dagli altri campi di studio è il metodo che si usa per acquisire la conoscenza.

Il metodo scientifico

Consiste in delle osservazioni di un fenomeno ripetenti a far emergere un certo modello, generalizzando così il fenomeno in una legge naturale, cioè enunciati che il fenomeno è universale. Il successo di una legge naturale dipende dalla capacità da descrivere le osservazioni col frase tutti i fenomeni. Però, non bisogna ritenere una legge naturale come una verità assoluta; ma bisogna fare degli esperimenti e delle ipotesi.

Un'ipotesi

È un tentativo di spiegare una legge naturale e, se sopravvive alla verifica sperimentale, viene indicata come teoria.

Una teoria

È un modello che può essere usato per spiegare le leggi naturali. Quindi il metodo scientifico consiste nella combinazione di osservazioni sperimentazioni e formulazioni di leggi, ipotesi e teorie.

La materia

È tutto ciò che possiede massa ed occupa uno spazio. Essa è costituita da unità molto piccole dette atomi, che possono esistere di diversi tipi. Un elemento chimico è costituito da atomi dello stesso tipo. Ad oggi ne esistono circa 118, dove 90 provengono da fonti naturali e i restanti sono stati creati artificialmente.

Quando le sostanze presenti nella materia sono formate da atomi di una sola specie atomica, si chiamano sostanze elementari, mentre se sono formate da atomi di specie diverse si chiamano composti.

Le proprietà che sono generali a tutta la materia da altre.

Si distinguono le proprietà

• Che sono qualità e caratteristiche utili a distinguere un fisico o chimico. Una proprietà fisica è quella che ci compaiono di materia presente senza modificare la propria composizione, mentre una proprietà chimica è la capacità di un campione di materia di subire una modifica di composizione in determinate e definite condizioni.
• Le proprietà della materia posso essere ulteriore classificate a seconda di un determinato.
• Altre proprietà, in base delle quantità di sostanza presenti, si dividono in:
  • Proprietà estensive, che dipendono dalla quantità di materia osservata come massa o volume.
  • Proprietà intensive, che non dipendono dalla quantità di materia osservata come temperatura e densità.

Una miscela di sostanza può variare in composizione e proprietà da un campione all'altro.

Si tratta di distinguere un miscela omogenea per miscela di composizione e proprietà uniformi in un dato campione (acqua e zucchero), mentre si tratta di un miscela eterogenea per miscela in cui composizione e proprietà variano da un punto all'altro della miscela (acqua e sabbia).

La materia si trova in genere in uno dei tre stati: solido, liquido o gassoso.

In un solido gli atomi o le molecole sono in stretto contatto tra loro, ed esso possiede forma e volume ben definiti; in un liquido gli atomi o le molecole sono separate tra loro, ed esso possiede un volume ben definito e la forma del contenitore; e in un gas le distanze tra gli atomi o le molecole sono molto grandi, ed esso possiede forma e volume del contenitore.

Massa atomica

La massa atomica di un elemento è la media delle masse isotopiche, pesata in base alle abbondanze naturali degli isotopi dell'elemento.

Con abbondanza frazionaria si intende l'abbondanza percentuale dell'isotopo fratto 100, moltiplicata dalla corrispondente massa.

Analogamente alla massa atomica vi è anche la massa molecolare che è la somma degli eventuali atomi presenti in tale molecola:

mu_A = A₂BC₃ = 2*MA(A) + 1*MA(B) + 3*MA(C)

Mol e costante di Avogadro

Una mole è la quantità di sostanza che contiene lo stesso numero di specie elementari quanti atomi sono contenuti in 12 g di carbonio-12. Il numero di tali specie elementari in una mole è la costante di Avogadro (N_A) che è circa 6,022 * 10²³ mol^-1. Grazie a questa costante è possibile stabilire la quantità in grammi di una mole di atomi o di uso. La massa molare "ÌI numero di mole di un elemento o di un composto si ottiene sempre dalla quantità in grammi pesata fratto la massa per atomica o molecolare.

m = m(g) / N.A. o m(M)

Introduzione alla tavola periodica

Il sistema di classificazione di tutti gli elementi chimici è noto come tavola periodica degli elementi. In essa tutti gli elementi sono disposti

secondo il loro numero atomico crescente a partire dalla parte superiore a sinistra con l'idrogeno (H), e disposti in una serie di e gruppi verticali. Grazie a questa disposizione, negli stessi gruppi sono collocati elementi simili. A sinistra della tavola periodica vi sono i metalli dei

transitioni. I metalli sono rigidi e sono solidi a temperatura ambiente, sono malleabili, duttili, buona conduzione del calore ed elettricità; mentre, al

si trovano i non metalli che hanno di solito le inverse proprietà rispetto a quelle dei metalli. Vi sono gli elementi che non L2 in un gruppo speciale cos appartenenti

gas nobili o un secondo gruppo di: elementi detti metalloidi, che hanno delle proprietà metalliche ed alcune non metalliche.

Equazione di Schrödinger

Nel 1927 Schrödinger suggerì che un elettrone possedesse proprietà ondulatorie, descrivibili con una funzione matematica, detta funzione d'onda (ψ). Dopo di che propose un'equazione d'onda che incorporava sia la natura particellare sia ondulatoria e la chiamò Equazione di Schrödinger.

Equazione di Schrödinger:

R_n = ^μ_e4/_8ε0²h² --- = 2.17869*10^-18

Le soluzioni dell'equazione di Schrödinger per l'atomo d'idrogeno danno le funzioni d'onda per l'elettrone dell'idrogeno, dette orbitali, e a questi sono associati tre numeri quantici che lo definiscono:

• Il primo numero quantico è il numero quantico principale n che può assumere solo valori interi positivi:

Numero quantico principale: n = 1, 2, 3

• Il secondo numero quantico è il numero quantico secondario l che può assumere solo valori da zero a n-1:

Numero quantico secondario: l = 0, 1, 2, 3

• Il terzo numero quantico è il numero quantico magnetico m_l che può assumere ogni valore da -l a +l compreso lo zero:

Numero quantico magnetico: m_l = -1, 0, +1

Tutti gli orbitali aventi lo stesso valore di n si trovano nello stesso guscio elettronico principale o livello principale, e tutti gli orbitali con gli stessi valori di n e l si trovano nello stesso sottoguscio o sottolivello. I livelli elettronici principali e secondari aumentano d'energia crescente con n e l.

Il valore di m_l è legato all'energia degli elettroni relativa alla loro distanza dal nucleo, quindi più alto è il valore di l maggiore è l'energia dell'elettrone e la distanza dal nucleo. Il numero quantico secondario l determina la distribuzione generale e la forma di un orbitale, il numero quantico magnetico determina l'orientazione dell'orbitale. Il numero dei sottolivelli di un guscio elettronico è lo stesso del numero quantico secondario l, i primi quattro sono:

• Sottolivello s: l=0
• Sottolivello p: l=1
• Sottolivello d: l=2
• Sottolivello f: l=3