Chimica generale

1.4 Gli elementi

Gli elementi sono sostanze come l'idrogeno e l'ossigeno, composte da un solo tipo di atomo. L'atomo è la particella più piccola di un elemento che conserva le proprietà e caratteristiche dell'elemento stesso.

1.5 I composti

Una sostanza composta da elementi diversi tenuti insieme da un legame chimico (acqua, sale,...) viene chiamata composto chimico.

Esistono due principali differenze tra una miscela e un composto: un composto presenta caratteristiche radicalmente differenti da quelle degli elementi che lo compongono e ha una composizione percentuale (in massa) degli elementi di cui è formato.

Alcuni composti (NaCl) sono formati da ioni, atomi o gruppi di atomi dotati di carica elettrica.

Altri, i più numerosi, sono invece formati da molecole che conservano le caratteristiche chimiche e la composizione del composto.

La composizione è rappresentata dalla relativa formula chimica.

1.6 Le proprietà fisiche

Le proprietà fisiche sono quelle proprietà che possono essere osservate e misurate senza odificare la composizione della sostanza.

La temperatura spesso influenza i valori numerici delle proprietà di una sostanza (ad es. H2O, alza la sua densità).

Le proprietà principalmente considerate in chimica sono:

• Colore
• Stato di aggregazione
• Punto di fusione
• Punto di ebollizione
• Densità
• Solubilità
• Conducibilità elettrica
• Malleabilità
• Duttilità
• Viscosità

Proprietà estensive ed intensive Le proprietà estensive dipendono dalla quantità di sostanza, mentre quella intensiva no la densità, ad esempio, è una proprietà intensiva.

1.7 Le trasformazioni fisiche e chimiche

Le variazioni delle proprietà fisiche sono dette trasformazioni fisiche: l'identità della sostanza viene conservata, ma cambia lo stato di aggregazione, per esempio, o la forma. Non c'è formazione di nuova sostanza.

In una trasformazione chimica una o più sostanze (reagenti) vengono trasformate in altre sostanze (prodotti) e rappresentata dall'equazione chimica.

1.8 L'energia: alcuni principi base

Può essere classificata in cinetica e potenziale.

L'energia cinetica è associata al movimento, l'energia termica meccanica, elastica, acustica, quella potenziale alla posizione dell'oggetto (gravitazionale, chimica, elettrostatica).

Conservazione dell'energia

L'energia non può essere creata né distrutta, solo conservata. L'energia totale dell'universo è costante.

• Gruppo 5A: l'azoto costituisce i 3/4 dell'atmosfera terrestre ed è importantissimo dal punto di vista biochimico (acidi nucleici e proteine del DNA). L'azoto è essenziale per la vita (ossa e DNA), beluca ad usi (atmosferici) e ha due importanti allotropi: N₂, il fosforo rosso e il fosforo bianco.
• Il fosforo bianco è conservato sotto l'acqua perché in presenza di ossia si incendia spontaneamente, mentre il fosforo rosso è quello usato sulla scatola dei fiammiferi: non si incendia.
• Tutti gli elementi del gruppo formano composti analoghi (N₂O₅, P₄O₆, As₂S₃, ...).
• Gruppo 6A: me fa parte l'ossigeno (costituisce il 20% dell'atmosfera terrestre). È una molecola biatomica come l'azoto ma a differenza di quest'ultimo ha un allotropo, O₃ (ozono). S, Se, e Te (zolfo, selenio e tellurio) sono conosciuti come calcogeni (kalos=kame) perché sono presenti nei minerali grezzi di rame.
• Tutti formano composti contenenti ossigeno (SO₂, SeO₂, TeO₂) e sodio (Na₂O, Na₂S, ...).
• Gruppo 7A: sono fra gli elementi più reattivi; sono chiamati alogeni (formano sali); sono non metalli ed esistono come molecole biatomiche.
• Gruppo 8A: sono i meno reattivi; sono tutti gas e si trovano in bassa percentuale. Il nome comune per questo gruppo, gas nobili, deriva da mancanza di reattività. Per lo stesso motivo sono chiamati gas inerti o rari.
• Fra il gruppo 2A e 3A c'è una serie di elementi, chiamati di transizione: sono tutti metalli; riempiamo o riep- poj B e 3; trovano in natura combinati con altri elementi.
• Nella due righe in fondo si trovano i lantanoidi e gli attini- di.

