Appunti di Chimica Generale e inorganica

Introduzione alla struttura atomica

AZ- X: A n° di massa (nucleoni=protoni+neutroni), Z n° atomico (n° protoni). Isotopi atomi con ugual numero atomico ma diverso numero di massa (numero protoni è caratteristico di un dato elemento, il numero di neutroni no. Si costruisce una fascia di stabilità, gli isotopi al di fuori di questa sono radioattivi. Massa atomica relativa (MA) o peso atomico (PA) è il rapporto della massa atomica media di un elemento con 1/12 della massa di un atomo di 12C.

-27Unità di massa atomica è 1u = 1,661x10 KgMole quantità di sostanza che contiene un numero di particelle elementari pari al numero di atomi contenuti in 12g dell'isotopo 12C. Numero di23particelle contenute in 1 mol di composto = 6,022x10 particelle/mol, numero di Avogadro. Massa molare (M) numericamente è uguale al peso atomico dello stesso elemento (peso atomico per Na), è in g/mol.n° mol = g/PA la M (massa molare), per un composto puro è la somma di

tutti pesi atomici che lo compongono: Abbiamo: PM(AaBbCc)=a(PAa)+b(PAb)+c(PAc)Molecole: atomi si combinano reciprocamente a formare molecole. -> Il PM non ha unità di misura, si mette poi: PM=M=g/molcomposti ionici (ione è un atomo che perde o acquista elettroni, diventando elettricamente carico. Un metallo tende a perdere elettroni formando un catione (positivo, con ugual numero di elettroni del gas nobile piùvicino), un non metallo a acquistare elettroni, formando un anione (negativo). I composti ionici sono elettricamente neutri (hanno cariche bilanciate). Ioni tenuti insieme da forze elettrostatiche, sonoduri e hanno altopunto di fusione.1 mole di NH3 -> 1 mole di N e 3 mole di H.Peso molecolare (PM) o massa molecolare (MM) (somma dei pesi atomici di tutti gli elementi che costituiscono la formula chimica del composto).Composizione percentuale (%N) composizione % di NH3 -> %N = g /g x100N NH3-Formula minima indica elementi che costituiscono il composto.

La formula molecolare indica gli elementi presenti e il numero effettivo di atomi di ciascun elemento. La formula molecolare si ottiene dividendo la massa molecolare per la massa della formula minima (SxOy, con x e y che rappresentano il numero di moli di S e O). Il fattore ottenuto viene moltiplicato per i pedici della formula minima.

La composizione percentuale in massa (massa%) indica la massa di un elemento presente in una mole di composto rispetto alla massa di una mole di composto, moltiplicata per 100.

La stechiometria bilancia i metalli, i non metalli, l'idrogeno (H) e l'ossigeno (O) presenti in una reazione chimica. Il reagente limitante è il reagente che limita la quantità di prodotto che può essere formata. Il reagente limitante è quello che si consuma completamente durante la reazione.

Il reagente in eccesso è presente in una quantità di moli maggiore rispetto a quella necessaria per reagire completamente con il reagente limitante.

La resa teorica rappresenta la quantità massima di prodotto ottenibile dalla reazione e dipende dal reagente limitante. La resa teorica può essere espressa in grammi (g) o in moli (mol).

La resa reale rappresenta la quantità effettiva di prodotto ottenuto nella reazione e si calcola come rapporto tra la quantità reale di prodotto ottenuto (n(ottenute)) e la quantità teorica di prodotto (n(teoriche)), moltiplicato per 100.

