Appunti esame chimica inorganica, prof. Ugo Caruso, libro consigliato Chimica, Kotz

CAPITOLO 1 - I CONCETTI ALLA BASE DELLA CHIMICA

La chimica è la scienza che studia le trasformazioni della materia e le sue reazioni.

Le informazioni possono essere quantitative (ossia dati numerici come temperatura e massa) o qualitative (ossia caratteristiche osservabili, come il colore).

Gli scienziati formulano prima un' ipotesi, conducono poi esperimenti e alla fine formulano una legge o una formula o un'affermazione che non si contraddice con i fenomeni naturali legati ad essa.

Una proprietà principale della materia è il suo stato di aggregazione. Essa può essere solida, così da avere una forma e un volume definiti, liquida con un volume definito ma che prende la forma del recipiente in cui è contenuta, o gassosa cui volume e forma sono entrambi dipendenti dal recipiente in cui essa è contenuta.

In accordo con la teoria cinetica molecolare, all'aumentare della temperatura, si hanno le trasformazioni di stato della materia, da solido, a liquido, a poi «gassoso». Ciò è dovuto ad un aumento dell' energia cinetica delle particelle di cui è composta la materia, le quali, muovendosi più velocemente, riescono mano a mano a vincere le forze di legame che le tengono unite.

La chimica studia infatti la materia a livello particolare, ossia considerando atomi, ioni e molecole, per rappresentare poi il tutto a livello macroscopico con dei modelli che rappresentano le particelle con disegni o formule.

Una sostanza pura è composta, appunto, da una sola sostanza, non scomponibile in sostanze diverse. Una miscela, invece, è composta da più sostanze mescolate tra loro. Essa può essere eterogenea, quando i suoi componenti sono facilmente individuabili e non mescolati uniformemente tra loro, mentre è omogenea quando le sue componenti non sono visibili separatamente l'una dall'altra a qualsiasi ingrandimento. Una miscela omogenea è chiamata soluzione.

Le sostanze come l'idrogeno e l'ossigeno, poi, formate da un solo tipo di atomo, sono classificate come elementi. Essi sono tutti raccolti nella tavola periodica degli elementi e sono, perciò, 111. L'atomo è la particella più piccola di un elemento, che conserva le sue caratteristiche.

Una sostanza pura è composta da vari tipi di elementi legati tra loro da legami chimici, e per questo è chiamata composto chimico. Un composto si differenzia da una miscela, poiché le proprietà chimiche del composto sono differenti da quelle dei singoli elementi, e perché gli elementi devono essere presenti nel composto sempre in quantità specifiche definite, al contrario delle miscele, che possono contenere quantità variabili di elementi diversi.

Le proprietà fisiche sono quelle proprietà che possono essere osservate senza variare la composizione della sostanza, come il colore, lo stato di aggregazione, la densità, la viscosità, ecc.

Le proprietà di una sostanza possono essere estensivie, dipendenti dalla quantità, o intensive, non dipendenti dalla quantità, come la densità.

Una trasformazione fisica è una variazione delle proprietà fisiche di una sostanza, mentre una trasformazione chimica comporta una variazione di composizione chimica, e cioè la trasformazione da una sostanza ad un'altra. Una trasformazione o reazione chimica è rappresentata da un'equazione chimica che mostra come determinate sostanze, i reagenti, reagiscono tra loro e in determinate condizioni per formare nuove sostanze, i prodotti. Una proprietà chimica indica se e come una sostanza reagisce a contatto con un'altra sostanza.

GLI STRUMENTI DELLA CHIMICA QUANTITATIVA

Le unità di misura del sistema internazionale sono riportate qui.

Per la temperatura, si usano i gradi celsius per le misure in laboratorio, mentre gradi kelvin nei calcoli delle formule. Per convertire la temperatura da celsius a kelvin si usa la formula T(°K) = T(°C) + 273,15.

L'unità di misura della lunghezza è il metro, ma in chimica si utilizza per misure molto minori, come il nanometro (10^-9) o il picometro (10^-12).

Per misurare il volume, una grandezza derivata dal prodotto di altre lunghezze, si utilizza il litro, che si realizza con i centimetri 1 l = 1 dm³ = 1000 cm³.

L'unità di misura della massa è il kg, ma in laboratorio è molto più conveniente utilizzare unità di misura minori come il g o il mg.

La precisione di una misura indica quanto sono in accordo le varie misurazioni della stessa quantità, mentre l'accuratezza indica l'accordo tra la misurazione e il valore accettato per quella quantità.

(per il maggiore). Nei composti ionici si legge prima l'anione, e

poi segue il nome del metallo. Le forze attrattive tra due ioni, con

carica opposta sono le forze di Coulomb. A causa di questa forza

tutti i composti ionici sono sostanze cristalline e molto dure.

Molti composti covalenti, non sono cristallini ma molecolari, e hanno

nomi sistematici. Alcuni nomi da ricordare sono quelli dei compo-

sti binari, ossia formati da due non metalli.

Per comodità agli esperimenti in laboratorio, è stata introdotta

l'unità di misura della quantità di sostanza, la mole. Una mole

contiene un numero di Avogadro particelle, cioè 6,022141510²³

che è il numero di particelle contenuto in 12 grammi dell'isotopo

carbonio-12. La massa in grammi di 1 mole di sostanza è la massa

molare, indicata con M. Essa viene utilizzata nelle equazioni

e, moltiplicata per le moli dà il peso in grammi, e viceversa.

La formula minima, o empirica, è il più piccolo rapporto di quantità

tra gli atomi di una molecola. Mentre, la formula molecolare, dà

il numero di atomi, mantenendo sempre invariato il rapporto.

I composti idrati, infine, sono frutto di composti

preparati in soluzione acquosa e poi essiccati come solidi,

che mantengono intrappolate molecole d'acqua nel proprio

reticolo cristallino.

CAPITOLO 3 - LE REAZIONI CHIMICHE

Una reazione chimica descrive una trasformazione di un certo tipo di

sostanze, i reagenti, in un diverso tipo di sostanze, i prodotti. Essa

può essere descritta da un equazione chimica bilanciata. Che l'equazio-

ne sia "bilanciata" vuol dire che essa deve rispettare il principio

della conservazione della materia (nulla si crea e nulla si distrugge),

ossia che sia la quantità di sostanza che la carica elettronica devono

essere le stesse sia a destra che a sinistra dell'equazione. La relazio-

ne tra le quantità di prodotti e di reagenti è chiamata stechiometria,

data dai coefficienti per i quali sono moltiplicati gli elementi nella

reazione si chiamano coefficienti stechiometrici. Il bilanciamento

delle equazioni chimiche garantisce che l'equazione sia bilanciata.

L'operazione in cui si brucia una reazione tra un combustibile e

l'ossigeno è detta combustione. In generale una reazione è reversi-

bile, ossia non procede in un'unica direzione. Mentre i reagenti si

trasformano in prodotti, anche i prodotti, si trasformano nuovamente

in reagenti. Quando le velocità delle due trasformazioni si

eguagliano, si raggiunge l'equilibrio chimico e dinamico della

reazione. La maggior parte delle reazioni studiate avvengono in

soluzione (in particolare acquosa) la quale è formata da un

soluto che viene disciolto in un solvente. Queste reazioni

vengono classificate in quattro gruppi principali: reazioni di