Elementi di Chimica

STRUTTURE DI LEWIS PER MOLECOLE CON LEGAMI MULTIPLI: LEGAMI DOPPI

(04/04/2022): TEORIA DI RISONANZA

Una molecola presenta un fenomeno di RISONANZA quando può essere rappresentata con due o più formule di Lewis equivalenti, le quali sono messe in relazione attraverso una freccia a doppiapunta (↔). Questo simbolo NON significa che la molecola si trasforma in queste strutture in modo reversibile, ma significa che la reale struttura di Lewis di quella molecola è un ibrido tra esse.

Es. Benzene

Es. PO

Se scrivo la formula di Lewis, ottengo:

Dove il fosforo P ha una carica formale +1, mentre i 4 ossigeni hanno -1, e la loro somma, come è giusto che sia, è -3.

Tuttavia, se ad esempio l'atomo di ossigeno in alto mette a disposizione una coppia di elettroni di non legame per formare un doppio legame con il fosforo, si ottiene questa struttura:

Se vado a ricalcolare le cariche formali, i tre ossigeni che non ho toccato

avranno sempre -1, mentre il fosforo e l'ossigeno in alto avranno carica formale 0. Tra le due strutture di Lewis però, questa è quella più plausibile, perché la carica formale in questo caso di due atomi è zero/prossima a zero, come dice la regola scritta in alto. Il fosforo però è legato a 4 ossigeni, che sono equivalenti tra loro, per cui il doppio legame può essere fatto con qualsiasi dei 4 atomi. Per questo motivo tale molecola presenta il fenomeno di risonanza, e la reale struttura di Lewis sarà un ibrido tra queste.

LEGAME COVALENTE PURO: si realizza tra atomi dello stesso elemento, i quali hanno la stessa elettronegatività.

LEGAME COVALENTE POLARE: si realizza tra atomi di elementi diversi, dove uno dei due sarà più elettronegativo dell'altro. Quest'ultimo attira verso di sé gli elettroni di legame. Per questo motivo, con questo tipo di legame possiamo definire una CARICA PARZIALE

GEOMETRIA MOLECOLARE

La geometria molecolare serve a capire realmente come sono posizionati gli atomi di una molecola nello spazio, cosa che la teoria di Lewis non ci dice. Questa geometria è composta da alcune semplici regole, che compongono la TEORIA VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion):

• gli atomi sono legati da coppie di elettroni
• queste coppie (di legame o non) tendono a respingersi perché di segno uguale (cariche - )
• gli atomi quindi si posizionano in modo da evitare che gli elettroni si respingano, per cui si mettono alla massima distanza possibile
• le coppie di elettroni di non legame occupano più spazio degli atomi

COME DETERMINARE LA GEOMETRIA MOLECOLARE:

1. Scrivere la struttura di Lewis;
2. Collocare le coppie di elettroni alla massima distanza possibile, per ridurre la repulsione.

Ci sono 2 casi diversi da considerare:

• Nel caso di molecole formate solo da 2 atomi, basta mettere le coppie di elettroni intorno agli atomi, perché si ha semplicemente una geometria lineare.
• Nel caso di 3 o più atomi invece.

Per stabilire la geometria, devo fare la somma o + m = n, e in base al risultato avrò diversi tipi di geometrie:

SPIEGAZIONE:

Perché per ogni n ci sono diversi tipi di geometrie? Spieghiamolo nel caso di n = 3:

Siccome n = o + m, io posso avere 3+0 oppure 2+1. Nel primo caso avrò una trigonale planare AX .3. Nel secondo caso, dato che m=1, ho una coppia di elettroni non legame. Questo significa che, siccome gli elettroni di non legame respingono di più di

perché più elettronegativo. Da qui posso dire che una molecola si definisce POLARE quando si comporta come un dipolo elettrico formato da due cariche opposte distanziate tra loro. È come una nube elettronica spostata più verso un atomo rispetto all'altro, perciò si dice che il legame si polarizza. Quando avviene questo? Una molecola si può dire POLARE quando il baricentro delle cariche positive NON coincide con quello delle cariche negative. La polarità inoltre si misura tramite il MOMENTO DIPOLARE μ (unità di misura debye [D]), il quale dipende da: - entità della carica; - distanza tra i poli + e – della molecola. Il momento di dipolo viene rappresentato da un vettore che punta verso l'atomo più elettronegativo. Se considero una molecola poliatomica, il momento dipolare totale è la SOMMA VETTORIALE di tutti i vettori dipolo elettrico dei legami. Una molecola poliatomica è APOLARE quando:

l'atomo centrale è legato agli stessi sostituenti e non possiede coppie solitarie- è molto simmetrica (cioè la somma vettoriale = 0)