(%).-La resa %: resa reale/resa teorica x100
Reazioni in soluzione una miscela omogenea di due o più sostanze in un'unica fase è una soluzione. Il componente presente in maggiore quantità, è detto solvente l'altro è il soluto.
-soluzioni acquose: il solvente è acqua, soluto è un gas, liquido, gas.
-dissoluzione: un composto introdotto in solvente liquido forma una miscela omogenea con esso. Composti ionici formano soluzioni di elettroliti dissociandosi negli ioni che li compongono. Elettroliti deboli: si dissociano solo parzialmente in ioni quando dissolti in acqua. Elettroliti forti. Si dissociano completamente. Ci sono i non elettroliti che quando sciolti in acqua non si dissociano ma si dissolvono come molecole intere.
-numero di ossidazione: lo stato di ossidazione indica il numero formale di elettroni persi o acquisiti nella formazione di un legame. Il numero di ossidazione è positivo se ha formalmente perso elettroni,

negativo se liha accettati. La somma algebrica dei n.o. dei singoli atomi è uguale alla carica dello ione o molecola. (n.o. elemento puro è zero, in ione somma dei n.o. degli atomi che lo costituiscono è uguale alla carica netta, Fsempre -1, H ha +1, O ha -2, gruppo 16 hanno tutti -2, gruppo 17 tutti -1.

Redox reazioni in cui si verifica un trasferimento di elettroni con conseguente variazione del n.o. di almeno un elemento.

C'è un agente riducente che perde elettroni (si ossida), il n.o. aumenta, e un ossidante che li acquista (si riduce), n.o. dim.

Meccanica quantistica luce è radiazione elettromagnetica (onda composta da campo elettrico e magnetico perpendicolaritra loro, oscillanti. Spettro elettromagnetico: luce sole composta radiazioni elettromagnetiche a diverse lunghezze d'ondae frequenze, che possono essere separate per passaggio attraverso un prisma. Lo spettro è convenzionalmente diviso inregioni spettrali ma è un

