Chimica generale

CHIMICA

Prof Pini Andrea 3CFU

1 SEM

CHIMICA GENERALE, proprietá microscopiche 8 domande, 1:30, aperte e chiuse -

• TAVOLA PERIODICA
• CALCOLATRICE

1. CONCETTI CHIMICI FONDAMENTALI

CHIMICA Studia le proprietá delle sostanze e le reazioni che le trasformano in altre sostanze. STUDIA LE TRASFORMAZIONI DELLA MATERIA

SOSTANZA PURACostituita da una specie di atomo o molecola. Composizione fissa, nonpurificabile.

ELEMENTIStati più semplici della materia, con proprietà fisiche e chimiche esclusive. Costituiti da solo una specie di atomo, ma possono trovarsi in forma molecolare.

COMPOSTISostanze costituite da più elementi diversi, chimicamente legati tra loro. ES. Pirite solfuro di ferro FeS₂SO₂ = molecola acido solforico - Reazione con cloro: NaCl

MISCELEFormate da due o più sostanze pure che sono mescolate fisicamente. Composizione variabile e separabili mediante tecniche fisiche.

OMOGENEEI componenti possono essere distinte solo se si distinguono. Possono avere proprietá diverse con limitazioni. Possono essere separati sfruttando la differibilitá e solubilita nello stato di aggregazione.

ETEROGENEEI composti si possono individuare visivamente, hanno varie proporzioni. Possono essere separati.I componenti possono essere individuati fisicamente.

STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIAPer spiegare le proprietà macroscopiche della materia occorre considerare il livello microscopico.

TAVOLA PERIODICATavola di Mendeleev, circa 1860. Iserisce gli elementi noti e prevede glispazi per quelli ancora non scoperti; offre altra periodicità che legaproprietá tra ogni elemento.

Blocco

• A

1-2 metalli alcalini

Gruppi

Periodi1 - 7

STRUTTURA ATOMICA della MATERIA

Democrito

460 AC: filosofo greco, la materia è formata da particelle piccolissime, chiamate atomi.

Dalton

1803

1. La materia è cost. da atomi, particelle indivisibili
2. L'atomo è la + piccola parte di un elemento
3. Gli atomi di un elemento sono uguali
4. Le reazioni chim. avvengono con atomi
5. Nelle reazioni gli elementi rimangono inalterati in num. e qualità

Lavoisier

Conservazione delle masse. In tutte le reazioni chimiche la massa si conserva, ovvero la somma dei reagenti è uguale alla somma dei prodotti.

Thomson

1897 → ESPERIMENTO dei raggi catodici

• Gli elettroni "galleggiano" in una massa omogenea dotata di carica elettrica positiva che contrabilancia la carica elettrica negativa
• e^- -1,6 × 10^-19 C → 9,1 × 10^-31 kg
• p⁺ +1,6 × 10^-19 C → 1,67 × 10^-27 kg
• n → 1,67 × 10^-27 kg

Radioattività

Radiazioni α, β, γ → particelle α, β → elevata energia, massa propria.

• Radiazioni γ → alta energia, no massa, no carica.
• PARTICELLE α → carica positiva: nuclei di elio
• PARTICELLE β → carica negativa: nuclei

Rutherford

Esp: particelle α colpiscono una lamina d'oro e raggiungono un rilevatore.

Alcune vengono deviate e rimbalzano in direzioni opposte. Quindi ci sono nuclei positivi, molto piccoli, e delle zone orbitarie negative, dove ci sono elettroni.

Atomo Nucleare

Modello di Rutherford, 1911

• r nucleo ≈ 10^-15 m
• r atomo ≈ 10^-10 m
• MASSA → protoni e neutroni
• A → numero massa ≡ n° protoni + n° neutroni
• Z → numero atomico ≡ n° protoni
• Tutti gli atomi di un elemento contengono stesso num. di protoni.
• Atomi dello stesso elemento, ma con num. diverso di neutroni (ISOTOPI)

UMA

Unità di Massa Atomica U = ¹/ ₁₂

• 1,67 × 10^-27 kg

massa molecolare = somma delle masse atomiche dei componenti di una molecola

n° Avogadro

• Il n° di atomi contenuti in 12 grammi dell'isotopo 12 del carbonio
• 6,022 × 10²³
• La massa atomica relativa è data dalla somma delle masse isotopiche degli atomi.

