Appunti chimica generale

Fase, densità, forma e volume dei gas, liquidi e solidi

Ogni particella si muove nello stesso modo del contenitore, indipendentemente dalle altre, in un gas.

Le molecole di un liquido si muovono nello stesso modo del contenitore, ma interagiscono tra loro.

Le molecole di un solido sono fortemente legate tra loro e la loro forma e volume sono costanti e rigidi.

Per i gas ideali, vale la relazione pV = nRT, nota come legge dei gas ideali.

La distribuzione di Maxwell-Boltzmann descrive la distribuzione delle velocità delle molecole in un gas. Se la temperatura è alta, la curva tende a spostarsi verso destra. In basso a sinistra troviamo le molecole con una bassa velocità, mentre a destra troviamo le molecole più veloci.

Immaginiamo di essere a temperatura ambiente (25°C) e di prendere un bicchiere d'acqua e metterci un tappo. Inizialmente, avremo solo liquido all'interno. Successivamente, il liquido avrà una certa distribuzione di Maxwell-Boltzmann e potremo identificare a destra della curva le molecole abbastanza veloci da essere in grado di evaporare. Di conseguenza, le molecole in grado di evaporare effettivamente evaporeranno.

all'interno del bicchiere avrò sia liquido sia gas e quindi due curve di Maxwell-Boltzmann. Pian piano che le molecole evaporano la curva delle molecole in stato Gassoso si alza dal momento che le molecole allo stato gassoso aumentano fino a che le due curve avranno la stessa altezza ovvero ci sarà lo stesso numero di molecole allo stato liquido e gassoso. Ad un certo tempo di raggiungerà quindi una situazione di equilibrio dinamico, in cui avremo la stessa quantità di molecole che evaporano e molecole che tornano allo stato liquido. Si può calcolare la tensione di vapore = pressione che il gas imprime sul liquido dal quale è appena evaporato in un sistema chiuso. 9. SOLIDI Esistono 3 tipi di solidi: - solidi ionici Essi sono composti da ioni che interagiscono tra loro. Es: NaCl -> interazioni elettrostatiche (=legami ionici) tra Na+ e Cl-, interazioni significative tra cariche intere opposte -> più forti delle interazioni tra

A temperatura ambiente Na+ e Cl- si attraggono, in particolare ogni ione può interagire con più di uno ione avente carica opposta andando a formare il reticolo cristallino.

Na+ attira a sé 6 ioni Cl-, dove 6 equivale al numero di coordinazione, ovvero il numero che indica quanti ioni con carica opposta possono stare intorno allo ione.

Cl- attira a sé 6 ioni Na+.

Non più di 6 perché gli ioni hanno un volume, in particolare lo ione negativo è sempre più grande di quello positivo, in quanto ha un eccesso di elettroni.

NaCl formano un reticolo cristallino ottaedrico.

Il numero di coordinazione può variare, in quanto se il raggio ionico è grosso allora avrò meno ioni e dipende dal rapporto del raggio degli ioni negativi e positivi.

Se metto NaCl nell'acqua, esso si dissolve e gli ioni che formano il reticolo si separano e si distribuiscono nell'acqua in modo omogeneo, MA se il legame ionico è più forte,

Perché si dissolve nell'acqua? Si scioglie in acqua perché le molecole attaccano i punti deboli del reticolo cristallino, ovvero gli spigoli dove il numero di coordinazione è 3, cioè la presenza di meno legami ionici da rompere e di conseguenza minore energia necessaria.

Ma quindi tutti i solidi cristallini si dissolvono? Dipende dalla carica degli ioni, se abbiamo una carica elevata, ci sarà bisogno di un'energia maggiore per scindere i legami e l'acqua non ci riuscirà.

Energia reticolare: dipende dalla carica degli ioni ed è l'energia che serve per separare una mole di ioni in un reticolo cristallino.

Energia di solvatazione: energia relativa all'interazione degli ioni col solvente -> energia che si libera quando una mole di ioni viene a interagire col solvente.

Se Es > Er allora si dissolve.

Se Er > Es allora non si dissolve.

- Solidi molecolari

Es: ghiaccio

Possiamo distinguere in modo chiaro le diverse

Solidi covalenti

Es: diamante

Legami di tipo covalente dove non possiamo distinguere le diverse molecole

SOLUZIONE

Una soluzione è un miscuglio omogeneo di due o più sostanze

Attraverso la concentrazione possiamo capire quante moli di soluto ci sono per litri di soluzione e possiamo inserire il concetto di moralità —> M = moli di soluto/litri di soluzione

PROPRIETÀ COLLIGATIVE

Dipendono solo dal numero di particelle di soluto presenti

Pressione osmotica

La pressione osmotica è la pressione idrostatica necessaria a impedire lo spostamento di un soluto puro in una soluzione attraverso una membrana semipermeabile

Presupponiamo di avere un tubo a U, avente una membrana semipermeabile (=fa passare l'acqua ma non il soluto) a metà del lato lungo

