Chimica generale e inorganica - parte 2

Proprietà dei legami covalenti e determinazione delle formule di Lewis

Per HF accade lo stesso e F (fluoro) raggiunge la configurazione del Ne (neon). La polarità di un legame covalente può essere misurata con la determinazione del MOMENTO DI DIPOLO m. Il momento di dipolo è un momento elettrico di un corpo elettricamente neutro nel suo complesso, ma che reca in due punti due cariche d + e d -, poste ad una certa distanza r. Solitamente i composti covalenti possiedono le seguenti proprietà:

• liquidi o gassosi (ma anche solidi)
• punti di fusione bassi
• legami direzionali
• allo stato fuso o in soluzione non conducono l'elettricità
• vengono indicati come formule molecolari

Determinare le formule di Lewis è semplice attraverso questi passaggi:

1. Determinare la disposizione degli atomi nella molecola: chi è l'atomo centrale? Spesso C, P, N e O sono atomi centrali. H e F non lo sono mai. Gli altri alogeni possono esserlo quando legati all'ossigeno
2. Determinare gli elettroni di

1. Porre una coppia di elettroni tra ogni coppia di atomi legati per formare un legame singolo
2. Usare le rimanenti coppie di elettroni come coppie solitarie attorno a ciascun atomo terminale (eccetto l'idrogeno) in maniera che ogni atomo terminale sia circondato da otto elettroni
3. Se l'atomo centrale ha meno di 8 elettroni a questo punto spostare una o più coppie solitarie sugli atomi terminali ad una coppia di legame tra l'atomo centrale e quello terminale in modo da formare legami multipli
4. In genere legami doppi o tripli si formano se i due atomi sono C, N e/o O

Spettroscopia ottica UV-Vis

Tramite la spettroscopia ottica possiamo studiare la struttura molecolare o atomica tramite l'osservazione della sua interazione con la radiazione elettromagnetica. Può essere:

1. QUANTITATIVA e quindi aiutarci a determinare una quantità di una molecola in un certo campione
2. QUALITATIVA e quindi identificare la struttura chimica di

Una molecola. Una radiazione può essere assorbita dalla materia solo se la sua energia è pari alla differenza di energia tra lo stato fondamentale e quello eccitato della molecola. Le molecole sono costituite da più atomi e da più elettroni, e quindi rappresentano dei sistemi più complicati di un singolo atomo. Le molecole, assorbendo una radiazione elettromagnetica, passano a stati eccitati (salto energetico). Anche per le molecole, affinché avvenga una transizione energetica, occorre utilizzare radiazione con una precisa frequenza (ν). Quando un campione viene irradiato da una sorgente luminosa di opportuna lunghezza d'onda, gli elettroni dello stato fondamentale acquistano l'energia necessaria per popolare uno stato eccitato. Come conseguenza, a quelle stesse lunghezze d'onda, solamente una frazione della luce mandata sul campione viene trasmessa. Ogni sostanza assorbe in maniera diversa le diverse radiazioni elettromagnetiche.

varie lunghezze d'onda. Analisi qualitativa: la lunghezza d'onda delle radiazioni emesse o assorbite sono caratteristiche delle varie sostanze. Analisi quantitativa: l'intensità delle radiazioni emesse o assorbite dipendono dalla quantità di sostanza. Quali onde assorbe? Uno spettrofotometro UV-vis permette di visualizzare quali radiazioni UV-vis sono compatibili con un salto energetico in una data molecola. Radiazioni con energie superiori o inferiori a ΔE non determineranno alcun segnale in uno spettro UV-visibile. L'energia della radiazione determina la posizione della banda nello spettro.

Quanta luce assorbe? Nelle analisi quantitative il campione viene attraversato da una radiazione monocromatica. L'intensità in uscita viene confrontata con quella in entrata. L'intensità della banda di assorbimento si misura come trasmittanza. La trasmittanza esprime quale frazione della luce incidente ha attraversato il campione senza essere assorbita,

Il gas è una fase della materia in cui una sostanza si trova allo stato gassoso. La trasmittanza è una misura dell'abilità di un materiale di lasciar passare la radiazione attraverso di sé. Può assumere valori compresi tra 0 e 1. Tale rapporto è tanto più piccolo quanto maggiore è stato l'assorbimento. In genere la trasmittanza viene espressa come trasmittanza percentuale. La radiazione assorbita è rapportata alla radiazione trasmessa.

Uno spettro è un grafico in cui si riporta l'intensità della radiazione assorbita (I/Io=T) dal campione in funzione della lunghezza d'onda o frequenza della radiazione stessa (vedi esempio più avanti). Raggi policromatici sono separati tramite monocromatori nelle varie componenti (radiazioni monocromatiche). Le singole radiazioni monocromatiche si fanno passare, una alla volta, attraverso la sostanza in esame, la quale assorbirà in modo diverso le diverse radiazioni. Riportando i valori registrati in un grafico lunghezza d'onda vs trasmittanza, si ottiene lo spettro di assorbimento della sostanza esaminata.

