Riassunto esame Chimica generale e organica, prof Capello, libro consigliato Chimica e propedeutica biochimica, EDISES

CORSO DI CHIMICA

MISURAZIONE DELLE PROPRIETA’ FISICHE DELLA MATERIA

La chimica è la disciplina che si occupa della struttura, delle proprietà e delle trasformazioni della materia.

Reazione chimica: processo in cui delle sostanze reagiscono e si trasformano in altre sostanze.

Che cos’è la materia? La materia è tutto ciò che occupa spazio ed è dotato di massa, quindi ha un volume.La materia si può descrivere in base alle:

• Proprietà chimiche= definiscono la capacità di una sostanza di reagire attraverso processi che tendono a cambiare la sua natura.
• Proprietà fisiche= definiscono la posizione e l’energia delle sostanze e non prevedono reazioni.

LE TRASFORMAZIONI FISICHE

La materia può trovarsi in diversi stati: liquido (volume proprio ma forma del recipiente che lo contiene), solido (forma e volume proprio), aeriforme (né forma né volume proprio, tende a occupare tutto lo spazio disponibile).

L’interconversione tra questi stati costituisce una trasformazione fisica poiché cambia macroscopicamente la forma in cui si presenta la materia ma non ne modifica la composizione chimica.

Lo stato della materia dipende dalle condizioni di temperatura e pressione a cui è sottoposta.Tutte le sostanze presentano dei precisi punti di fusione e punti di ebollizione.Durante il processo del passaggio di stato la temperatura del sistema rimane costante fino a che il processo non è completato.

Solidi e liquidi sono incomprimibili, cioè sottoposti a variazioni di pressione non si apprezza alcun cambiamento sostanziale; invece i gas sono comprimibili, cioè se aumento la pressione il suo volume diminuisce, se diminuisco la pressione il suo volume aumenta (PV= nRT pressione e volume sono inversamente proporzionali).L’aumento della temperatura di un corpo solido causa la sua dilatazione, mentre una diminuzione di temperatura provoca una contrazione (dilatazione termica).

L’aumento di temperatura in liquido si può osservare anche ad occhio nudo.Nei gas la dilatazione è molto vistosa anche ad osservazioni minimi di temperatura.Mentre per i solidi e i liquidi l’aumento o diminuzione del volume dipende dal materiale, i gas rarefatti subiscono variazioni di volume particolarmente ampie.

SOLIDI

• Hanno forma e volume definito
• Le particelle che li costituiscono sono fortemente impacchettate, ordinate e il loro movimento è fortemente impedito
• Sono incomprimibili
• Per decomporli è necessario aumentarne la temperatura
• Se riscaldati, aumenta il moto delle particelle e si espandono

LIQUIDI

• Non hanno forma ben definita ma assumono quella del recipiente in cui si trovano
• Hanno un volume proprio
• Le particelle si trovano relativamente vicine e possono muoversi piuttosto liberamente
• Sono incomprimibili
• Se riscaldati, aumenta il moto delle particelle e si espandono
• Hanno una superficie superiore orizzontale
• Le particelle esercitano forze di coesione che prevalgono su quelle di movimento, che tendono ad allontanarle

GAS

• Non hanno forma e volume propri
• Le loro particelle si muovono liberamente e sono distanti le une dalle altre
• Sono comprimibili
• Si espandono fortemente per riscaldamento
• Particelle impalpabili in continuo movimento

LE PROPRIETA’ DELLA MATERIA

Proprietà intensive= sono indipendenti dalla quantità di sostanza presa in esame (esempio: punto di fusione, di ebollizione…).Proprietà estensive= dipendono dalla quantità di sostanza presa in esame (esempio: massa, volume…).

GRANDEZZE E UNITA’ DI MISURA PER MISURARE LA MATERIA

Le grandezze possono essere fondamentali o derivate.

Le grandezze fondamentali sono definite nel Sistema Internazionale (SI).

MULTIPLI E SOTTOMULTIPLI

• 10¹²= tera-
• 10⁹= giga-
• 10⁶= mega-
• 10³= kilo-
• 10²= etto-
• 10¹= deca-
• 10^-1= deci-
• 10^-2= centi-
• 10^-3= milli-
• 10^-6= micro-
• 10^-9= nano-
• 10^-12= pico-
• 10^-15= femto-

MASSA E PESO

Si definisce massa la resistenza che oppone un corpo a una forza che tenta di far variare il suo stato di quiete o di moto.

L’unità di misura della massa è il Chilogrammo.

Si definisce peso la forza con cui un corpo è attratto sulla terra a causa della forza di gravità.

L’unità di misura del peso è il Newton. PESO = MASSA (m) x ACCELERAZIONE DI GRAVITA’ (g).

PESO SPECIFICO

Il peso specifico si calcola: Ps= P/Vol oppure Ps= d x g

DENSITA’

La densità è definita come la sua massa per unità di volume.

Tutte le sostanze, allo stato liquido, solido o gassoso posseidono una densità. È una proprietà intensiva che dipende dalla temperatura e dalla pressione. Si calcola: d = m/Vol.

