Appunti di Chimica su Pesi atomici,Leggi di Lavoisier, Proust,Dalton, Avogadro, Cannizzaro, Gay-Lussac

LEGGE DI LAVOISIER / COSTANZA DELLE MASSE

La somma delle masse dei reagenti (in una reazione chimica) è uguale alla somma delle masse dei prodotti. Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si conserva

• Cu + S
• 50g + 25g ⟶ 75g CuS

LEGGE DI PROUST / DELLE PROPORZIONI DEFINITE

Gli elementi che costituiscono un composto sono caratterizzati dall'avere sempre un rapporto di peso (ponderale) definito e costante

• 100g CuO ⟶ 79,8g Cu 20,2g O
• 79,8g Cu + 80,2g O ⟶ 100g Cu + 10g O
• (COMPOSTO = composizione precisa e costante) (MISCUGLIO: composizione variabile)

TEORIA ATOMICA DI DALTON

• La materia è formata da particelle piccolissime ed indivisibili -> ATOMI
• Gli atomi di uno stesso elemento sono uguali
• Un atomo di un elemento non può essere trasformato nell'atomo di un altro elemento
• Nelle reazioni chimiche gli atomi vengono ricombinati (ciò che ha separazione e ri-combinazione degli atomi)
• Gli atomi di elementi diversi si combinano tra loro secondo rapporti definiti e costanti espressi da numeri interi.
• Gli atomi di atomi di elementi si combinano tra loro dando origine a più composti diversi, coinvolgendo ognuno di un rapporto ponderale differente definito e costante
• (OGNI COMPOSTO HA IL PROPRIO RAPPORTO PONDERALE)

LEGGE DI DALTON / DELLE PROPORZIONI MULTIPLE

QUANDO UN ELEMENTO A REAGISCE CON UN ELEMENTO B, FORMANDO PIÙ COMPOSTI DIVERSI

LE MASSE DI A CHE SI COMBINANO CON LA STESSA MASSA DI B, STANNO TRA LORO SECONDO UN RAPPORTO ESPRESSO DA NUMERI INTERI GENERALMENTE PICCOLI (sono i multipli delle quantità, delle unità)

ES 7g di N si combinano con P'O con tali rapporti

• con 40g O ⟶ ➔ossido nitroso
• -con 80g O ➔ossido nitrico
• con 120g O ➔triossido di azoto
• con 160g O ➔biossido di azoto

LEGGE DI LAVOISIER / COSTANZA DELLE MASSE

La somma delle masse dei reagenti (in una reazione chimica) è uguale alla somma delle masse dei prodotti. Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si conserva.

Cu + S

55g 25g 75g CuS

LEGGE DI PROUST / DELLE PROPORZIONI DEFINITE

Gli elementi che costituiscono un composto sono caratterizzati dall'avere sempre un rapporto di peso (ponderale) definito e costante.

100g CuO 79,8 Cu 20,2 O

79,8g Cu + 20,2g O = 100g Cu + 10 g O

(COMPOSTO = composizione pesata e costante) (MISCUGLIO: composizione variabile)

TEORIA ATOMICA DI DALTON

• La materia è formata da particelle piccolissime ed indivisibili = ATOMI
• Gli atomi di uno stesso elemento sono uguali.
• Un atomo di un elemento non può essere trasformato nell'atomo di un altro elemento.
• Nelle reazioni chimiche gli atomi vengono ricombinati (si ha la separazione e la ricombinazione degli atomi)
• Gli atomi di elementi diversi si combinano tra loro secondo rapporti definiti e costanti espressi da numeri interi.
• Gli atomi di alcuni elementi si combinano tra loro dando origine a più composti differenti, caratterizzati ognuno da un rapporto ponderale differente, definito e costante.
• (OGNI COMPOSTO HA IL PROPRIO RAPPORTO PONDERALE)

LEGGE DI DALTON / DELLE PROPORZIONI MULTIPLE

QUANDO UN ELEMENTO A REAGISCE CON UN ELEMENTO B, FORMANDO PIÙ COMPOSTI DIVERSI

LE MASSE DI A CHE SI COMBINANO CON LA STESSA MASSA DI B, STANNO TRA LORO SECONDO UN RAPPORTO ESPRESSO DA NUMERI INTERI GENERALMENTE PICCOLI (sono multipli delle quantità di NMNO).

Es. 7g di N si combinano con P i o tanti rapporti

Ingombro di ossigeno necessaria a reagire tra 7:

7g di azoto sono multipli di 4

• con 10g O 7g ossido nitroso
• con 20g O 7g ossido nitrico
• con 30g O 7g triossido di diazoto
• con 40g O 7g biossido di diazoto

DETERMINAZIONE PESI ATOMICI

Una volta accertata l’esistenza degli atomi e stabilito che essi per ogni elemento hanno un determinato peso, si cercò subito di determinare ed esprimere in qualche modo i pesi atomici dei vari elementi.

Ciò non poteva certamente essere fatto esprimendo i pesi in grammi ma tuttavia lo scopo poteva essere ugualmente raggiunto scegliendo un elemento come termine di riferimento e ponendo convenzionalmente uguale a 1 il suo peso. Il peso di tutti gli altri poteva essere così ottenuto confrontandolo con esso.

La scelta cadde sull’idrogeno, l’elemento più leggero di tutti.

Pertanto, il peso atomico venne perciò definito come il rapporto tra il peso dell’atomo di un elemento e quello dell’atomo di idrogeno. Tale rapporto, almeno in teoria, poteva essere ricavato determinando i rapporti di combinazione tra i vari elementi e l’idrogeno.