I Gas

sostanza riempie completamente il recipiente che la contiene, indipendentemente dal volume. Le molecole della sostanza in fase gassosa sono separate le une dalle altre: comprimibilità di un gas. Un gas (a differenza degli altri stati della materia) è molto sensibile ai cambiamenti di temperatura. Occuperà un volume maggiore all'aumentare della temperatura e minore al diminuire della temperatura. Inoltre i gas si caratterizzano anche per avere basse densità e basse viscosità. Un gas è definibile in base a tre parametri caratterizzanti: Pressione, Volume e Temperatura. Valgono per gas ideali (o gas perfetti). La deviazione di un gas reale dal suo comportamento ideale è maggiore all'aumentare della pressione del gas e al diminuire della sua temperatura verso la temperatura di liquefazione e dipendono dalle forze deboli di interazione intermolecolari. 1) legge di boyle: A temperatura costante, il volume di una data quantità di gas è inversamente proporzionale alla sua pressione. In formula: P1V1 = P2V2, dove P1 e V1 sono la pressione e il volume iniziali, mentre P2 e V2 sono la pressione e il volume finali. 2) legge di Charles: A pressione costante, il volume di una data quantità di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta. In formula: V1/T1 = V2/T2, dove V1 e T1 sono il volume e la temperatura iniziali, mentre V2 e T2 sono il volume e la temperatura finali. 3) legge di Gay-Lussac: A volume costante, la pressione di una data quantità di gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta. In formula: P1/T1 = P2/T2, dove P1 e T1 sono la pressione e la temperatura iniziali, mentre P2 e T2 sono la pressione e la temperatura finali. Queste leggi sono fondamentali per lo studio dei gas e permettono di comprendere il loro comportamento in diverse condizioni.un volume uguale a quello della miscela. La pressione parziale di un gas può essere calcolata utilizzando la legge di Dalton, che afferma che la pressione totale di una miscela di gas è uguale alla somma delle pressioni parziali dei singoli gas presenti. La pressione parziale di un gas può essere influenzata da vari fattori, come la temperatura, la quantità di gas presente e la presenza di altri gas nella miscela. Inoltre, la pressione parziale di un gas può essere utilizzata per calcolare la sua frazione molare nella miscela. Le leggi dei gas sono fondamentali per comprendere il comportamento dei gas e sono ampiamente utilizzate in diversi settori, come la chimica, la fisica e l'ingegneria.

Solo il medesimo volume. Nel caso di una reazione tra gas che porta alla formazione di una o più sostanze in fase gassosa è conveniente esprimere la K di equilibrio in termini di pressioni parziali.

Termodinamica e cinetica

In termodinamica vengono studiate le variazioni di energia che accompagnano sempre tutti i processi chimici e fisici. E poiché l'energia non viene né creata né distrutta, viene studiato come l'energia viene trasferita da un corpo ad un altro (o da una sostanza ad un'altra). L'energia totale di un sistema (detta Energia Interna E oppure U) è composta di solito da due categorie: energia potenziale ed energia cinetica. La termodinamica si occupa dei potenziali chimici relativi dei reagenti e dei prodotti e permette di prevedere se una reazione sarà spontanea. La cinetica si occupa del potenziale chimico degli stati intermedi e permette di determinare il motivo per cui una reazione è lenta o veloce.

Le reazioni che liberano energia sotto forma di calore sono dette esotermiche, al contrario, le reazioni che assorbono energia dall'ambiente vengono dette endotermiche.

Per funzione di stato si intende una variabile che descrive lo stato di un sistema e il suo valore dipende solo dallo stato del sistema e non da come quello stato viene raggiunto.

La legge di conservazione dell'energia sostiene che l'energia non può essere creata e nemmeno distrutta ma posso trasferirla da un oggetto ad un altro e trasformarla da un tipo di energia ad un'altra.

1° principio della termodinamica: La quantità complessiva di materia ed energia presente nell'universo è costante. Affermare che l'energia non si crea e si distrugge durante le trasformazioni fisiche e chimiche equivale a enunciare in modo diverso il 1° principio (legge di conservazione dell'energia).

Da ciò deriva che l'energia viene soltanto scambiata tra

Il sistema e l'ambiente. Lo stato termodinamico di un sistema è definito da un insieme di condizioni che ne specificano tutte le proprietà, e solitamente comprende temperatura, pressione, composizione e stato di aggregazione fisica. Le proprietà di un sistema come P, V e T sono funzioni di stato. Solitamente le quantità a cui siamo interessati in termodinamica sono delle variazioni e non i valori assoluti degli stati iniziali e finali. Un sistema è caratterizzato da una certa energia totale detta energia interna. L'energia interna non è altro che la somma di tutte le energie (cinetica e potenziale) di tutte le particelle che compongono il sistema. Si tratta di una funzione di stato, e tutte le volte che avviene una trasformazione si passa da un'energia iniziale caratterizzante il sistema a una finale: ΔE = Efinale - Einiziale. Per una reazione chimica ciò equivale a dire ΔE = Eprodotti - Ereagenti. Tale variazione è

dovuta sia al calore q, assorbito o ceduto dal sistema, che dal lavoro w che il sistema ha compiuto sull'ambiente circostante o ha subìto. DE= q - w. Quando durante una trasformazione la pressione si mantiene costante, il lavoro fatto è uguale alla pressione moltiplicata per la variazione di volume. Se la reazione consuma delle moli di gas, il volume diminuisce e l'ambiente compie lavoro sul sistema. Se invece la reazione produce delle moli di gas, o si considera semplicemente un gas in espansione, il volume aumenta e il sistema sta compiendo lavoro sull'ambiente. Quando durante una trasformazione il volume si mantiene costante, la variazione di energia interna dipende solo dal calore ceduto o assorbito dal sistema. DE = q. Solidi e liquidi NON si espandono e non si comprimono significativamente quando la pressione P non cambia. Per reazioni in cui si producono e si consumano sostanze gassose, se la variazione del numero di moli di gas è nulla