Appunti Chimica - corso completo

La struttura dell'atomo (1-1)

atomo: particella elementare, postulata dagli antichi greci.

Con l'affermarsi del metodo scientifico, la chimica moderna sviluppa il concetto di atomo:

• principio conservazione della massa (Lavoisier)
• legge delle proporzioni definite (Proust)
• multiplo (Dalton)
• peso atomico (Cannizzaro)
• concetti di molecola e mole

Metodo scientifico:

1. osservazione
2. ipotesi (provvisorie)
3. esperimento (↑ verificare una variabile alla volta) → conferma delle ipotesi o revisione dell'ipotesi
4. Teoria (spiega il fenomeno e prevede fenomeni correlati)
5. Nuovo esperimento → convalida della teoria o modifica del modello teorico.

Faraday dimostra con l'elettrolisi, la possibilità di dividere l'atomo (in particelle positive e negative).

Tubo catodico (Thomson) → viene emesso un fascio di elettroni (dal catodo) che passa all'interno di un foro nell'anodo e in presenza di un campo magnetico il fascio viene deviato.

Se conosciamo

m v² _r = β e e = e

ε = v² Λ ε

(ρ = β v e)

fluido

(passate nel tubo)

F costitutiva = d Met

v ≈ E

v =

β+r

ε

(rapporto carica/massa dell'elettrone)

L'esperimento di Millikan: in un contenitore un nebulizzatore

spruzza goccioline d'olio, che cadono nella parte

inferiore del contenitore attraverso un foro.

E poi presente un sorgente di raggi X che ionizza le

goccioline d'olio. Un microscopio permette l'osservazione

di tali goccioline finché sono presenti due piastre

di carica opposta che creano un campo elettrico

regolabile, in modo da equilibrare FeI e F e i multini

sospese in aria le goccioline (Cosa da potere

Osservare). Osservato il volume della goccioline,

Millikan calcola la massa tramite la densità,

D, calcolando la forza peso e il campo elettrico,

egli può calcolare la carica di ogni gocciolina che

scopre essere sempre multiplo di un valore elementare:

q = 1,6 ⋅10^-19 C = 6.5 moltorario = e

(BDT e r)

Il nucleo è costituito da protoni e neutroni ed è

circondato da elettroni.

Modello di Thomson: nuvola di carica positiva in

cui sono sparsi gli elettroni.

nucleo: particelle che costituiscono il nucleo

uguale carica(+) = massa minore del protone ma maggiore dell'elettrone

• protoni = elettroni
• neutrone = protoni

Tali particelle vengono scambiate tra protoni e neutroni e costituiscono dei legami.

Tali processi nucleari sono associati ad una grande energia:

E = mc²

una parte della massa del nucleo viene usata per formare i legami atomici

- si parla di “difetto” di massa

I neutroni limitano le forze elettrostatiche repulsive tra protoni. Più il nucleo è complesso e più aumenta (> n neutroni).

- stabilità nucleare

Decadimenti radioattivi: un nucleo instabile emette radiazioni spontaneamente per evitare instabilità.

• raggi α: particelle formate da 2 protoni e 2 neutroni (Z = 2 + 2)
• raggi β: emissioni di e veloci emesse dal nucleo a seguito della trasformazione di un neutrone in un protone (β^-)
• Se un neutrone diventa un protone viene emesso un positrone (e⁺)
• raggi γ: fotoni emessi dal nucleo che si libera dell’energia in eccesso.

Le particelle α sono facili da schermare perché molto grandi. Quelle β sono più piccole e quindi più...

energia ( No dipende dal metodo di estrazione )

Bohr

1. Per il modo di e⁻ intorno al nucleo sono permessi soloalcuni Stati stazionari un orbite circolari aventi unparticolare valore di energia costante nel tempo_{(momento angolare dell’elettrone (mvr) può assumere solovalori speciali multipli interi di h/2π )}

mvr = n h/2π → e⁻ quindi non hanno velocità casuali^{n quantico}

3. Passando da un orbita più esterna a uno più interna e⁻perde energia emettendo un fotone di frequenza f

ΔE= h·f = h c/λ

e⁻ passa da uno stato ad uno successivo fornendouna certa energia (no esistono stati intermedi)finché l’e⁻ resta nella sua orbita non si hanno emissioni dienergia atomica

La spettroscopia dimostra che l’atomo contiene e⁻ inspeciali livelli di energia e che questi dopo aver assorbitoenergia emettono fotoni (formando gli spettri atomici) eritornano allo stato originario.

