Chimica generale - elementi, atomi e composti

Per materia si intende qualsiasi oggetto o corpo dotato di massa e di volume. La materia è formata

da sostanze pure e da miscele e viene identificata mediante le sue proprietà fisiche ( che possono

essere estensive, se dipendono dalle dimensioni del campione, o intensive se non dipendono dalle

dimensioni ) e le sue proprietà chimiche. elementi

Sostanze pure o

Individui chimici composti

Materia Omogenee o soluzioni di elementi

miscele di composti

eterogenee o miscugli di elementi + composti

Per massa di un corpo si intende la quantità di materia che costituisce il corpo. La massa è la

capacità del corpo di opporsi ad ogni cambiamento del suo stato di quiete. L’unità di misura è il

chilogramm peso di un corpo (P)

o. Il rappresenta la forza con cui il corpo è attratto dalla terra per la

newton( N )

forza di gravità. Esso è dunque una forza ed è misurato in . La massa di un corpo è

costante in ogni luogo, invece, il peso varia al variare della posizione del corpo poiché varia

l’accelerazione di gravità.

Stati diaggregazione della materia stati di aggregazione

La materia si può presentare in tre diversi : stato gassoso, liquido e solido.

stato gassoso

Nello la materia è composta da particelle in continuo movimento che occupano tutto il

volume a loro disposizione. I gas non hanno quindi né forma né volume propri.

stato liquido

Nello la materia è costituita da particelle tra le quali si esercitano forze di coesione

superiori a quelle che tendono ad allontanarle; pertanto i liquidi hanno volume proprio ma non forma.

stato solido

Nello la materia si presenta sotto forma di particelle legate da potenti forze di attrazione

e di coesione, superiori a quelle che tendono ad allontanarle; perciò i solidi hanno volume e forma

propri.

Quando una porzione di materia può esistere stabilmente nei tre stati fisici essa può essere fatta

passaggidi stato della materia.

passare da uno stato all’altro mediante dei processi fisici chiamati

Approfondimento : D

L’ atomo e la molecola

atomo

L' è la struttura nella quale è organizzata la materia nel mondo fisico. Più atomi formano le

molecole subatomici

; mentre gli atomi stessi sono a loro volta formati da costituenti quali

protoni neutroni elettroni

, ed .

teoria atomica

La è dunque la teoria fisica secondo la quale tutta la materia è costituita da unità

elementari chiamati atomi.

Come abbiamo detto prima l’atomo è formato dalle seguenti componenti:

protoni neutroni nucleo ,

positivamente) privi di carica)

(carichi (

- I e i formano il per questo

nucleoni ;

motivo i protoni e neutroni sono detti anche

elettroni negativamente

(carichi )

- gli sono presenti nello stesso numero dei protoni e ruotano

orbitali

attorno al nucleo senza seguire un'orbita precisa, rimanendo confinati all'interno degli ( o

livelli energetici ).

Per identificare i diversi atomi vengono utilizzate due diverse quantità:

Numero dimassa( A):

- la somma del numero di neutroni e protoni nel nucleo.

Numero atomico( Z ):

- il numero dei protoni nel nucleo, che, allo stato neutro, corrisponde anche al

numero di elettroni esterni ad esso.

!!! stato neutro protoni

Quando un atomo si trova allo ci vuol dire che il numero di è uguale a

elettroni

quello di .

numero dei neutroni

Per ricavare il si sottrae al numero di massa il numero atomico.

peso atomico

Esiste una grandezza che quantifica la massa di ogni atomo ed è definita ( più

massa

correttamente

atomica ), unità di massa atomica u.m.a.

espresso in ( o ), dove una unità di massa atomica

12

( )

carbonio−12 C ;

equivale alla dodicesima parte della massa di un atomo di tale unità è chiamata

Dalton( Da) −27

1,66 ×1 0 kg.

anche e vale approssimativamente numero atomico numero di massa

Due atomi possono differire anche se hanno stesso ma diverso :

isotopi

simili atomi sono detti ed hanno medesime proprietà chimiche. Se due nuclei contengono lo

stesso numero di protoni, ma un numero differente di neutroni, i due nuclei avranno lo stesso

chimico fisici

comportamento , ma avranno comportamenti differenti, essendo uno più pesante

isotopi stabili non stabili isotopi radioattivi).

(o

dell'altro. Gli isotopi sono suddivisi in e

“ famosi” :

Alcuni isotipi

1 H =Prozio

2 H =deuterio

3 H =Trizio

12

C =carbonio−12

13

C =carbonio−13

14 C =carbonio−14

Gliatomi non hanno un contornoben definito, in quanto la distanza degli elettroni rispetto al nucleo varia

in ogni istante ed è influenzata dalle condizioni energetiche dell'atomo. Per tale ragione le dimensioni

degli atomi possono essere definite in diversi modi; in particolare si utilizzano le seguenti grandezze:

raggio atomico

- : è una grandezza definita nell'ambito della meccanica quantistica e si riferisce alla

condizione di "atomo libero", cioè non legato a nessun altro atomo;

raggio covalente

- : corrisponde al raggio dell'atomo quando è legato ad altri atomi e può essere

considerato pari alla distanza tra i nuclei dei due atomi uniti dal legame chimico; tale grandezza varia

a seconda del tipo di legame chimico, il numero di atomi vicini e lo spin;

raggioionico

- : corrisponde alla grandezza dell'atomo quando è sotto forma di ione.

molecola legame chimico

La è un insieme di almeno due atomi uniti da un .