insieme continuo in cui lunghezza d'onda e frequenza possono assumere qualsiasi valore. La fisica classica non spiega: il corpo nero (assorbe tutte le radiazioni che lo colpiscono senza riflettere nulla e emette sotto forma di radiazione termica). E per la classica l'intensità cresce all'infinito al diminuire della lunghezza d'onda (catastrofe ultravioletta), sperimentalmente l'intensità diminuisce a basse e alte lunghezze d'onda. Max Plank introdusse il concetto di energia quantizzata: l'energia può essere assorbita o emessa dagli atomi solo in quantità discrete dette quanti. La radiazione emessa dagli atomi ha valori discreti che dipendono dalla frequenza della radiazione stessa. L'energia minima scambiata da un singolo oscillatore è E = hf, la radiazione emessa può avere solo energia multipla di hf. H è la costante di Plank -> 6,3 x 10³⁴ js. - Effetto fotoelettrico quando si irradia con una radiazione elettromagnetica unacerta superficie metallica, essa emette elettroni. Da meccanica classica ci si aspettava che si sarebbe vista un'emissione di elettroni,elettroni emessi con energia cinetica maggiore man mano che si aumentava l'intensità della radiazione (luce blu). Quello che viene fuori invece non è aumento di K ma gli elettroni venivano emessi in numero maggiore.Si nota che se si irradia un certo tipo di metallo con certa radiazione con una certa lunghezza d'onda, non si ha emissione di elettroni. Diminuendo la lunghezza d'onda si ha emissione. Si conclude che se la lunghezza d'onda è maggiore di un tot non si ha emissione di elettroni, è necessaria una certa lunghezza d'onda e frequenza, tipiche del metallo, per emetterli. Le energie cinetiche variano con la frequenza.-Einstein mette insieme teorie di Plank al suo studio dell'effetto fotoelettrico: la luce ha proprietà corpuscolari, può essere descritta come un fascio diparticelle (fotoni), ognuna con energia discreta (E = hf). Non è più un'onda ma è anche corpuscolare. Dualismo onda-particella (entrambi modi di descriverla sono due "modelli" che spiegano solo alcune delle caratteristiche della luce. La luce emessa dagli atomi di un elemento è composta da radiazioni con specifiche lunghezze d'onda, non è continuo (per fisica classica avrebbe dovuto esserlo). Implica che energia emessa dagli atomi non è continua, ogni atomo emette solo in determinate regioni. Il modello di Rutherford non è corretto, particella caria muove di moto accelerato, emette energia, per fisica classica elettrone seguirebbe spirale, sbagliato.-Bohr nel 1913 studiando l'atomo di H propone nuovo modello. Postulati: elettroni percorrono orbite stazionarie con determinato raggio e energia. Elettrone non emette energia quando si trova in un'orbita premessa. Elettrone assorbe energia o la emette solo quandoposizione e la quantità di moto di una particella con precisione infinita. Questo significa che esiste un limite alla precisione con cui possiamo misurare queste grandezze. La meccanica quantistica ci permette di calcolare la probabilità di trovare una particella in una determinata posizione o con una determinata quantità di moto. Queste probabilità sono descritte da funzioni d'onda, che sono soluzioni dell'equazione di Schrödinger. Le funzioni d'onda ci forniscono informazioni sul comportamento delle particelle nel tempo e nello spazio. Possiamo calcolare, ad esempio, la probabilità che un elettrone si trovi in una determinata regione dello spazio o che abbia una determinata energia. La meccanica quantistica ha portato a una rivoluzione nel modo in cui comprendiamo il mondo microscopico. Ha permesso di spiegare fenomeni come la struttura degli atomi, le proprietà dei materiali e i processi chimici. Inoltre, la meccanica quantistica ha aperto la strada a nuove tecnologie, come i computer quantistici e la crittografia quantistica, che sfruttano le proprietà quantistiche delle particelle per realizzare calcoli più veloci e sicuri. In conclusione, la meccanica quantistica è una teoria fondamentale per comprendere il comportamento delle particelle subatomiche e ha avuto un impatto significativo sulla nostra comprensione del mondo microscopico.proprietà (energia e posizione) di una particella elementare.-Successivamente Schrodinger che dice: l'elettrone nell'atomo si comporta come un'onda stazionaria, onda confinata all'interno di uno spazio, non si propaga, ma oscilla tra due punti. Per ogni sistema c'è un'equazione d'onda le cui soluzioni sono funzioni d'onda. Soluzioni dipendono da numeri detti quantici. Ad ogni soluzione dell'equazione sono associati dei numeri quantici. Il quadrato della funzione d'onda è densità di probabilità (area in cui c'è probabilità di trovare elettroni).Configurazione elettronica abbiamo: n = numero quantico principale (dice E orbitale), l = numero quantico secondario (dice forma orbitale),m = numero quantico magnetico (dice orientazione dell'orbitale). A ogni set di numeri quantici corrisponde un orbitale.lQuelli con numero quantico secondario uguale a zero sono orbitali s (sferici con alcentro probabilità di trovare elettroni),^1s, ^2s, ^3s, probabilità sempre maggiore di trovare elettroni. Quelli con numero quantico secondario uguale a uno, abbiamo tre numeri quantici magnetici, sono gli orbitali ^p. Fatti a infinito, tutti hanno un nodo (zona dove probabilità di trovare elettroni è zero). Hanno tre orientazioni. Quelli con numero quantico secondario uguale a due, abbiamo gli orbitali ^d. Hanno quattro lobi, cinque orientazioni diverse (yz, xz, xy, x^2, y^2, z^2). Quelli con numero quantico secondario uguale a tre sono gli orbitali ^f. -Si ipotizzò poi che gli elettroni hanno uno spin, girano su se stessi e questa rotazione generasse un B che dipendesse dal senso della rotazione. Rotazione descritta anch'essa da un numero quantico, numero quantico di spin che ha due valori possibili, -1/2 e +1/2. -Gli elettroni occupano il livello ^1s nello stato fondamentale. -Il ^2s ha energia minore del ^2p, per via dell'effetto schermo. Gli elettronierni. Gli orbitali con distribuzione di probabilità radiale più bassa vicino al nucleo (e quindi densità di probabilità più alta) hanno maggiore energia ma schermano meno gli elettroni più esterni.