Dal momento che il tubo a U presenta 2 braccia, immaginiamo di riempire il braccio di destra con una soluzione e l'altro solo con un solvente

Dopo un po' di tempo vedremo che i...

livelli diversi di soluzione e solvente.

unequilibrio dinamico- Innalzamento ebullioscopico Il punto di ebollizione della soluzione è sempre maggiore di quella del solvente puro

Ipotizziamo di avere un bicchiere d'acqua, sappiamo che ci sarà una certa tensione di vapore e che si avrà una certa curva di Maxwell-Boltzmann

Se aggiungiamo un soluto non volatile (= che non tende al passaggio da liquido a gas), la curva cambia e tra le molecole veloci troviamo sia quelle di soluto sia di soluzione. Tuttavia le uniche a evaporare sono quelle della soluzione, in quanto stiamo trattando un soluto non volatile.

Di conseguenza il solvente evapora e le molecole di soluto si riattraggono

Se aumento la temperatura aumento anche il numero di molecole veloci in grado di evaporare- Abbassamento criscopico

La temperatura di congelamento di una soluzione è sempre inferiore rispetto a quella del solvente puro.

12. TRASFORMAZIONI CHIMICHE

Numero di ossidazione: numero che permette di distinguere se la reazione è una

ossido-riduzione(cambiamento n. o.) o una reazione acido-base (non cambia n. o.), sommando i valori si ha la carica totale della molecola

Bilanciamenti: la massa si conserva = bisogna avere la stessa quantità di un certo atomo sia sottoforma di reagenti, sia di prodotti

REAZIONE A CASO BILANCIATA

Reagente limitante = reagente che si consuma completamente all'interno di una reazione

Bilanciamento ossido-riduzioni: algoritmo

1. Suddividere la reazione in due semireazioni e proseguire come segue per ogni semireazione
2. Bilanciare la massa
3. Aggiungere elettroni persi o presi
4. Aggiungere ioni H+ (ambiente acido) o OH- (ambiente basico) per bilanciare la carica
5. Aggiungere molecole d'acqua
6. Combinare le semireazioni

VELOCITÀ DI REAZIONE

13. Per definizione la velocità di reazione è il rapporto tra la variazione delle concentrazioni e la variazione del tempo

Fattori che influenzano la velocità di reazione

• Temperatura: all'aumentare della temperatura la

La velocità di reazione aumenta in quanto le molecole hanno un'energia cinetica elevata.

Energia di attivazione: più è alta e più diminuisce la velocità di reazione.

Concentrazione molecolare: più molecole ci sono più prodotti si avranno in quantità, si avranno più molecole veloci.

Direzione dell'urto: esso deve essere parallelo per far sì che le molecole possano interagire tra loro.

COSTANTE DI EQUILIBRIO

LEGGE CINETICA

N e m possono essere uguali a 0, 1, 2, 3 (altamente improbabile, in quanto la probabilità che 3 particelle si urtino contemporaneamente è molto raro).

N e m devono essere determinate sperimentalmente a seconda dell'andamento della curva; se velocità costante n=0.

N + m rappresenta l'ordine di reazione e sono rappresentati dal coefficiente stechiometrico allo stato più lento della reazione, ovvero il rate determining step = il passaggio con l'energia di attivazione.

più grande, in quanto influenza maggiormente la velocità di reazione

Attraverso n e m abbiamo informazioni solo sulla velocità, non se ci sono stati intermedi

Se n e m sono uguali ai coefficienti stechiometrici allora c’è un solo stadio

14. CATALIZZATORI

I catalizzatori sono agenti chimici o biologici che stabilizzano lo stadio di transizione

Non servono a produrre più prodotti, ma servono a velocizzare le reazioni. Essi agiscono sull’energia di attivazione abbassandola o spezzandola in diversi passaggi con un'energia di attivazione più bassa

15. ACIDI E BASI

Definizioni

• Arrhenius:
• Acido: sostanza che in sostanza libera H+
• Base: sostanza che in sostanza liberano OH-
• Bronsted-Lowry:
• Acido: sostanza che in sostanza libera H+
• Base: sostanza che in sostanza lega H+

AH + B —> A- + BH+

No scambio di elettroni quindi non c’è una variazione del numero di ossidazione

Acidi forti: acidi con grande tendenza a liberare ioni H+

Basi

forti: base con grande tendenza ad attirare ioni H+¹⁶. pH = - Log [H+]; è un valore compreso tra 0 e 14

Calcolo del pH se ho un altro acido/base in soluzione: si descrive sempre la reazione tra acido e base più forti¹⁷.

SOLUZIONE TAMPONE: è composta da un acido debole e la sua base coniugata, la sua caratteristica è di variare di poco il pH a seguito di piccole aggiunte di acidi e basi forti¹⁸.

PRINCIPIO DI LE CHATELIER: Un sistema in equilibrio, se perturbato, evolve per tornare a una situazione di equilibrio¹⁹.

STORIA UNIVERSO: 14 miliardi di anni fa è na