Appunti Esame di Chimica

Appunti esame di chimica (1° semestre)

Prof. Marta Feroci

Decadimento alfa

Decadimento α diminuisce pt. di 2, diminuisce n di 2. È uno dei processi per cui atomi instabili (quindi radioattivi) si trasformano in atomi di un altro elemento, che possono essere stabili o instabili. Avviene tramite emissione di una particella α (particella 2) composta da p. e n. (nucleo di He) da parte dell'isotopo di un elemento con determinato numero atomico (Z) e relativo A p.) (l'elemento si sposta quindi di due posizioni nella tavola periodica. È un decadimento spontaneo, ovvero avviene senza nessun fattore esterno →→ è esoenergetica (la reazione) →→ libera energia.

X_Z^A → _α²₄ d^A-⁴_Z-2 + γ

Decadimento beta

Decadimento beta negativo

Decadimento β^- aumenta pt. di 1, diminuisce n di 1. È un decadimento tipico dei nuclei aventi un eccesso di neutroni. Il nucleo si trasforma in un suo isobaro con emissione di un elettrone ed un antineutrino elettronico.

X_Z^A → β_- + Y_Z+1^A + γ (energia, raggi Ɣ). È un decadimento spontaneo.

Decadimento beta positivo

Decadimento β⁺ diminuisce p⁺ di 1, aumenta n di 1. È un decadimento tipico del nucleo avendo un difetto di neutroni. Il nucleo si trasforma in un suo isobaro con emissione di un positrone e di un neutrino elettronico.

Z_A X → E + β⁺ + ν + γ_Z-1. È un decadimento non spontaneo, pertanto ha bisogno di energia per far partire la reazione!

Cattura elettronica C.E.

È una trasformazione radioattiva che avviene quando un atomo o una molecola assorbe uno dei suoi elettroni liberi (e) trasformando un protone (p⁺) in un neutrone (n) con emissione di un neutrino andando uno di un atomo o con stesso numero atomico e massa, ma con numero atomico inferiore di un’unità. Non è spontaneo.

Z_A X + E + e^- → Y_Z-1 + ν

Fissione nucleare

È un processo sulla Terra non spontaneo, dove un nucleo molto stabile si scinde in due più piccoli. Non è energeticamente favorevole perché andiamo contro la forza forte. Un nucleo che può fissione è detto nucleo fissile, e la reazione avviene bombardando con neutroni (n). Il nucleo si instabilizza e si scinde in due nuclei più stabili.

Es: ₉₂U²³⁵ + n → ₉₂Kr⁹² + ₅₆Ba³⁶ + 3n

Fusione nucleare

È un processo sulla Terra che non avviene spontaneamente. L'energia necessaria a superare la repulsione coulombiana è elevata. La reazione avviene nelle stelle dove gravità e temperatura sono elevatissime

₁H² + ₁H³ → ₂He + ⁿ + energia. Nella fusione nucleare si ha la trasformazione di atomi con nuclei leggeri in atomi con nuclei più pesanti con conseguente liberazione di energia nucleare.

Struttura dell'atomo

Il primo che ha compreso la struttura dell'atomo divisa da nucleo e orbite (orbitali) è stato Rutherford (1911).

L'emettore Pbd = ... La sorgente di raggi è in una statua di piombo Pb. Vede che la maggior parte di α passa attraverso la lamina di Au e le altre venivano deviate perché Rutherford riesce a dare una misura dei nuclei e delle misure dell'atomo: l'atomo ≈ 10^-8 cm, il nucleo ≈ 10^-12 cm. Non spiegò come un e^- possa ruotare attorno al nucleo senza emettere E elettromagnetica e collidere sul nucleo.

Bohr (1913) - Atomo non sottostà alle fisica classica quando e^- sta su uno stato stazionario. L'orbita ha energia fissata e costante.

