Chimica generale - parte 1

Materia ed energia

La materia è tutto ciò che possiede massa e occupa spazio.

• Può presentarsi in diversi stati di aggregazione:
• solido (forma rigida - massimo impacchettamento)
• liquido (forma fluida)
• gas

Nel solido gli atomi sono impacchettati, quindi non possono scorrere e per questo è rigido.Tuttavia, non sono completamente fermi: oscillano intorno a una posizione media e le oscillazioni aumentano con l'aumento della temperatura.

Nel liquido gli atomi hanno abbastanza energia da scorrere gli uni rispetto agli altri.

In un gas le molecole hanno libertà quasi totale.

La chimica si occupa delle proprietà della materia.

Le proprietà chimiche si riferiscono all'attitudine di una sostanza a trasformarsi in un'altra.Infatti, quando una sostanza si trasforma in una trasformazione chimica, si trasforma in una definita diversa.

Le proprietà fisiche possono essere osservate senza alterare la composizione della sostanza.In una trasformazione fisica non cambia l'identità della sostanza, ma solo le proprietà fisiche.

Le proprietà si distinguono poi in:

• extensive (dipendono dalla dimensione del campione)
• intensive

La densità è una proprietà intensiva (nonostante sia data dal rapporto di 2 grandezze estensive, m e v).

Elementi e atomi

Materia

• Sostanze pure
• Elementi
• Composti
• Miscele
• Omogenee
• Eterogenee

La più piccola particella di un elemento si chiama atomo (dal greco indivisibile).

La prima argomentazione a sostegno degli atomi fu opera di John Dalton.

I dati che indussero Dalton a formulare la sua ipotesi atomica furono:

1. Tutti gli atomi di un dato elemento sono identici.
2. Gli atomi di elementi diversi hanno massa diversa.
3. Un composto è la combinazione degli atomi di un diverso elemento.
4. Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma.

Un elemento è una sostanza composta da un solo tipo di atomi.

Nucleo nucleare

In base al modello attuale l'atomo è costituito da un nucleo centrale carico positivamente responsabile quasi per intero della sua massa e circondato da elettroni.

La carica negativa compensa ed elide quella positiva: per questo l'atomo è elettricamente neutro.

Il numero di protoni nel nucleo si dice numero atomico Z.

Con progressi scientifici si arrivò a costruire gli spettrometri di massa per misurare la massa degli atomi.

Con questi strumenti si scoprì che non tutti gli atomi dello stesso elemento hanno uguale massa, si capì così che il nucleo conteneva particelle elettricamente neutre: i neutroni.

Poiché all'interno del nucleo protoni e neutroni si definiscono nucleoni, il numero totale di protoni e neutroni determina il numero di massa A.

Gli atomi con uguale Z ma diverso A sono detti isotopi.

L'idrogeno ha tre isotopi:

1. (¹H) = sola protone protio
2. (²H) = 1 p + 1 n deutrio
3. (³H) = 2 n e 1 p tritio

Mole e massa molare

1 mole di oggetti contiene un numero di oggetti uguale a quello degli atomi di Carbonio presenti in 12 g di C-12.

è la quantità di sostanza di un sistema con un numero di Avogadro di particelle elementari.

Na = 6.022 · 10²³ 1/mol

1 u.m.a. = 1.66 · 10^-24 g ≃ 1/12 massa ¹²C

La massa molare si misura in g/mol

è la massa di una mole di atomi della molecola

La concentrazione molare (o molarità) è data da

molarità = quantità di soluto / volume soluzione => c = n / V [mol/l]

In base al modello di Bohr un e che percorre un'orbita permessa non irradia energia.Bohr postulò che un atomo emette un fotone quando uno dei suoi o passa da un'orbita permessa di energia maggiore a una di energia minore.L'atomo di H ha un solo e che può ricevere energia da un urto l'atomo si trova così in uno stato eccitato instabile, dopo un dato t e scende su un'orbita con numero quan metica m (n) con En e Em.

\[ E = En - Em \] \[ \frac{\nu}{E} = \frac{En - Em}{h} \] \[ \nu = CR_H \left( \frac{1}{n_l^2} - \frac{1}{n_h^2} \right) \]

dove CR_H = \(\frac{me^4}{2}\) \(\frac{1}{8\epsilon_0^2h^3}\) cioè energia allo stato fondamentale (13.6 eV)

Orbitali s

n = 1 → ℓ = 0 m_ℓ = 0Tutti gli orbitali s hanno forma sfericaOrbitali 1s e 2s e 3s

Orbitali p

n = 2 → ℓ = 0, 1- ℓ = 0 m_ℓ = 0 → 2s- ℓ = 1 m_ℓ = -1, 0, 1 → 2p

Orbitali d

n = 3 → ℓ = 0, 1, 2- ℓ = 0 m_ℓ = 0 → 3s- ℓ = 1 m_ℓ = -1, 0, 1 → 3p- ℓ = 2 m_ℓ = -2, -1, 0, 1, 2 → 3d

come numeri quantici c'è anche m_s: spin (-¹⁄₂,+¹⁄₂)