Appunti Elementi di chimica - parte 1

DENSITA’

* Esercizio tipo 3: diluizioni: neutralizzazione soluzione

CAPITOLO 2 (lezione 4): i gas

● TEMPERATURA = moto molecolare

= Celsius, Kelvin, Fahrenheit

● PRESSIONE = numero di urti con la parete per unità di tempo per unità di superficie

= in Pascal (Newton/m2), forza su unità d’aria

● GAS = stato fluido della materia che si espande fino a riempire il recipiente occupato

= facilmente comprimibile (bassa densità)

= molecole a basso peso molecolare, non metalli (H2, Cl2, He, Xe..)

● P = d h g (d densità, h colonna, g gravità)

→ BAROMETRO DI TORRICELLI = pressione colonnina d’aria sulla nostra testa

= esperimento con mercurio, colonna di 760 mm

= 1 atm = 10132 kPa

● Sistema in equilibrio descritto dalle variabili termodinamiche T, P, n (moli), V

1) LEGGE DI BOYLE = tengo T e n COSTANTI (ISOTERMA)

= P proporzionale a 1/V (pressione inversamente prop al volume) (iperbole)

→

= PV=cost P1 V1 = P2 V2

2) LEGGE DI AMONTONS = tengo V e n COSTANTI (ISOCORA)

= P proporzionale a T (pressione direttamente prop a T) (retta)

= P1 / P2 = T1 / T2

3) LEGGE DI CHARLES = tengo P e n COSTANTI (ISOBORA)

= V proporzionale a T (volume direttamente prop a T) (retta)

= V1 / V2 = T1 / T2

4) LEGGE DI GAY LUSSAC = per valori di temperatura e pressione costanti, il rapporto di volumi di

gas consumati o prodotti in una reazione chimica è pari al rapporto tra numeri interi

→ PRINCIPIO DI AVOGADRO = con T e P costanti, V è direttamente proporzionale alle moli

quindi : EQUAZIONE DEI GAS IDEALI R=0,0821 se in atm

un gas che obbedisca a tale legge in ogni condizione si definisce perfetto, la legge dei gas ideali ben

descrive i gas reali a bassa P e alta T

● Formule densità e volume

● LEGGE DI DALTON = somma delle Pressioni Parziali, P=P1+P2+P3+…+Pn

Pressione che quel gas

eserciterebbe se occupasse

da solo quel recipiente

● MODELLO CINETICO = gas composti da particelle che si comportano come oggetti rigidi e sferici

in costante moto casuale, in linea retta finché non subiscono un urto

= particelle molto più piccole della distanza fra loro

= non esistono forze attrattive / repulsive fra le particelle

= urti perfettamente elastici

→ ENERGIA TOTALE = ENERGIA CINETICA MEDIA

→ spiegazione delle 4 leggi a partire dal modello cinetico

→ Dalton: PT = P1 + P2 + … + Pn, consideriamo 6 sfere di diversa grandezza, ciascuna di

esse colpisce le pareti del recipiente con la stessa frequenza che avrebbe se fosse UNA

● DISTRIBUZIONE DI MAXWELL-BOLTZMANN Aumentando la temperatura,

il massimo si sposta verso

destra

Aumentando la massa, il

massimo si sposta verso

sinistra

ad ALTE PRESSIONI, molecole vicine

● Due affermazioni della teoria cinetica sono discutibili perciò risentono dell’interazioni

1) il V che occupano le particelle è trascurabile a BASSE TEMPERATURE, molecole si

2) le forze di attrazione tra molecole di gas sono nulle muovono molto piano perciò

interagiscono tra loro

I gas allora non si comportano sempre

idealmente nella realtà, quindi introduciamo i GAS REALI

per i gas reali vale dunque:

1)

2) Fattore di compressione: grandezza che misura la

deviazione di un gas dalle condizioni reali

Volume dei gas reali MAGGIORE rispetto a quelli ideali

3) Pressione reale è MINORE di quella ideale

4)