Teoria quantistica

Quantizzazione del momento angolare dell'elettrone: m . v . r = ^{n . quantico principale . h}_2π. m massa, v velocità, r raggio, h = cost. di Planck = 6,626 . 10^-34 J . s

Principio di esclusione di Pauli

In un atomo (o molecola) non possono esistere 2 elettroni definiti dagli stessi 4 numeri quantici. In ogni atomo, ogni elettrone ha una quaterna diversa (una combinazione diversa) dei 4 numeri quantici.

• n → numero quantico principale: Definisce il livello di energia dell'elettrone e la dimensione degli orbitali. Può assumere valori interi positivi: n = 1, 2, 3...
• l → numero quantico secondario: Stabilisce il numero dei sottolivelli in cui si differenzia ciascun livello. Orbitali s p d f ... 0 ≤ l < n
• m → numero quantico magnetico: Determina il numero di orbitali appartenenti a ciascun sottolivello e il loro orientamento nello spazio. Orbitali di uno stesso sottolivello sono isoenergetici (o degenerati). m = -l, 0, +l es.: l = 1 → m = -1, 0, +1 → al sottolivello p appartengono tre orbitali degenerati orientati secondo gli assi principali.
• m_s → numero quantico di spin: m_s è legato al senso di rotazione (orario o antiorario) dell’elettrone attorno al proprio asse. m_s = -1/2, +1/2

Principio di Hund (massima molteplicità)

Se più elettroni hanno a disposizione più orbite isoenergetiche, andranno ad occupare il numero massimo di orbite a SPIN parallelo.

(1927) Heisenberg - Principio di indeterminazione

Secondo cui non si può conoscere contemporaneamente e con esattezza posizione e quantità di moto di un e-: ∆(mv).∆x > h/2π. Ciò fa sì che sia impossibile determinare la grandezza dell’elettrone. Il valore assoluto delle incertezze della quantità di moto e la posizione dell’elettrone non può essere più piccolo di ℷ/4π 1.1 x 10^-34.

De Broglie

Comprende che non solo la luce ha natura corpuscolare e ondulatoria. Ogni corpo ha: = ^h/_m⋅v. Quindi l'elettrone viene studiato come un'onda con = ^h/_m⋅v. Essendo un'orbita quantizzata in energie, essa deve contenere numeri finiti di lunghezze d'onda 2r = n⋅ = n⋅^h/_m⋅v. mv⋅r = ^nh/₂ → quantizza del momento angolare di Bohr. Essendo l'e- è delocalizzato in un'onda associata non si parla più di orbite ma di zone con più alta probabilità di trovare un elettrone.

Eq. di Schrödinger

È possibile ottenerle solo per H_{∂²ψ ∂²ψ ∂²ψ} 8πm∂x² ∂y² ∂z² h² (E - E₀) ψ = 0. ψ è la funzione d'onda, che deve avere: 1 solo valore continua definita in ogni punto dello spazio 0 ≤ ∫ψ²du ≤ 1 → ψ_1,0ψ² du = la probabilità di trovare un e^- nel volume du ∫∫∫_{u = universo} |ψ²| dv = 1 → certezza dell'esistenza di un e^- da qualche parte. MAX prob. di trovare un e^- → e^- proprio vicino al suo atomo. Questa probabilità decresce velocissima con il allontanarsi del nucleo.

Le ψ descrivono gli orbitali e vengono accompagnate dai 4 numeri quantici (n, l, m, m_s), una wave osu sign fissato una curve solute e l'autrofino dell'eq. di Schrödinger.

Reattività

La reattività di un elemento chimico dipende dalla configurazione elettronica esterna e dalla possibilità di raggiungere l’ottetto tipico dei gas nobili (8° gr.). Gli elettroni che determinano la reattività di un elemento chimico sono quelli più esterni - elettroni di valenza. Energia necessaria per strappare un elettrone e^- all'atomo neutro e portarlo a distanza infinita. Uso chimica e stabilità reattività nulla.

