Riassunti di Chimica

Numeri quantici

Gli elettroni sono presenti su orbitali caratterizzati da numeri quantici n, l, m, ms. Il numero quantico n (i cui valori sono 1, 2, 3, n) stabilisce l'energia degli elettroni. Il numero quantico l (i cui valori vanno da 0, 1, n-1) stabilisce la forma dell'orbitale. Il numero quantico m (i cui valori vanno da -l, 0, l) stabilisce l'orientamento dell'orbitale. Il numero quantico ms indica lo spin, può assumere solo due valori: ±¹/₂ ed è stato interpretato come il diverso senso di rotazione dell'elettrone rispetto al proprio asse.

Principio di esclusione di Pauli

Il principio di esclusione di Pauli dice che non possono esistere nello stesso atomo due elettroni che abbiano tutti e quattro i numeri quantici uguali. Questo significa che su ogni orbitale possiamo trovare al massimo due elettroni purché abbiano ms diverso.

Regola di Hund

Gli elettroni occupano tutti gli orbitali di un determinato sottolivello prima di accoppiarsi. Questi elettroni spaiati hanno spin paralleli.

Carica nucleare effettiva

La carica nucleare effettiva (Z_eff) è la carica di cui realmente risente un elettrone in un atomo polielettronico. Si dice "effettiva" poiché a causa dell'effetto di schermo degli elettroni interni, l'elettrone l'elettrone dell'ultimo strato risente solo parzialmente della forza di attrazione del nucleo.

Energia di ionizzazione

L'energia di ionizzazione è l'energia necessaria a ionizzare un atomo, cioè l'energia che bisogna fornire per strappare un elettrone da un atomo rendendolo uno ione positivo (catione). L'energia di ionizzazione può essere anche detta potenziale di ionizzazione (E_i) cioè la differenza di potenziale (V) da fornire per separare la carica di un e⁻ da un atomo:

A + E_ioniz → A⁺ + e^⁻

Il potenziale di I° ionizzazione si riferisce all'energia necessaria a strappare un elettrone ad un atomo che nel suo complesso è neutro il potenziale di II° ionizzazione invece prevede la separazione di un secondo elettrone da uno ione già carico positivamente.

Le energie di ionizzazione aumentano lungo il periodo, mentre invece diminuiscono scendendo nei gruppi.

Affinita elettronica

Si definisce affinità elettronica di un atomo l'energia liberata quando ad un atomo neutro supposto isolato viene addizionato un elettrone producendolo uno ione negativo (anodo).

A + e⁻ → A^⁻ + E_{aff. elettronica}

Gli elementi che hanno maggiore affinità elettronica sono gli elementi del VI° gruppo; l'affinità elettronica è una proprietà periodica perché i valori della grandezza aumentano spostandosi da sinistra verso destra lungo il periodo rinarcando la tendenza che spostandosi verso destra gli elementi invece di perdere elettroni tendono ad acquistarli per raggiungere una configurazione elettronica stabile.

Molecole polari e momento dipolare

Nella formazione di un legame covalente tra atomi che hanno diversa elettronegatività, si ha uno spostamento della carica elettrica negativa intorno all'atomo più elettronegativo, creando così, lungo l'asse di legame, un dipolo elettrico che è definito dal momento dipolare μ = |q|·d. Il dipolo si può rappresentare con un vettore diretto dall'atomo positivo verso l'atomo negativo. La somma vettoriale dei dipoli elettrici associati ai legami presenti in una molecola fornisce la polarità della molecola stessa. Nelle molecole CO₂, BF₃, la somma vettoriale è 0 e quindi sono molecole apolari. Nelle molecole H₂O, NH₃, CHCl₃, la somma vettoriale è diversa da 0 per cui le molecole sono polari e la polarità è rappresentata dal vettore somma.

Legami metallici

Il legame metallico è un legame forte che da la giustificazione di alcune proprietà tipiche dei metalli, come la conducibilità elettrica, la conducibilità termica, la duttilità, l'alta densità ecc. Nel legame metallico la risonanza degli atomi porta alla sovrapposizione degli orbitali atomici più esterni, quindi il legame metallico non è direzionale. Dalla combinazione lineare di N orbitali atomici si ottengono N orbitali molecolari i quali danno vita a bande di energia. Quando due bande sono separate da un elevato intervallo di energia, il materiale risulta isolante mentre se le due bande sono separate da un piccolo intervallo di energia. Il materiale si dice semiconduttore.

Entropia

L'entropia è una funzione di stato, infatti la variazione di entropia dipende solo dallo stato finale e quello iniziale.

Δ_TOTNE=Δ_Sistema+Δ_Ambiente>0

L'entropia è la misura dello stato di disordine. Un processo è spontaneo e irreversibile nella direzione in cui l'entropia totale (il disordine) aumenta ΔS>0.

ΔS≤0 → sistema isolato e reversibile

Δ_Reazione=∑_Prodotti-∑_Reagenti, Δ_Ambiente=&Minus;ΔH_Reazione/T

Il principio della termodinamica

La seconda legge della termodinamica è di tipo non conservativo ed essa indica quali processi avvengono spontaneamente.

Energia libera di Gibbs

L'energia libera è una funzione di stato che permette di determinare un criterio di spontaneità di una trasformazione.

 −TΔS_tot=ΔH−TΔS≤0

ΔG⁰=ΔH_Reazione−TΔS_Reazione

Una reazione è spontanea quando la variazione di energia libera è minore di zero.

• ΔG<0 → la reazione è spontanea.
• ΔG>0 → è spontanea la reazione inversa.
• ΔG=0 → la reazione è all'equilibrio.

Terzo principio della termodinamica

Il terzo principio della termodinamica afferma che alla temperatura di 0 Kelvin l'entropia di una sostanza allo stato di cristallo perfetto è zero.

Acidi e basi secondo Arrhenius

Secondo Arrhenius, un acido è una sostanza in grado di cedere ioni H⁺, mentre una base è una sostanza in grado di cedere ioni OH^-.

Acidi e basi secondo Brønsted-Lowry

Un acido è una sostanza in grado di cedere ioni H⁺, mentre una base è una sostanza in grado di accettare ioni H⁺. Con Brønsted si introduce il concetto di reazione acido-base. Esempio:

NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH^-

(base, acido, acido coniugato, base coniugata)

Acidi e basi secondo Lewis

Secondo Lewis, un acido è una sostanza in grado di accettare un doppietto elettronico, mentre una base è una sostanza in grado di cedere un doppietto elettronico.

Pile

Le pile sono sistemi che producono energia elettrica sfruttando reazioni di ossido-riduzione. Una pila è costituita da due semicelle collegate elettricamente attraverso un setto poroso, che mantiene l'elettro-neutralità del sistema durante l'erogazione della corrente. Una semicella è formata da un recipiente che contiene una soluzione in cui è immerso un elettrodo, ossia un conduttore di elettroni. Nelle due semicelle di una pila tendono ad avvenire due reazioni simultanee chiamate semireazioni, di cui una è di ossidazione e l'altra di riduzione. Data una semireazione, essa deve essere scritta, per convenzione, come reazione di riduzione.

αOX + ne^- → PRID