● FLUIDO SUPERCRITICO = quando un fluido si trova a condizioni di pressione e temperatura

maggiori di quelle corrispondenti al punto critico

= proprietà solventi simili a quelle dei liquidi, proprietà di trasporto

simili a quelle dei gas

CAPITOLO 3: struttura atomica

LEZIONE 5: le onde

● Inizi ‘900: moto elettroni spiegato tramite MECCANICA CLASSICA ma si evidenziano molti errori

nell’applicazione sperimentale

→ 1925/1930 si giunge alla FISICA QUANTISTICA nella quale si sancisce che le particelle

hanno anche natura ONDULATORIA

→

1) DALTON + suo superamento (1800) atomo indivisibile

→

2) THOMSON (1900) MODELLO A PANETTONE : modello atomico in cui gli elettroni (come

candidi) sono sparsi in uno spazio poco denso, carico positivamente

(esperimento conduzione elettrica gas, raggi catodici)

→

3) MILLIKAN scopre carica e velocità dell’elettrone

→

4) RUTHERFORD (1911) ESPERIMENTO: raggi gamma sparati da sorgente vengono

deviati, mentre lui pensava che sarebbero passati nello spazio poco

denso del panettone

→ MODELLO PLANETARIO: scoperto NUCLEO, questa zona centrale carica

positivamente deviava i raggi gamma

→ a) atomo formato da 3 particelle: elettroni, protoni, neutroni

b) protoni e neutroni formano corpo centrale positivo: nucleo

c) elettroni distribuiti nello spazio intorno

MA due problemi da risolvere per questo modello:

NON E’ STABILE: e- sarebbero attratti dal nucleo collassando su di esso

1) Spettro di assorbimento NON E’ CONTINUO, sperimentalmente si vede

2) che le radiazioni sono emesse sotto forma di un insieme discreto di righe

spettrali

● Nel mondo MACROSCOPICO: MATERIA e ENERGIA sono entità DISTINTE

particelle onde/luce

a) PARTICELLE le conosciamo bene invece le onde…

b) ONDE = trasportano energia

= hanno una velocità (velocità della luce, c)

= hanno una lunghezza d’onda (lamda)

= hanno una frequenza (v)

= hanno un’ampiezza

= NON hanno massa

→ nel mondo macroscopico, luce e particelle hanno comportamenti DIVERSI

RIFRAZIONE DIFRAZIONE

- Onde fanno angolo di rifrazione - Onda diffrange e riempie

- Particelle seguono linea curva - Particella passa o no dal foro

→ Per le onde importante è il fenomeno dell’interferenza: DISTRUTTIVA se si sommano i minimi e

COSTRUTTIVA se si sommano i massimi

● 1) Luce bianca (solare) può essere scomposta nei vari colori, ovvero nelle varie lunghezze

d’onda, tramite un prisma (quella visibile tra rosso e blu, tra 700 nm e 400 nm). Allo stesso

modo i gas eccitati emettono luce che se scomposta nello spettro dà solo ALCUNE linee

2) EFFETTO FOTOELETTRICO EINSTEIN: emissione di fotoelettroni dalla superficie di un metallo

investito da una radiazione. Si nota che avevo emissione SOLTANTO SE la luce lanciata aveva →

una lunghezza d’onda minore di una certa LUNGHEZZA di SOGLIA che dipende dal materiale

intuita relazione tra ENERGIA e FREQUENZA / LUNGH D’ONDA

→

1+2) confutata Meccanica Classica secondo cui non esisteva una Frequenza di soglia poiché

l’energia era proporzionale all’ampiezza e non alla frequenza

→ nuova teoria: EINSTEIN ipotizza che la luce sia formata da QUANTI ( FOTONI )

La luce è quantizzata in pacchetti chiamati FOTONI da qui E=mc2 che mette in relazione energia e

massa. Quindi la luce ha anche natura corpuscolare.