Energia di ionizzazione

• E_n di 1^a ionizzazione → X → X⁺ + e^-
• Energia di ionizzazione minore → elettroni più esterni
• E_n di 2^a ionizzazione → X⁺ → X²⁺ + e^-

È sempre maggiore di quella di prima perché toglie una carica negativa ad una specie carica positiva, quindi le attrae con forza maggiore. Cationi → Li. Na... sono caratterizzati dalla perdita di un elettrone.

Affinità elettronica (acquisto elettrone)

L'affinità elettronica è l'energia che si libera quando l'atomo di un elemento in fase gassosa (e quindi isolato) cattura un elettrone:

X + e⁻ —> X⁻ + energia

Tavola periodica

Raggio atomico diminuisce lungo il periodo.

Carica nucleare effettiva: La carica nucleare effettiva è la risultante tra la carica positiva del nucleo e di quella di schermo negativo. Gli elettroni di schermo sono quelli non esterni, ma nei gusci interni. Effetto schermo: Dimensione atomica diminuisce. La carica nucleare effettiva in un elemento è la carica reale che l'elettrone "sente" dal nucleo di quell'elemento. CNE > man mano che ci avviciniamo al nucleo.

Energia di legame

L'energia di legame tra due atomi è l'energia necessaria per rompere il legame che li unisce [kj.mol^-1]. Può essere anche intesa come energia necessaria per portare i due atomi ad una distanza infinita.

Curva di Morse

Elettro negatività: È la tendenza di un atomo che interagisce con un altro così attrarre a sé gli elettroni di legame delle X e Y.

• Legame covalente puro: Se la distanza d è equilibrata d_e tra i nuclei di X Y e hanno stessa elettroneg - l'atrugena au-stema ulteriormente unatent X δ^- carica di δ^- Y δ⁺ carica di δ⁺ → si forma un dipolo. δ e δ è il contributo elettrico di attrazione nella molecola.

Legame covalente

Si forma quando due atomi mettono in comune una o più coppie di elettroni. In VB (legame di valenza) → gli elettroni più esterni, quelli di valenza, vengono condivisi.

es. H • + • H → H : H → H - H → H₂ ˚ distanza di legame ˚ |_| zona di sovrapposizione _| H • • + • • H → H : • • H = H = H

NOTA: Un legame si crea tra atomi quando la loro distanza è minore della somma dei rispettivi raggi e si viene a formare una zona di sovrapposizione. Legame σ: Legame tra due atomi dove la zona di sovrapposizione si trova lungo la congiungente di due nuclei. Curva di Morse: Legame π: Esiste se vi è già uno σ e si formano dei legami più deboli di σ sopra e sotto a σ.

In MO (orbitali molecolari)

Gli elettroni non si restringono dagli orbitali atomici a quelli molecolari.

Legame dativo (o di coordinazione)

Si forma tra due atomi di cui uno abbia già raggiunto l'ottetto esterno. Se questo atomo possiede ancora una o più coppie libere di elettroni (non condivise), può comportarsi da donatore nei confronti dell'altro atomo, chiamato accettore, che in questo modo raggiunge l'ottetto a sua volta.

es: .. .. ..:O: H → :O: H .. .. ..

Legame ad elettroni delocalizzati

È un legame tipico del Benzene C₆H₆ e dei suoi derivati: è un esagono regolare che ruota tra le due formule di struttura: La nube elettronica in σ si sposta in π e φ. Compenetrazione elettronica: Nubi elettroniche estese a 6 nuclei (2 orbitali molecolari) alcene Naftalene (o naftalina) doppio legame BENZENE

Gli atomi di carbonio della catena del benzene sono ibridati sp² e si uniscono tra di loro e all'idrogeno grazie a dei legami σ. I 6 elettroni rimanenti sovrappongono i propri orbitali p e formano un'unica nube elettronica distribuita nell'intera molecola.