Modello atomico di Bohr introduce l’idea di stazionarietà,di livello energetico e di numero quantico. Inoltre, spiegalo spettro di emissione di (Rydberg).Perciò introduce un concetto di “quantizzazione” (mvr=n h/2π)in modo arbitrario (vale solo per idrogeno)

Vi sono comunque importanti risultati :)

Raggio orbite università r=n² ǎo con ǎo = 0.053 nm

L'integrale di Ψ² deve essere uguale a 1.

Probabilità nulla di trovare e^- in periferia della nube elettronica

Numeri quantici (introdurre una variabile come Bohr)

n = n° quantico principale. Determina l'E di e^-.

Varia tra 1 e ∞, se n ≫≫ 0 e^- ≫≫

l = n° quantico secondario. Indica la forma della nube elettronica. Varia da 0 a (n-1).

m = n° quantico magnetico. Determina l'orientamento degli orbitali e^--u rispetto all'altro. Varia da (-l) a (+l)

l'orbitale rappresenta uno spazio al di fuori del quale la probabilità di trovare l'e^- è trascurabile

n ≫≫≫ più orbitali diversi.

Orbitale s: forma sferica

n = 1 → l = 0

Ψ_1s = ¹/_√πa e^-r/a a₀ = 52,9 pm

Funzione esponenziale negativa

∫ Ψ² dτ = 1 (condizione di normalizzazione)

stato teorico (anche protoni, neutroni ed e-)

la tavola periodica è composta da colonne (gruppi) e righe (periodi)

Mendeleev propose anche l'esistenza di elementi che verranno scoperti in seguito, ipotizzando la massa molare, la densità, l'aspetto e gli ossidi che avrebbero potuto formare. Una volta scoperti tali elementi, si è visto che le ipotesi del chimico erano vere.

l'H ha proprietà simili a quelle del gruppo 1, ma anche alcune simili a quelle del gruppo 17.

Elementi rappresentativi: gruppi 1 ➙ 2 ➔ 13 ➔ 17

Elementi di transizione:

3 ➔ 12

Nella T.P. si dividono gli elementi in base al comportamento metallico e non-metallico (totale = 118 elementi)

Esempio:

Li 1s² 2s¹

Na 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

K 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹

⇒ finiscono tutti con ns¹, cioè hanno un solo e^- di valenza

gruppi 1-2 = blocco s

13→12 = p

3→12 = d

rimanenti (in basso) = f

in base al tipo di orbitale che stanno per completare

- 1^a gruppo: Il carattere metallico aumenta scendendo nel gruppo.

- 16^a gruppo: Formano ioni negativi e il comportamento non metallico aumenta scendendo nel gruppo.

- 1^a gruppo: Elevata reattività, producono con l'X.

- 18^a gruppo: Scarsa o nulla reattività.

Definizione dei composti della materia

- Elemento: tipo di materia più semplice. È costituito da un solo atomo e non può essere scomposto in un tipo di materia più semplice con mezzi fisici o chimici (es. He).

- Molecola: unità strutturale individuale costituita da due o più atomi legati tra loro (es. H₂O).

- Composto: costituito da due o più elementi diversi legati chimicamente tra loro.

- Miscela: gruppi di due o più sostanze (elementi e/o composti) che sono mescolati fisicamente.

Legame chimico

Gli atomi tendono a combinarsi tra loro per dare un sistema finale più stabile di quello iniziale (a minor contenuto di energia).

Atomi ➔ molecole

Nei vari tipi di legami sono coinvolti gli elettroni di valenza (più esterni) e vengono trasferiti o condivisi in modo che ogni atomo acquisisca una configurazione elettronica particolarmente stabile (gas nobile con 8 elettroni = ottetto raggiunto).