L’operazione, in pratica, si dimostrò molto meno semplice del previsto: i risultati furono deludenti. Il motivo di questi insuccessi era attribuito non tanto agli inevitabili errori tecnici nelle analisi, quanto al fatto che erano ancora troppo scarse le conoscenze sul modo con cui gli atomi degli elementi si legavano tra loro e quindi sul numero di essi che entravano a far parte di un atomo composto.

Così Dalton ritienne che la molecola dell’acqua fosse costituita da un atomo di H e uno di O.

In base a ciò si dedusse che l’ossigeno avesse peso atomico Il peso dell’idrogeno era stato assegnato per es = 1 quindi Nell’acqua sono contenuti 8g di ossigeno per ogni grammo di idrogeno.

Tutto questo dovette naturalmente generare una grande disparità nei dati ottenuti da ricercatori diversi, il che fu causa di una grande confusione che durerà diversi anni e che sarà brillantemente risolta dal chimico italiano A. Avogadro.

LEGGE DI GAY-LUSSAC/LEGGE DEI VOLUMI

Nel 1808 il chimico-fisico J. L. Gay – Lussac enunciò la legge dei volumi:

mantenendo costanti temperatura e pressione, nelle reazioni di sostanze chimiche gassose, i volumi dei reagenti e dei prodotti stanno tra di loro secondo rapporti di numeri interi e piccoli.

Trovò, inoltre che le relazioni tra i volumi delle varie sostanze erano analoghe ai rapporti di combinazione delle sostanze stesse.

Ad esempio nelle seguenti reazioni:

1 litro di Ossigeno + 2 litri di Idrogeno = 2 litri di vapor d’acqua

Dalton non accettò la validità di questa legge perché questi risultati sembravano indicare che, nel corso delle reazioni, alcune particelle semplici si dividono, ipotesi inconciliabile con la teoria atomica.

Per esempio, nel caso della sintesi dell’acqua:

2 volumi di H + 1 volume di O = 2 volumi di acqua

le particelle dell’ossigeno si dovevano dividere per andare a confluire nelle due nascenti particelle d’acqua. (DALTON CREDEVA CHE LA MOLECOLA D’ACQUA FOSSE HO)

la teoria atomica può cercare di giustificare i risultati ottenuti da Gay-Lussac in due modi:

• i1 volume è proporzionale alla massa degli atomiIl volume che occupa 2 litri è costituito da particelle di massa doppia rispetto a quello che occupa 1 litro. Secondo questa ipotesi però il gas che si forma, essendo costituito dalla somma delle masse dei gas che si uniscono, dovrebbe occupare un volume pari a 3 litri, in netto contrasto con l’esperienza.
• il volume è proporzionale al numero degli atomiIl gas che occupa i 2 litri è costituito da un numero di particelle doppio rispetto al gas che occupa 1 litro.In tal caso tuttavia per ogni atomo del primo gas che si unisce con 2 atomi del secondo gas si dovrebbe formare una particella del gas finale. Quest’ultimo dovrebbe pertanto occupare un volume pari ad 1 litro.

Così in entrambi i casi l’interpretazione del modello atomico non sarebbe in grado di spiegare il comportamento quantitativo delle reazioni gassose.

Partendo dall’ipotesi che idrogeno e ossigeno reagiscano nel rapporto atomico 1:1, dal fatto che 100 volumi di ossigeno reagiscono sempre con 100 volumi di idrogeno per dare acqua, si concluse che in un dato volume di ossigeno ci fosse un numero di atomi doppio rispetto a quelli contenuti nello stesso volume di idrogeno.

x

Dalton non accettò questa legge perché misurando le densità del vapore acqueo queste risultarono minori di quelle stesse (formula HO) se la densità del vapore acqueo doveva essere maggiore 1/4 HO

PRINCIPIO DI AVOGADRO

Avogadro formulò l'ipotesi che esistesse un rapporto diretto tra il volume di qualunque gas e il numero di particelle in esso contenute: nelle stesse condizioni di temperatura e pressione, volumi uguali di gas differenti contengono lo stesso numero di particelle.

Come lui stesso mise in evidenza, il termine particella non indicava solo l'atomo, ma anche aggregati di atomi, o molecole.

NUMERO = 6,023 x 10²³ NUMERO DI AVOGADRO

REGOLE DI CANNIZZARO

L'ipotesi di Avogadro fu però contrastata ma Cannizzaro (1826-1910) ne verificò definitivamente la validità attraverso una serie di esperimenti conclusivi.

Se infatti volumi uguali di gas diversi nelle stesse condizioni di T e P contengono lo stesso numero di molecole, il rapporto tra il peso di due volumi uguali di gas diversi deve essere uguale al rapporto tra i pesi delle loro molecole.

Naturalmente occorreva fissare il peso molecolare di un gas di riferimento rispetto al quale pesare tutti gli altri. Venne scelto l'idrogeno, alla cui molecola biatomica venne assegnato un peso molecolare convenzionale pari a 2.

In tal modo vennero calcolati i pesi atomici e i pesi molecolari relativi all'idrogeno di molte sostanze.

Sapendo il peso molecolare di H₂ = 2( poiché H = 1) e confrontandolo con il peso misurato delle altre molecole che conosciamo con il peso misurato delle molecole H₂, ma potuto stabilire il peso molecolare delle incerte o dei note.

PESO MISURATO O₂

PESO MISURATO H₂

PESO MOL O₁ - INCOGNITA

PESO MOL H₂

Cannizzaro cercò di approfondire ulteriormente la sua ricerca determinando la composizione percentuale di ogni composto a lui noto. Questo studio lo portò a dedurre addirittura il peso atomico di ogni elemento che apparteneva al composto che prendeva in esame.

Il peso atomico di un elemento è dato dalla più piccola quantità in peso con cui l'elemento si ritrova nei pesi molecolari dei suoi vari composti.