Materia in Chimica

PESO ATOMICO) RELATIVA MEDIA PESATA

Relativa: indica che si fa riferimento ad una certa massa e

Media Pesata: indica che dipende dall’abbondanza isotopica naturale.

La massa a cui si fa riferimento per il calcolo delle masse atomiche è quella di 1/12 massa di un atomo di

∗

12C (isotopo più abbondante in natura); il che corrisponde a 1.66054 10−27 = unità di massa atomica =

u

PESO ATOMICO —> massa atomica (peso atomico) relativa (1/12 della massa del 12C) media pesata

rispetto alle abbondanze isotopiche naturali.

LA MATERIA 3

peso atomico H = peso atomico 1H x 0,99985 + peso atomico 2H x 0,00015

peso atomico H = 1,007825x 0,99985 + 2,014102 x 0,00015 = 1,00798

PESO MOLECOLARE —> e’ uguale alla somma dei pesi atomici degli atomi che costituiscono la molecola.

Lo spettrometro di massa è uno strumento che permette di separare ioni/isotopi diversi presenti in uno

stesso campione per mezzo di un campo elettrico e magnetico, al fine di calcolare il rapporto massa/carica.

Strumento con cui misurare le masse relative ai nucleotidi.

Gli atomi di idrogeno H verranno ionizzati (trasformati in ioni) in ioni positivi accellerati da un campo elettrico.

Più leggeri saranno e maggiore è la deviazione di traiettoria della loro traiettoria originale. Si misura in R con

cui si indicano i rapporti di raggi delle orbite.

∗

Allora 12 = 12 1. Più in generale, uno spettrometro di massa consente di trovare la

massa relativa di un nuclide qualsiasi rispetto alla dodicesima parte della massa di un atomo di 12C.

MASSA (PESO) MOLECOLARE è uguale alla somma dei pesi atomici degli atomi che costituiscono la

molecola.

2 = 2(1.00794) + 15.9994 ≈ 2 + 16 = 18/

MOLE è la quantità di sostanza che contiene tante particelle (atomi/ioni/molecole) quante sono contenute in

12g esatti di 12 , ovvero 6,022137x10alla23 (Costante di Avogadro, mol-1).

Per ogni composto una mole ha una massa diversa. =()/(/)

Na (peso atomico)=22,989768

• 1 atomo di Na ha massa = (22,989768 x 1,66054x10-27kg)

• 1 mole di atomi di Na ha massa = (22,989768 x 1,66054x10-27kg) x 6,022137x1023mol-1

• 1 mole di atomi di Na ha massa = 22,989768 g mol-1

la massa in grammi di 1 mole di sostanza equivale numericamente al peso atomico/peso molecolare

della sostanza stessa.

la massa molare e’ la massa di 1 mole di sostanza→ g mol-1

STECHIOMETRIA

, 4

-4: 1 mole di e 4 moli di = 16[/]

LA MATERIA 4

24? ∗

-Quanti di ci sono in 1 mole di 16 4 = 64g

24? ∗ ∗

-Quanti atomi di ci sono in 2 6.022 10alla23

2?

-Quanti atomi di ci sono in 18 di =

2?

-Quante moli di ci sono in 1 mole di 2

22? ∗

-Quanti in una mole di 2 + 16 2 = 34g

22? () (−1) ∗

-Quanti di in una mole di = (/) =1/2∗ 34 = 17g

REAZIONI CHIMICHE

, , ,

+ = + con coefficienti stechiometrici: rapporti molari tra sostanze che

reagiscono e che si formano.

Reagenti = Prodotti

Bilanciamento: il numero di atomi di ciascun elemento che compare a sx è uguale a quello di dx

(il numero di atomi di una specie chimica si conserva).

CH4 + O2 = CO2 + H2O

Bilanciamola:

CH4 + O2 = CO2 + H2O

2 2

Nella fisica classica si può stabilire, in modo puntuale, la traiettoria, posto che se ne conosca la posizione

iniziale, la velocità iniziale e le forze che interagiscono con il sistema. In altre parole, si può determinare

correttamente la sua posizione un attimo prima e un attimo dopo, considerato un certo tempo t(0). In

LA MATERIA 5

accordo con ciò si parla di “fisica deterministica”.

Questo tipo di approccio nella trattazione degli atomi risulta inadatto perché, secondo il PRINCIPIO DI

INDETERMINAZIONE DI HEISENBERG (1927), per cui è impossibile conoscere la posizione e,

contemporaneamente e in modo assoluto, la quantità di moto di una particella, è necessario parlare di

“fisica probabilistica”.

Il principio di indeterminazione di Heisenberg si scrive con un’espressione analitica tale che, data una

particella di massa con una certa velocità lungo l’asse x, si ha:

h

∆∆ ≥ 4π

{ ℎ ∗10alla−34.

con = e = = 6.626069

L’errore che si commette a determinare la posizione della particella (∆) moltiplicato per l’errore che si

commette a determinare la quantità di moto della particella (∆) è come minimo uguale al rapporto tra

una costante (ℎ) e 4. I due errori sono in relazione tramite la proprietà inversa.

