Appunti di chimica I

L’ELETTRONEGATIVITA’

L’elettronegatività è la capacità di un atomo di una molecola di attirare a se un elettrone. Questa forza è

data in base alla sua configurazione elettronica e in base alla grandezza del nucleo. Per essere determinata

va effettuata una media aritmetica tra la sua energia di ionizzazione e la sua affinità elettronica.

LEGAME DATIVO

Il legame covalente quindi è un legame nel quale viene condiviso un elettrone con un altro atomo

formando così una coppia di elettroni. Può avvenire però che ci sia solo un elemento a condividere gli

elettroni in questo caso questo legame viene definito legame dativo avendo così due tipi di atomi, quello

donatore che condivide l’elettrone e quello accettatore che prende questa coppia di elettroni. Esso viene

rappresentato con una freccia verso l’atomo accettore. 11

LEGAMI CHIMICI

Capitolo 5

Legami metallici è la proprietà attraverso il quale giustifica le caratteristiche dei metalli.

TEORIA DELLE BANDE

1. All’aumentare del numero di atomi aumenta il numero di orbitali mentre diminuisce la distanza con

il nucleo.

2. Quando n=∞ la distanza dal nucleo è 0 in quanto gli orbitali molecolari sono attaccati formando

così una banda continua di energia.

CONDUTTORI

Pertanto i metalli sono buoni conduttori in quanto gli elettroni sono liberi di muoversi tra gli orbitali

risultando parzialmente vuoti/occupati. Quando invece l’elettrone deve passare da una banda di valenza

(BV) ad una banda di conduzione (BC) distante tra essi si hanno invece materiali isolanti. La conduttività

viene ridotta se la temperatura aumenta questo perché l’elettrone avrà più difficoltà a passare tra gli altri

elettroni che si muovono più velocemente.

SEMICONDUTTORI

Essi in base alla sollecitazione che ricevono si possono comportare o da isolanti o da conduttori. Pertanto se

l’elettrone riceve un’energia tale da passare dalla banda di valenza alla banda di conduzione si comporterà

da conduttore altrimenti si comporterà da isolante. La conduttività aumenta se il calore aumenta in quanto

l’elettrone riuscirà a saltare meglio da una banda all’altra.

TEORIA DEL LEGAME DI VALENZA (VB)

La teoria del legame di valenza descrive come avvengono i legami chimici basandosi sulla chimica

tradizionale. Quando due atomi si avvicinano tra di loro le cariche opposte tendono ad attrarsi. Attraendosi

ad un certo punto incontrando una sorta di resistenza date dalle cariche uguali provocando

successivamente una variazione di energia.

TEORIA VSEPR (VALENCE SHELL ELETTRONIC PAIR REPULSION)

Questa teoria spiega la disposizione delle molecole nelle tre dimensioni e la repulsione delle coppie di

elettroni nel guscio di valenza. In base all’angolo di legame possiamo avere:

3

1. Geometria tetraedrica: sp ; angolo di legame di 109° e 28’.

2

2. Geometria triangolare planare: sp ; simmetrica; angolo di legame 120°.

3. Geometria lineare: sp; angolo di legame 180°

Possiamo anche trovare strutture tetraedriche distorte ovvero dove le coppie di elettroni sono di livello

energetico maggiore rispetto alle 3 di legame risultando così più “ingombranti”, dove l’angolo di legame è

107°. NUMERO DI OSSIDAZIONE, NOMENCLATURA E REAZIONI CHIMICHE

Capitolo 6

IL NUMERO DI OSSIDAZIONE: CONCETTO ED USO

Il numero di ossidazione indicato con N.O. si dirà positivo quando quest’ultimo ha ceduto elettroni mentre

si dirà negativo se, invece gli ha acquistati mentre sarà pari a zero se non ha scambiato (quindi ne acquisito

ne ceduto) elettroni. Solitamente per convenzione si attribuisce il doppietto elettronico all’elemento più

elettronegativo e, partendo da essa e dal concetto di N.O. si possono ricavare delle regole per determinare

il N.O. di alcuni composti. Le più importanti sono:

 Il numero dei varie elementi allo stato molecolare o metallico e uguale a 0.

 Il N.O. del F ( fosforo) assumerà il valore -1, fatta eccezione per F che avrà valore pari a 0.

2

 Il numero di ossidazione degli elementi presenti nel gruppo I A e II A possiedono rispettivamente

N.O. pari a +1 e +2 fatta eccezione come riportato al caso precedente.

 Il N.O. del H sarà uguale a +1 se si lega ad elementi più elettronegativi mentre sarà uguale a -1 se si

lega con elementi meno elettronegativi fatta eccezione per H che assumerà valore 0.

2

 Il N.O. del O e sempre -2 fatta eccezione per i perossidi che sarà -1.

 La somma di tutti gli elementi che costituiscono un composto sarà sempre uguale a 0, mentre lo

ione sarà uguale alla sua carica.

 In una reazione chimica la somma di tutti i numeri di ossidazione è sempre uguale a 0.

Con quest’ultima regola possiamo bilanciare le reazioni mediante il processo di ossido-riduzione dove

avremo una specie che cede elettroni che si riduce e un’altra specie che invece acquista elettroni che si

ossida.

