Appunti prima parte Chimica

CHIMICA

TEORIA

NOMENCLATURA

• Ad ogni numero atomico (Z) corrisponde un determinato elemento
• ogni elemento ha un nome, che viene sintetizzato con un simbolo

Inizialmente ai composti venivano attribuiti dei nomi di fantasia.

FORMULA CHIMICA

Alla fine del 1700, Lavoisier propose di introdurre dei nomi che indicassero il contenuto atomico della sostanza... così nacque la FORMULA CHIMICA.

Es. Magnesia + Vetriolo= Sale di Epsom MgCO₃ + H₂SO₄ = MgSO₄ + CO₂ + H₂O

Formula EMPIRICA (o BRUTA) = formula chimica più semplice

• è composta dai simboli di tutti gli elementi che sono presenti nella sostanza.
• indica la proporzione numerica tra gli atomi dei vari elementi

Formula bruta Glucosio: CH₂O, formula bruta Formaldeide: CH₂O La formula bruta ci dice che il Glucosio e la Formaldeide contengono C, H e O in proporzione 1:2:1. Formula molec. Glucosio: C₆H₁₂O₆, Formula molec. Formaldeide: CH₂O.

Per non confondere 2 sostanze che hanno la stessa formula bruta, si utilizza la formula MOLECOLARE

• Riporta il numero reale di atomi di ciascun elemento contenuti nella molecola.

Tutte le molecole di una sostanza hanno la STESSA formula molecolare.

Esiste un altro tipo di formula chimica: formula di STRUTTURA

• disegna uno schema della molecola tenendo conto della sequenza e della disposizione spaziale dei vari atomi.

LA MOLE

Mole= quantità di sostanza che contiene tante unità elementari quanti sono gli atomi contenuti in 12 g dell’isotopo del Carbonio. ¹²C

Gli atomi contenuti in 12g di ¹²C sono definiti dal Numero di Avogadro (= 6,022·10²³).

PESO ATOMICO di un elemento= peso in UMA della miscela isotopica con cui l’elemento è presente in natura.

• il peso di una MOLE di qualunque elemento è pari al suo peso atomico espresso in grammi.

PESO MOLECOLARE di una sostanza = è dato dalla somma complessiva degli atomi di ogni elemento presente nella sua formula molecolare.

• il peso di una mole di molecole di qualunque sostanza è pari al peso in grammi corrispondente al peso molecolare.

Es.1 un atomo di ¹H pesa 1UMA, quindi 1/12 di un atomo di ¹²C. Quindi una mole di H₂ pesa 1/12 di una mole di ¹²C. una mole di ¹²C pesa 12g--> una mole di H pesa 1g

Es.2 un atomo di ¹⁶O pesa 16UMA, quindi 16/12 di un atomo ¹²C, una mole di atomi di ¹⁶O pesa 16/12 di una mole di atomi di ¹²C —> pesa 16 g

Accertata l’impossibilità di determinare sperimentalmente la posizione dell’elettrone e di particelle di dimensioni atomiche, si è deciso di utilizzare come caratteristica della particella atomica la PROBABILITÀ (quindi lavorare su termini probabilistici).

=Trovare più o meno la zona dello spazio in cui si ha la possibilità di trovare un certo elettrone.

1. In un mondo molto piccolo (es. atomo) non vale più la fisica classica.
2. Si utilizza la fisica QUANTISTICA (si muove per quanti).
3. Energia-> se l’elettrone si trova in una determinata posizione, vuol dire che c’è un’energia che lo tiene in quella determinata posizione.

EQUAZIONE DI SCHRÖDINGER-strumento che ci permette di lavorare per fare questo calcolo probabilistico

È un’equazione che lega il moto ondulatorio delle particelle in maniera vincolata.

Le particelle che si muovono con moto ondulatorio non sono libere, ma sono vincolate.

Questo viene descritto su 2 coppie di parametri:

• Posizioni (x, y, z)
• Dei numeri che risolvono la Funzione d’onda (Ψ)

La funzione d’onda (Ψ) dipende dalle coordinate spaziali (x, y, z) e dai NUMERI QUANTICI (n, l, ml), che sono strettamente legati all’elettrone che sto esaminando.