;

[da ricordare che ovvero la quantità di moto è una grandezza vettoriale, il cui modulo è dato da è in 1

relazione con l’energia cinetica, perchè entrambe dipendono dalla massa e dalla velocità, secondo: = 2

2

]

, la quale, a sua volta, è in relazione con quella totale: + =

È facile notare che il principio di indeterminazione di Heisenberg ha validità generale ma nel mondo

macroscopico non ha effetti; invece, nel mondo microscopico, esso ha effetti devastanti (vedi esempi).

Di fatto, spostiamo l’attenzione sulla quantità di moto e, per quanto riguarda la sua traiettoria, parliamo in

−

termini probabilistici (→orbitale: regione di spazio al cui interno c’è un’elevata probabilità di trovare l’ ).

Dunque, se voglio trovare l’elettrone con esattezza, devo considerare una regione di spazio con un volume

infinitamente grande.

Δ → corrisponde all’errore, anche chiamato incertezza nel determinare la posizione di un oggetto di

massa m che si muove con velocità v lungo l’asse x.

Esempio: mondo macroscopico

data una particella di massa = 1 con una velocità = 1

m

s −10 −10

kgm

con ∆ = 10 (errore molto piccolo) ((sempre +10 fra la massa dell’oggeto e l’incertezza di )

p

s h

∆∆ = ∆(∆) ≥ 4π

J=Nm −34

6,626∗10 −25 −25

J s ∗

∆ = = 5,273 10 ≈ 10 NON HA EFFETTI

m −10

4π(1kg∗ ∗10 )

s

Esempio: mondo microscopico −31 m

data una particella di massa = 10 con una velocità = 1 s

−41 −10

kgm

con ∆ = 10 (sempre +10 fra la massa dell’oggeto e l’incertezza di )

p

s h

∆∆ = ∆(∆) ≥ 4π

−34

6,626∗10 6 6

Js ∗

∆ = = 5,273 10 ≈ 10 HA EFFETTI!!!!!!!!

−31 −41

4π(10 ∗10 )

m

kg∗1 s

RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA

Agli inizi del 1900 alcuni dati sperimentali cominciano a derivare dall’interazione tra la materia e la

radiazione elettromagnetica (rem). Esistono due modelli, equivalenti, che considerano la rem in modo

differente: quello ondulatorio e quella corpuscolare.

LA MATERIA 6

Il MODELLO ONDULATORIO spiega fenomeni fisici come la diffrazione, la rifrazione e l’interferenza.

Secondo questo modello, la radiazione elettromagnetica è formata da oscillazioni periodiche e in fase di un

campo elettrico () e un campo magnetico ().

Ogni radiazione elettromagnetica è caratterizzata da tre grandezze fondamentali:

• Lunghezza d’onda (λ) che corrisponde alla distanza

tra due successive creste (punti di massimo dell’onda) o tra

due successivi ventri (punti di minimo) []

• Frequenza (ν) che corrisponde al numero di −1

oscillazioni complete che passano in un punto in un secondo [ ]

8 −1

m

∗

• Velocità di propagazione: = λ ν [ ] Nel vuoto = 2.9979 10 ; λ e ν sono inversamente

s

proporzionli.

SPETTRO DELLA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA ꓕ

x indica la direzione di propagazione del raggio luminoso ed è allo schermo (BꓕE e sono in fase). Le

onde elettromagnetiche sono state classificate in base ai valori di lunghezza d’onda λ (correlate a ν); esse,

nel loro complesso, costituiscono lo SPETTRO ELETTROMAGNETICO. Una serie di esperimenti

LA MATERIA 7

(radiazione corpo nero, effetto fotoelettrico e spettri atomici) non era razionalizzabile con il modello

ondulatorio.

Il MODELLO CORPUSCOLARE considera la radiazione elettromagnetica come un treno di particelle

ℎν.

(fotoni), che trasporta una certa energia =

Nel 1901 Planck era alle prese con la radiazione elettromagnetica emessa da un CORPO NERO (=sfera

cava le cui pareti interne sono mantenute ad una temperatura

T costante che assorbe e riemette radiazioni). Durante gli esperimenti notò che al variare della temperatura

T a cui l’oggetto è mantenuto, varia la distribuzione della radiazione elettromagnetica che l’oggetto emette.

Ne consegue

che Planck ottenne distribuzioni di radiazioni elettromagnetiche differenti al variare di T. Allora Planck

ipotizzò che il corpo nero non assorbiva energia con continuità né la riemetteva con continuità ma assorbiva

e riemetteva energia con quantità discrete, dette “quanti”.

Nel 1905 Einstein studia l’EFFETTO FOTOELETTRICO, fenomeno che consiste nell’emissione di

elettroni da parte di un metallo, quando questo viene investito da una certa rem, avente una determinata

ℎν

energia pari a = ( → constante di Planck, ν → frequenza della radiazione).

h

Quando i fotoni della rem vanno a incidere sulla superficie metallica, essi trasferiscono parte della loro

energia agli atomi del metallo. Se l’energia è abbastanza sufficiente, gli elettroni del metallo vengono espulsi

dalla superficie del metallo. La frequenza di tale rem viene detta frequenza di soglia (0) ed è caratteristica

di ogni metallo, cioè al variare della natura del metallo, dal quale gli elettroni vengono espulsi, varia il valore

di ν0. Se si usa una rem con ν > ν0, allora si verifica l’effetto fotoelettrico, altrimenti non si verifica alcun

effetto.

Di conseguenza, se cambio la natura degli atomi che costituiscono il metallo, cambia la frequenza di soglia

perch&eac