I GAS: LEGGI DI TRASFORMAZIONI (TEST 1)

P = pressione

V = volume

n = numero di moli -1 -1

R = 0,08206 L atm K mol

T = temperatura (kelvin)

Questa equazione è stata ottenuta da un insieme di altre leggi, qui sotto elencate:

N.B: IMPARARE BENE LE LEGGI E LE CONDIZIONI

LEZIONE 7 (02/05/2022): DENSITÀ DEI GAS

La densità di un gas in relazione alla sua pressione è così definita:

MISCELE DI GAS

Un discorso analogo a quello fatto per le soluzioni può essere ripetuto anche per i gas. Infatti solitamente non si considerano mai i gas singolarmente, ma si parla sempre di miscele di gas, come ad esempio l'aria che respiriamo, la quale non è formata solamente dall'ossigeno. =n +n +n

Per una miscela formata dai gas A, B, C, il numero totale di moli di gas sarà: tot A B C⋅V =n

1. Dalla legge dei gas ideali si ha: ⋅R⋅TP, dove ⋅R⋅ è la costante dei gas ideali.
2. Se si esprimono i singoli numeri di moli, si ottiene la LEGGE DI DALTON: "in una miscela di gas, la pressione totale sarà data dalla somma delle pressioni parziali."
3. Come accadeva per le soluzioni, la frazione molare del gas A sarà: X_A = n_A/n_tot.
4. Se esprimo n con la legge dei gas ottengo: n = PV/RT.
5. Da qui posso dire che la pressione di un generico gas A all'interno di una miscela di gas è: P_A = X_A * P_tot.
6. Lo stesso discorso vale per i VOLUMI, per i quali vale la LEGGE DI AMAGAT: "in una miscela di gas, il volume totale sarà dato dalla somma dei volumi parziali."

TERMODINAMICA CHIMICA

PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA:

In un sistema isolato, l'energia interna è costante: ΔE = q + w = 0.

LAVORO:

Il lavoro è dato dal prodotto tra la forza e lo spostamento: W = F⋅d.

Se considero ora pressione P e volume V, ed in particolare le unità di misura, mi accorgo che posso esprimere il lavoro W come prodotto PV, in quanto hanno la stessa unità di misura, infatti:

Pressione costante:

W = P⋅V

Volume costante:

W = 0

ENTALPIA (H):

A pressione e temperatura costanti, l'entalpia è definita come H = E + PV.

costante →CAPACITÀ TERMICA

Dove:

q = calore scambiato tra corpo e ambiente

ΔT = variazione di temperatura

grandezze intensive: NON dipendono dalla quantità di sostanza

grandezze estensive: dipendono dalla quantità di sostanza

UNITÀ DI MISURA

CAMBIAMENTI DI FASE

Quando si ha un cambiamento di fase, la temperatura rimane costante, e il calore fornito non va ad innalzare la temperatura, ma serve a rompere i legami tra le molecole.

Es. Acqua (ghiaccio, acqua, vapore acqueo)

Se ho del ghiaccio a -20°C, io aumento la temperatura fino ad arrivare a 0°C, e lo faccio tramite:

Δq = C ⋅ ΔT

Questo calore dove la variazione di temperatura sarà ovviamente 20°C.

Una volta che sono arrivato ai miei 0°C, se continuo a fornire calore, la temperatura non aumenterà più, ma esso servirà per rompere i legami tra le molecole per poter trasformare il ghiaccio in acqua:

Δq = C ⋅ m = Δq H

Ne tale calore viene chiamato

CALORE DI FUSIONE, così definito: fus LATdove:C = calore specifico latente di fusioneLAT A seconda delle grandezze che ho utilizzom = massa del ghiaccio una delle due formulen = moli di ghiaccioLo stesso ragionamento lo si fa con il passaggio acqua → vapore acqueo, dove si ha il CALOREDI EVAPORAZIONE.(ricordarsi ESO = esco , ENDO = entro )Esempi:- fusione del ghiaccio → processo ENDOTERMICO- reazione di combustione del metano → processo ESOTERMICO 0Per ogni reazione chimica, è possibile definire un ENTALPIA STANDARD DI REAZIONE (ΔH0reaz 0roppure ΔH oppure ΔH ), che è la variazione di entalpia associata ad una reazione quando ireagenti e i prodotti si trovano nei rispettivi STATI STANDARD