Una molecola può essere composta da più atomi di un solo elemento chimico o da atomi di elementi

diversi. Famiglie di molecole costituite dagli stessi atomi disposti nello spazio in maniera diversa sono

isomeri

dette , e la disposizione influisce sulle proprietà fisiche della sostanza.

molecole biatomiche molecole omonucleari

Le sono composte da due atomi, e si distinguono in ,

eteronucleari

quando gli atomi sono dello stesso elemento chimico, ed , quando invece gli atomi

differiscono.

molecole poliatomiche

Le possiedono più di due atomi, che nella maggior parte dei casi sono diversi

fra loro. La loro struttura è estremamente diversificata poiché le possibili combinazioni tra gli orbitali

atomici che formano gli orbitali molecolari sono estremamente numerose. Oltre al legame che

s p

caratterizza le molecole biatomiche, nelle molecole poliatomiche gli orbitali atomici e si

orbitali ibridi.

possono combinare fra loro per formare

L'orbitale molecolare caratterizza la configurazione elettronica di una molecola, definendo la

distribuzione spaziale e l'energia degli elettroni.

orbitale molecolare funzione d ' onda

Un è rappresentato da una il cui quadrato descrive la

distribuzione di probabilità relativa alla posizione dell'elettrone. Tale funzione d'onda si ottiene

orbitali molecolari

dall'equazione d'onda che descrive l'intera molecola. Le proprietà principali degli

così definiti sono:

- Il numero degli orbitali molecolari è pari al numero di orbitali atomici contenuti nella combinazione

lineare dalla quale sono costituiti, poiché gli stati stazionari non si creano né si distruggono.

- Se la molecola possiede simmetrie, gli orbitali atomici degeneri, caratterizzati dalla stessa energia,

sono raggruppati in combinazioni lineari che appartengono alla rappresentazione del gruppo di

simmetria.

- Il numero di orbitali molecolari appartenenti alla rappresentazione di un gruppo è pari al numero di

orbitali atomici appartenenti a tale rappresentazione.

- All'interno di una particolare rappresentazione, gli orbitali atomici si mischiano maggiormente tanto

più i loro livelli di energia atomici sono vicini.

sostanze pure

¿ individui chimici elementi

Le sostanze pure che compongono la materia sono dette e si dividono in

composti

e .

Glielementi

Gli elementi sono detti così perché non possono essere scomposti in sostanze più semplici; essi sono

atomi della stessa specie.

costituiti da I chimici rappresentano gli elementi con simboli e li raggruppano

nella cosiddetta tavola periodica. Gli elementi oggi noti sono più di 110 e sono distinti in: metalli,

non metalli, semi metalli e gas nobili. L’atomo è la più piccola particella caratteristica di un

elemento; esso è anche la più piccola parte di un elemento con cui esso può entrare a far parte di un

composto. Gli atomi di uno stesso elemento non sono tutti uguali in quanto possono differire per la

massa; per cui è errato dire che gli atomi di un elemento sono tutti eguali. È giusto dire che sono

della stessa specie. L’atomo di un elemento non conserva le proprietà chimiche e fisiche di

un elemento e non è mai capace di esistere libero. La più piccola parte di un elemento capace

di esistenza fisica indipendente è la molecola che è nella maggior parte dei casi formata da 2 o più

atomi.

I composti

I composti sono detti cosi perché sono formati da due o più elementi legati in rapporto fisso e

atomi ditipo diverso

costante tra di loro ( cioè sono formati da ); essi sono indicati con formule

formate dai simboli degli elementi. Sono scomponibili negli elementi per mezzo di processi chimici. I

composti possono essere:

molecolare :

−Composto è costituito da particelle elettricamente neutre e la sua composizione è

rappresentata dalla formula chimica. Per i composti molecolari la più piccola parte capace di esistenza

molecola

fisica indipendente è la . Nei composti molecolari gli elettroni sono condivisi parzialmente

legamicovalenti.

fra i gruppi atomici attraverso

Es :

C O Anidride carbonica

=

2

N H =Ammoniaca

3

C l =Cloro

2

S O di zolfo

=Diossido

2 peso molecolare

Quando parliamo di composti molecolari dobbiamo per forza di cose utilizzare il che

è definito come la somma delle masse degli atomo presenti nella formula molecolare.

ionici :

−Composti Un composto ionico può essere definito come un composto chimico formato da

carica elettrica complessiva nulla binario

ioni avente una . In un composto ionico ci sono

metallo non−metallo

generalmente un e un , dove il metallo di solito cede uno o più elettroni al

elettrostatico

non-metallo, caricandosi positivamente. La forza che unisce gli ioni è di tipo ed è

legame ionico cristalli

definita . Nei composti ionici si hanno formati da più coppie ioniche. Perciò

cristalli

parlare di molecola per