METODI FISICI DI SEPARAZIONE

• CENTRIFUGAZIONE: consente la separazione di molecole e particelle sulla base del loro differente comportamento in un campo gravitazionale.
• DIALISI
• DISTILLAZIONE

ENERGIA E CALORE

Lavoro= F x S

Esistono due tipi di energia:

• Energia cinetica: energia posseduta da oggetti in movimento
• Energia potenziale: energia che un corpo possiede in relazione alla sua posizione e orientamento rispetto a un campo di forze.

Il calore è una forma di energia, correlata all’energia termica, che viene trasferita tra due corpi che si trovano a temperature diverse.

Con atomi più complessi la cosa diventa difficile quindi gli scienziati immaginarono di togliere agli atomi tutti gli elettroni tranne 1 (come l’idrogeno), per esempio gli spettri di emissione del litio potevano essere spiegati solo assumendo che ciascuno dei livelli teorizzati da Bohr avesse valori di energie diversi, quindi per i 2 elettroni che il litio ha più dell’idrogeno ci devono essere altri livelli divisi a loro volta in altri sottolivelli (s, p, d, f).

Modello Atomico Attuale

De Broglie ipotizzò che ad ogni particella fosse associata un’onda stazionaria e spiegò il modello atomico di Bohr affermando che l’energia dell’elettrone fosse riconducibile a quella di un’onda in un orbita circolare intorno al nucleo. Heisenberg nel 1927 affermò, con il principio di indeterminazione, che non è possibile conoscere precisamente la posizione di ogni singolo elettrone poiché quando cerchiamo di determinarne la posizione perturbiamo il suo momento energetico e l’elettrone per rimanere in fase può occupare solo un orbita, mentre se gli viene fornita energia può saltare al livello energetico successivo.

Nel 1926 Schrodinger propose un’equazione d’onda generale per una particella, le sue soluzioni sono dette funzioni d’onda.

Il quadrato di queste soluzioni ci presenta una densità di probabilità di trovare l’elettrone nella posizione x,y,z ed esse rappresentano gli orbitali, che sono una nuova figura ondulatoria in una rappresentazione tridimensionale.

Le tre soluzioni sono caratterizzate dai numeri quantici:

• n= indica la distanza dal nucleo quindi il livello energetico e può assumere tutti i valori ma negli elementi a noi noti si arriva fino al 7
• l= latitudine quindi sopra o sotto l’equatore e può assumere i valori da 0 a n-1.
  • n = 1 l = 0 (orbitale s)
  • n = 2 l = 0, 1 (orbitale s + orbitale p)
  • n = 3 l = 0, 1, 2 (orbitale s + orbitale p + orbitale d)
  • n = 4 l = 0, 1, 2, 3 (orbitale s + orbitale p + orbitale d + orbitale f)
• m= longitudine quindi est/ovest intorno all’atomo e può assumere i valori da -l a +l

Gli orbitali hanno forme varie che si complicano più aumenta il numero quantico principale.

Il numero quantico magnetico indica l’orientamento di un orbitale posto in un campo magnetico e permette di distinguere gli orbitali differenti che hanno tutti la stessa energia.

• L’orbitale s non ha orbitali degeneri.
• L’orbitale p si può orientare nelle tre direzioni x, y, z quindi ha 3 orbitali degeneri.
• L’orbitale d si orienta in 5 direzioni quindi ha 5 orbitali degeneri.
• L’orbitale f si orienta in 7 direzioni quindi ha 7 orbitali degeneri.

L’ultimo numero quantico è il numero quantico di spin (ms) che può assumere due valori: +½ e -½ in base alla rotazione dell’elettrone intorno al proprio asse e gli elettroni riescono a riconoscere il senso di rotazione degli altri tant’è che nello stesso orbitale ci possono stare due elettroni con spin opposti.

I numeri quantici descrivono la distanza dal nucleo dell’elettronica e della sua energia.

Aumentando il livelli energetici abbiamo numeri quantici sempre maggiori.

Ogni orbitale ha una sua forma che si complica con il numero quantico principale, poi riconosciamo gli orbitali s, p, d, f; poi sappiamo in base al numero quantico magnetico che possiamo avere orbitali con la stessa energia.

Come descrivere la configurazione elettronica di un elettrone dell’idrogeno e dell’elio? Usiamo il sistema dei quadrati, ognuno dei quali indica un orbitale: l’orbitale ha sempre un solo orbitale, p avrà 3 orbitali con la stessa energia, d ne avrà 5 ed f ne avrà 7.

Possiamo disegnare tali orbitali riordinati a livello di energia crescente.

Tuttavia c’è una sfalsamento: gli orbitali 3d per esempio hanno poco più energia del 4s e gli orbitali 4f hanno pari energia dei 6s.

Come vengono quindi, dunque, gli elettroni negli atomi?

Si seguono 3 regole:

• Il principio di Aufbau= gli orbitali sini riempiti dagli elettroni in ordine di energia crescente
  • 1s
  • 2s 2p