LE REAZIONI CHIMICHE: GENERALITA’

Per chimica si intendono tutte quelle trasformazioni che della materia rappresentate da reazioni o

equazioni chimiche. In quest’ultime sono presenti sostanze di partenza chiamate reagenti e sostanze di

arrivo chiamati prodotti. Essi saranno divisi dal segno → mentre se si instaura una reazione di equilibrio

sarà presente il simbolo ↔. Solitamente in base alla formula dei reagenti si può intuire in che stato (se

solido, liquido o gassoso) si trovano, infatti le soluzioni acquose si svolgono normalmente in presenza di

acqua. Nelle reazioni possiamo trovare elettroliti forti se questi si ionizzano completamente, potremo

avere elettroliti deboli se questi si ionizzano parzialmente ed infine avremo non elettroliti se rimangono in

forma molecolare. Le trasformazioni della materia si basano principalmente sulla legge di Lavoisier che ci

dice “il numero di massa presente nei reagenti deve essere uguale al numero di massa presente nei

prodotti” e anche che “la carica presente nei reagenti deve essere uguale a quella presente nei prodotti”.

Da questa legge quindi, possiamo eseguire un’operazione di bilanciamento ponendo davanti alle specie dei

numeri detti coefficienti stechiometrici che rappresentano il rapporto tra prodotti e reagenti o il numero di

moli necessari per produrre un certa quantità di prodotti, ed essi vengono espressi con numeri interi più

piccoli possibili. Pertanto possiamo avere vari tipi di bilanciamento che possono essere:

 Bilanciamento per tentativi. Questo tipo di bilanciamento si basa su un’osservazione dei

coefficienti stechiometrici facendo in modo che il numero di atomi presente nei reagenti sia uguale

a quello presente nei prodotti.

 Bilanciamento delle reazioni di ossido-riduzione. Questo tipo di bilanciamento si basa sulla

variazione del numero di ossidazione avendo così due specie una che si ossida e che quindi acquista

elettroni e una che si riduce e che quindi cede elettroni, ottenendo così due semi-reazioni e

bilanciando la massa e la carica di quest’ultime. Un tipo particolare di redox possono essere quelle

di dismutazione o disproporzione in cui lo stesso elemento si ossida e si riduce. Le specie che si

riducono vengono dette ossidanti mentre le specie che si ossidano vengono dette riducenti, questo

perché l’ossidazione di una specie ne fa ridurre l’altra e viceversa.

 Reazione di combustione. Questa reazione può essere considerata come un tipo di ossido-

riduzione molto semplice in quanto abbiamo una specie che si riduce (generalmente l’ossigeno)

chiamata comburente e una specie che si ossida detta combustibile. Questo tipo di bilanciamento

avviene generalmente in fase gassosa. Gli scarti che si producono da queste reazioni prendono il

nome di fumi della combustione. LO STATO GASSOSO

Capitolo 7

I gas sono caratterizzati per non avere un volume proprio, pertanto questo stato fisico sarà caratterizzato

dall’avere particelle libere i muoversi in qualunque direzione e da interazioni molto deboli. Il loro volume

dei gas sarà caratterizzato dalla forma del recipiente che lo contiene, mentre altre misurazioni che gli

appartengono sono pressione e temperatura. 3

Il volume può essere misurato in vari modi. Nel sistema internazionale (S.I.) si trova il metro cubo (m ) con i

3

suoi relativi sottomultipli (come il decimetro cubo dm ) ma può essere anche calcolato in litri (L). Per la

2

pressione invece, definita come il rapporto tra la forza e la superficie, possiamo trovare il Newton/m

inteso anche come Pascal o anche il Torricelli (torr) o l’atmosfera (atm). Mentre per la temperatura

possiamo trovare il grado Celsius (°C), il Fahrenheit (°F) o il Kelvin (K). A differenza delle altre scale però la

scala Celsius si basa sulla temperatura di ebollizione dell’acqua (a cui si attribuisce valore 100) e quella di

congelamento (a cui si attribuisce valore 0).

Relazione tra volume e pressione a temperatura costante: Legge di Boyle.

1. R. Boyle effettuò degli esperimenti su pressione e volume mantenendo però la temperatura

costante, e notò che pressione e volume sono inversamente proporzionali pertanto

all’aumentare di uno si dimezzerà l’altro. In formula si può sintetizzare come:

P V = P V = costante (T;n)

i i f f

dove e indicano la pressione e volume iniziale e finale, mentre T e n indicano la temperatura

i f

e il numero di moli che deve rimanere costante per il quale la relazione è valevole.

2. Relazione tra temperatura a pressione costante e tra temperatura a volume costante:

Leggi di Charles-Gay-Lussac.

Successivamente furono fatti esperimenti a volume costante ed a pressione costante

registrando i seguenti risultati:

V = V (1+αt) = V + V αt (P;n)

t 0 0 0

P = P (1+αt) = P + P αt (V;n)

t 0 0 0

Nella prima relazione abbiamo V che rappresenta il volume del gas alla temperatura t, V che

t 0

rappresenta il volume del gas alla temperatura iniziale di 0 °C, α una costante universale per

tutti i gas pari a 1/273,15, t la temperatura misurata in gradi Celsius ed infine P e n

rappresentano la pressione costante e il numero di moli costante. Cosa analoga avviene per la

pressione. Pertanto queste due formule si potranno sintetizzare con la prima legge che enuncia

“il volume di un gas mantenuto a pressione costante aumenta o diminuisce di 1/273 del suo

valore iniziale, in conseguenza all’aumento di un grado di temperatura”. Pertanto si potrà

notare un valore minimo sotto il quale la temperatura non può scendere. Esso viene

rappresentato come lo zero di una scala che sarà quella termodinamica o Kelvin dove avremo

α che sarà pari a 1/273,15.

3.