Ψ_{n,l, ml} (x, y, z)

Ψ= è una funzione d’onda che definisce una zona nello spazio dove si può trovare un elettrone e dà il nome a questa zona (= ORBITALE).

Ogni funzione d’onda definita da una particolare terna dei numeri quantici è chiamata ORBITALE.

Ogni orbitale corrisponde ad un possibile stato quantico per l’elettrone, la cui energia è data da En.

NUMERI QUANTICI

Usiamo i numeri quantici per classificare gli elettroni.

• n = numero quantico principale -> n = 1, 2, 3, ..., ∞
• l = numero quantico secondario-> l= 0, 1, 2, 3,... n-1
• ml = numero quantico magnetico -> ml= l+ 1, - l, 0, ...

ogni orbitale viene indicato con un numero corrispondente al numero quantico principale n e da un simbolo alfabetico legato al numero quantico secondario l:

Il numero massimo di orbitali per un dato n è uguale a n².

Se n= 1 -> l=0, m=0 corrisponde all’orbitale 1s (= stato fondamentale dell’atomo di idrogeno)

RIASSUNTO

La configurazione elettronica fondamentale di un elemento si può costruire con il principio dell'Aufbau

(permette di riempire correttamente gli orbitali), che si basa sui seguenti concetti:

1. Principio di esclusione di Pauli: uno stesso orbitale può ospitare al massimo 2 elettroni, uno con spin in su (m_s = +1/2) e uno con spin in giù (m_s = -1/2)
2. Gli elettroni tendono ad occupare gli orbitali a energia più bassa; penetrazione ed effetti schermo suggeriscono la possibile scala energetica degli orbitali
3. Regola di Hund: gli elettroni tendono ad occupare orbitali degeneri singolarmente, con i loro spin paralleli

Elementi del secondo periodo

B: 1s² 2s² 2p¹

C: 1s² 2s² 2p²

N: 1s² 2s² 2p³

O: 1s² 2s² 2p⁴

F: 1s² 2s² 2p⁵

Ne: 1s² 2s² 2p⁶

Elementi del terzo periodo

Conviene accoppiare nell'orbitale s perché ha un'energia più bassa.

MOLECOLE CON STECHIOMETRIA SIMILE E GEOMETRIE DIFFERENTI

Ci sono molecole con stechiometria analoga, ma geometrie differenti (CO₂, SO₂, H₂O).

Il numero di legami è legato alla stechiometria, gli elettroni di legame non sono sufficienti per spiegare la geometria delle molecole.

Guardando solo gli orbitali di legame queste molecole sono uguali, ma in realtà hanno una geometria diversa.

CO₂: O=C=O SO₂: S=O H₂O: H-O-H

Ciascun atomo delle molecole ha sia gli e- di legame sia quelli non utilizzati.

Il carbonio sente anche l’elettrone dell’altro atomo con cui si è legato.

Raggiungono la configurazione OTTETTALE propria del gas nobile, si ha quando si raggiunge il massimo numero di elettroni (8).

Gli orbitali hanno una certa densità negativa si muovono per trovare la forma geometrica che mette gli orbitali uno più lontano dall’altro.

FORMULE DI STRUTTURA

1. Struttura TETRAEDICA: gli orbitali di non legame occupano più spazio
2. Struttura LINEARE: dal punto di vista geometrico il C ha 2 “oggetti” (2 doppi legami)
3. Struttura TRIANGOLARE: 3 “oggetti” intorno all’atomo centrale
4. Struttura PIRAMIDALE: >5 “oggetti” = piramide a base quadrata (o bipiramide a base triangolare) >6 “oggetti” = bipiramide a base quadrata

VSEPR: Valence Shell Electron Pair Repulsion

Le coppie di elettroni che si trovano intorno ad un atomo possono essere assimilate ad zone di carica elettrica. Essendo cariche dello stesso segno, si instaurano delle repulsioni che, come abbiamo visto, destabilizzano i sistemi.

Tali coppie, pertanto, tenderanno a disporsi nello spazio in modo tale da minimizzare le repulsioni e quindi alla maggiore distanza possibile tenendo conto del vincolo di appartenenza ad un atomo.