9.6 Le molecole, i composti e le formule

La formula molecolare descrive la composizione della molecola, ma non fornisce informazione strutturale dei elementi cioè virtual. Scrivere la formula spesso, che evidenzia come gli atomi sono legati. Infine la formula di struttura mostra esplicito il modo in cui gli atomi sono legati e le linee rappresentano legami.

9.10 Rappresentazione delle formule dei composti

La composizione percentuale Si può determinare la composizione in 3 modi:

1. Attraverso la formula del composto
2. Attraverso la massa di ciascun elemento per mole di composto
3. Attraverso la massa di ciascun elemento in rapporto alla massa totale del campione

NH₃

massa di N per mole di NH₃: 1 mol N

^{1 mol NH₃}/_{1 mol N} = tot g N/1 mol NH₃

massa % di N in NH₃: ^{tot g N}/_{g NH3} 100

Le formule empiriche e le formule molecolari dalla composizione percentuale Si procede come segue:

1. Convertire la massa percentuale in peso
2. Convertire la massa in moli
3. Trovare il rapporto molare, che dà la formula cercata

Il più piccolo rapporto atomico intero è chiamato formula empirica (o percentuale minima)

Per determinare la formula molecolare dalla formula empirica bisogna determinare sperimentalmente la massa molecolare. Ad esempio: si sa che la massa molecolare dell'azoto N(2), che vale 16,9 g/mol, non è la percentuale molecolare, rischié invece N₂H₄.

Quando si trovano vari elementi in un composto, la cosa migliore per trovare il rapporto molare è basarsi sul numero di moli più piccole.

La determinazione della formula dai valori delle masse atomiche

In laboratorio si può:

1. Far reagire quantità note di elementi per ottenere una determinata quantità di prodotto
2. Decomporre una quantità nota di un composto in reazioni di composizione nota

La determinazione della formula mediante la spettroscopia di massa

La formula molecolare può essere determinata sperimentalmente tramite la spettrometria di massa

L’acido solforico è un acido diprotico (capace di trasferire due ioni H⁺). Reagisce con l’acqua in due fasi: la prima favorisce nel formare dei prodotti, la seconda dei reagenti.

La seconda ionizzazione è importante solo in certe condizioni di concentrazione ecc. poiché la molecola di acido non è come tutte le altre e ha una storia e “comportamento” unicamente suo.

Alcune specie sono anfiprotiche, cioè si comportano da acido se c’è da dare, base se accetta, acconda reazione.

Reazioni degli acidi e delle basi

La presenza “sala” indica quel composto il cui anione deriva da una base e il cui catione deriva dall’acido.

H₃O⁺ + OH⁻ → 2H₂O

È sempre l'equazione ionica netta di un acido forte che reagisce con una base forte.

Le reazioni tra acidi e basi forti sono chiamate reazioni di neutralizzazione, poiché a reazione completata, da sostanze in partenza acide/basiche, si ottene.

Ossidi dei metalli e dei non metalli: CO₂, NO₂, SO₂, SO₃

Gli ossidi dei non metalli (es. CO₂) che formano ioni H₃O⁺ sono chiamati ossidi acidi. Quelli acidi si legano alle basi per formare sali.

3.7 Reazioni che sviluppano gas

Trighi carbonati e bicarbonati dei metalli: reagiscono con gli acidi, per dare acido carbonico H₂CO₃ e che si decompone poi in CO₂ + H₂O.

CaCO₃ + 2H₂CO₃ → CaCO₂ + H₂O = CaCO₃ + 2CO₂ + 2H₂O

3.8 Reazioni di ossidoriduzione

L’agente che provoca la riduzione del minerale è chiamato agente riducente.

Qualunque processo in cui si assegna o addizionato un’alesse sostanze è chiamato processo assicialazione.

(l’ossigeno) e l’agente ossidante (non ma solo quasi!)

Reazioni di ossido-riduzione e trasferimento di elettroni

Tutte le reazioni di ossido riduzione si spiegano come avviene uno scambio di elettroni. Quando una sostanza accetta elettroni si riduce, perde quinte ticca il valore numerico della sua carica, quando cede elettroni, si ossidata.

• Ossidazione e riduzione avvengono contemporaneamente: queste reazioni sono chiamate reazioni redox.
• L’agente riducente viene ossidata quella ossidante ridotta.

Numeri di ossidazione

Il numero ossidazione di un elemento in una molecola o ione è definito come la carica che un atomo ha (o sembra avere) secondo queste linee guida.