● Per elaborare un modello atomico fedele alle nuove scoperte e che possa superare i problemi del

modello di Rutherford occorre abbandonare uno dei 2 pilastri della meccanica classica:

1) particelle si spostano lungo una traiettoria (per ora ancora OK)

2) ogni tipo di moto è suscettibile di esser eccitato ad uno stato di energia ARBITRARIO

(non va più bene)

QUANTIZZAZIONE ORBITE ELETTRONICHE

PLANK: gli atomi emettono/assorbono radiazioni con determinati valori di energia

(determinate lunghezze d’onda) perciò i livelli di energia di un atomo sono

quantizzati

QUINDI SUPERATO IL PRIMO PROBLEMA SUCCESSIVO AL MODELLO DI RUTHERFORD

“Perché elettroni non cadono sul nucleo essendovi attratti in quanto cariche di segno

opposto?” Atomo E’ STABILE poiché gli elettroni non decadono sul nucleo in quanto nel

loro moto seguono delle orbite (Plank).

● Rimane però ancora il secondo problema “Perché spettri non continui?”

5) BOHR = sviluppa un nuovo modello mettendo insieme Rutherford e Plank

→ energia dell’elettrone è proporzionale alla distanza dal nucleo

→ elettrone può stare solo in livelli energetici permessi detti stati stazionari

→ assorbimento di luce causa il passaggio dell’elettrone a un livello di energia superiore

→ emissione di luce avviene quando un elettrone passa da un livello a maggiore energia a

un livello a minore energia

QUINDI quando elettrone passa da uno stato eccitato allo stato fondamentale l’energia viene

emessa sotto forma di PACCHETTI proporzionali alla frequenza. Gli atomi i cui elettroni occupano i

livelli energetici più bassi sono nello stato fondamentale. Lo stato eccitato è instabile.

QUINDI SUPERATO ANCHE IL SECONDO PROBLEMA

“Perché spettro non continuo?” Perché energia liberata nel “salto” è quantizzata, ciò

si riflette nelle righe spettrali

● Modello di Bohr studiato solo per il semplice atomo di idrogeno, per gli altri cosa succede?

Abbiamo appena dimostrato che la LUCE HA NATURA DUALISTICA (ondulatoria ovvia, particellare

scoperta da Einstein, fotoni, E=mc2), da qui:

6) DE BROGLIE ipotizza che anche la materia potesse avere una natura DUALISTICA (particellare

ovvia, ma la materia può avere anche le caratteristiche della LUCE)

Per masse molto piccole (es: elettroni) riesco ad avere una

LUNGHEZZA D’ONDA

➔ Nel mondo MICROSOPICO HO DUALISMO ONDA-PARTICELLA: posso spiegare le proprietà

dell’elettrone considerando che può comportarsi come un’onda: elettrone ha fenomeno

RIFRAZIONE e DIFRAZIONE

costretti ad abbandonare anche il primo pilastro della meccanica classica

Particelle si muovono secondo traiettorie ( NON sempre perché elettrone può muoversi anche

1) come ONDA)

Energia arbitraria (già abbandonato prima)

2) ➔ Superata Meccanica classica, approdo in quella QUANTISTICA

● 1926 Shrodinger propone un’equazione idonea a descrivere la funzione d’onda, definisce la

PROBABILITA’ di trovare la particella in un punto dello spazio

→ PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE: non abbiamo mai la certezza di dove sia l’elettrone

● MECC CLASSICA = moto della particella lungo traiettoria definita

= energia arbitraria

MECC QUANTISTICA = moto della particella lungo una funzione d’onda a cui è associata una

probabilità

= determinati stati di energia

● Le regioni di spazio dove è probabile (90%) trovare l’elettrone si chiamano ORBITALI.

Comportamento dell’e- descritto dalla funzione d’onda a cui sono associate 3 coordinate spaziali:

I NUMERI QUANTICI (n,l,m). Ogni terna di numeri quantici rappresenta un orbitale, ogni orbitale

rappresenta uno stato quantico a diversa energia.

LEZIONE 6: configurazione elettronica

1) PRINCIPALE (n) = dimensione dell’orbitale (livello di energia)

= da 1 a n

2) AZIMUTALE (l) = forma orbitale (sfe