Riassunto esame Chimica generale, Prof. Paoli Paola, libro consigliato Lezioni di Chimica, Paolo Dapporto, Paola Paoli, Patrizia Rossi

Struttura atomica della materia

Principio di indeterminazione di Heisenberg

Secondo la meccanica classica è possibile conoscere, istante per istante, la posizione e la quantità di moto (mv) di un corpo in movimento. Questo ci consente di calcolare, conoscendo le forze che agiscono sul corpo, la posizione e la velocità che il corpo ha avuto nel passato e avrà nel futuro (fisica deterministica). Secondo Heisenberg, e quindi secondo la meccanica quantistica, non è possibile conoscere con la stessa esattezza la posizione e la quantità di moto mv, di un corpo in movimento, perché l'insieme di queste due grandezze comportano sempre una indeterminazione di:

Δ = incertezza/errore

Il prodotto dell'errore che viene fatto nel determinare la posizione del corpo Δx per l'errore che viene fatto nel determinare la quantità di moto Δp è uguale a . Questo principio, che non produce nessun effetto pratico per i corpi macroscopici, essendo l'errore comunque insignifi-cante, ha invece delle conseguenze importanti per l'elettrone nel senso che preclude la conoscenza della traiettoria dell'elettrone che si muove nell'atomo.

Il dualismo onda-particella

Il fisico francese De Broglie nel 1923 introdusse una relazione tra la massa e una lunghezza d'onda ad essa associata valida per qualunque onda o corpo in movimento:

λ (lambda) = lunghezza d'onda

Come si può facilmente vedere dalla relazione, qualunque corpuscolo in movimento può essere trattato anche come un'onda materiale, avente il corrispondente valore di λ. Vale anche il reciproco: un'onda può essere vista anche come corpuscolo. Tanto maggiore è la massa di un corpo in movimento, tanto più piccola è λ. Quindi meno evidente la sua natura ondulatoria. L'elettron...

Ha una massa molto piccola (ed è in movimento) quindi può

trattarlo come onda, da qui il dualismo onda particella.

La validità di questa relazione fu dimostrata dal fatto che

gli elettroni danno il fenomeno della diffrazione che

è un fenomeno caratteristico delle onde.

L’equazione di Schrödinger e gli orbitali atomici

Il fisico austriaco W. Schrödinger può essere considerato

il fondatore della meccanica quantistica, in quanto, considerando

la duplice natura onda-particella dell’elettrone, ideò

un’equazione del moto dell’elettrone chiamata anche

equazione d’onda di Schrödinger. Questa è un’equazione

differenziale lineare del secondo ordine, la cui soluzione

fornisce delle funzioni dette funzioni d’onda che descrivono

lo stato del sistema e permettono di calcolare

l’energia che altre grandezze fisiche dell’elettrone dell’

atomo di idrogeno. Le funzioni d’onda che sono delle

soluzioni di questa equazione differenziale si chiamano

Ψ (psi) e si indicano con la lettera greca ψ. A

ciascuna di queste funzioni corrisponde un valore di

energia (autovalori). Queste autofunzioni dipendono

dalle coordinate spaziali dell’elettrone e dal valore che

assumono i tre numeri quantici:

Ψ = Ψ(x,y,z,n,l,m)

• Numero quantico principale (n) determina il livello di energia dell’orbitale stesso secondo E = cont.
• Numero quantico secondario (l) determina la forma dell’orbitale stesso, rappresenta il momento della quantità di moto dell’elettrone. Ad ogni valore di l corrisponde un sotto, l = n-1 livello di energia: s, p, d, f
• Numero quantico magnetico (m) determina l’orientazione nello spazio dell’orbitale, cioè la componente del momento angolare lungo il campo magnetico applicato. -l ≤ l

Tutti gli orbitali di uno stesso livello si dicono degeneri.

Chimica (Appunti Doria)

• Legami chimici: Si definiscono come le forze che tengono insieme gli atomi nelle molecole.

• Energia di legame: Si definisce l'energia necessaria per rompere un dato legame. Maggiore è l'energia di legame, più forte è il legame.

• Formazione/rottura legame: La formazione di un legame è un processo spontaneo, che libera energia. Al contrario, la rottura di un legame richiede energia.

Tipi di legame:

• Legame ionico -> Met + non Met
• Legame covalente -> non Met + non Met
• Legame metallico -> Met + Met

Legame ionico

Forza di natura elettrostatica tra ioni positivi e ioni negativi. Si instaura tra un metallo che tende facilmente a cedere elettroni (viva della bassa energia di ionizzazione) e un non metallo che tende ad acquistare facilmente elettroni (alta affinità elettronica).

Il legame ionico è un legame adirezionale, cioè l'energia di legame è la stessa in tutte le direzioni intorno allo ione.

* Energia di ionizzazione: Energia minima richiesta per allontanare un elettrone e portarlo a distanza infinita.

* Affinità elettronica: Energia liberata da una mole di atomi neutri allo stato gassoso quando si trasforma in una mole di anioni. Tendere ad acquistare elettroni forma una configurazione elettronica più stabile.

Composto ionico formato da un aggregato di ioni disposti in un reticolo cristallino.

Elettronegatività

Esprime la tendenza di un atomo ad attrarre a sé gli elettroni di legame.

Legami Covalenti Polari e Apolari

I legami covalenti tra atomi che hanno una diversa elettronegatività sono chiamati legami covalenti polari. Maggiore è la differenza di elettronegatività tra i due atomi, maggiore è la polarità del legame.

Quando la differenza di elettronegatività è superiore a 2, si ha la formazione di un legame ionico.

I legami covalenti tra atomi che hanno uguale elettronegatività si dicono legame covalente apolare. Si ha una distribuzione simmetrica rispetto ai due nuclei dei due elettroni messi in compartecipazione.

+ δ

- δ

→

+ δ = carica parziale che rappresenta di quanto il Cl è più arricchito in - a causa della sua maggiore elettronegatività, viceversa H è impoverito.

N.B.

È evidente che la condizione necessaria (ma non sufficiente) affinché una molecola sia polare è che all'interno della molecola ci siano atomi caratterizzati da diversa elettronegatività. Non è sufficiente perché la geometria della molecola è fondamentale per la polarità-apolarità della molecola.

I Composti Metallici Sono:

• tenerei (si graffiano facilmente)
• buoni conduttori di corrente e calore
• malleabili (si possono ridurre in lamine sottili)
• duttili (si possono ridurre in fili sottili)
• temperature di fusione variabili

I composti metallici sono caratterizzati da una densita alta, cioè nello stato solido impacchettati molti efficacemente perché volume è piccolo e la densità è alta. In questo modo si hanno strutture a massimo impaccamento. Qu. I Cm sono tipicamente lucenti.

La condicibilità elettrica dei metalli diminuisce man mano che aumenta la temperatura viceversa per i semiconduttori (alta temperatura ➔ alta condicività).

Interazioni Intermolecolari

Hanno energia molto minore rispetto ad un legame covalente. Sono più facili da rompere. Le interazioni molecolari tengono unite le molecole all'interno di un liquido.

1. Dipolo istantaneo - Dipolo indotto (Forze di London):

   • Mediamente il baricentro delle cariche positive coincide con quello delle cariche negative.
   • Può succedere che in un certo istante i due baricentri non coincidano, così all'interno dell'atomo si forma un dipolo istantaneo.
   • L'atomo vicino viene influenzato ed i due elettroni vengono attratti dalla parziale carica positiva, si forma un dipolo. È una interazione molto debole (la più debole).

2. Interazione dipolo - dipolo