3. Radiazione Elettromagnetica

Oscillazione periodica di un campo elettrico e di un campo magnetico, ortogonali tra loro, che si propagano nello spazio tramite un'onda.

Ampiezza → spostamento massimo dell'oscillazione dalla cond. di assenza di perturbazione.

• λ [m] → Distanza tra massimi e minimi; successivi.
• ν [s^-1] → Frequenza → n° max/min che passano per un pto in ogni sec.
• C → λ•ν Velocità della luce → C = λ•ν ≃ 2,9999•10⁸ [m/s]

Spettro Elettromagnetico, effetto fotoelettrico

Secondo la Fisica, un'onda è un flusso di energia che dipende dalla sua ampiezza. (E ∝ A²•I) - Intensità della radiazione. Ogni sorgente è costruita da "pacchetti" di energia ("quanti"), il cui minimo dipende da A e il cui valore energetico dipende da ν.

Effetto Fotoelettrico

Emissione di elettroni: dalle superf di un metallo illuminate da luce monocromatica di energia: sufficiente da provocare la generazione di corrente fotoelettrica. È necessario per raggiungere l’emissione di elettroni se la radiazione incidente: deve avere una frequenza minima ν₀ individuabile dall’energia: Einstein, 1905 La luce stessa è di natura particellare ed è costruita da “quanti” di energia - fotoni

• E_g = h • ν frequenza [s^-1]
• h → Costante di Planck = 6,626 • 10^-34 [J • s]
• E_g = hν₀ + E_cin = energia di EMI emessa o E_c che tiene eiettato al metallo

Spettri Atomici

Se si “eccita” un elemento, emette luce. Registrando la frequenza di questi raggi, si ottiene un campo nero con alcune righe colorate, con λ caratteristiche di emissione dell'elemento.

Facendo passare luce bianca (con tutte le λ) da una sorgente attraverso un campione, tutte le lunghezze d’onda tranne specifiche.

• emissione
• assorbimento

⇒ L'elettrone all'interno dell'atomo può avere solo valori discreti di energia quantizzata!

DISTRIBUZIONE di PROBABILITÀ RADIALE degli ORBITALI 3s, 3p, 3d

CAPACITÀ PENETRANTE3s > 3p > 3d\( \psi \) 4 \( \pi \) r^23s3p3d

Z_eff (2s) > Z_eff (2p) = Z_eff (3s) > Z_eff (3d)

Per n = 3,3s SCHERMA 3p > E_3s < E_3p < E_3d3p SCHERMA 3d

ASSEGAMENTO DEGLI ELETTRONI AGLI ORBITALI

Gli elettroni occupano gli orbitali disponibili a BASSA ENERGIA, per raggiungere minima l'energia dell'atomo.

PRINCIPIO DI ESCLUSIONE DI PAULI

Ogni orbitale \(\psi_{n,l,m}\) può contenere solo 2 elettroni, rispettivamente m_s = ± 1/2.Avendo spin opposto, il campo magnetico risultante è uguale a 0.

REGOLA DI HUND

Se più orbitali degeneri (stessa energia) sono disponibili, gli elettroni si dispongono inorbitali diversi e con lo stesso valore di numero quantico di spin.

PRINCIPIO DELL'AUFAU

Le strutture elettroniche degli atomi nello stato fondamentale possono essere determinateoccupando gli orbitali secondo energie crescenti, occupare nel rispetto del principio di Pauli e delle regola di Hund, a cominciare dall'orbitale a più bassa energia.

1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 5s 5p 5d

ordine crescente di energia

Energia crescente