Chimica organica - idrocarburi e fisica quantistica

Fisica Quantistica

- Inizi ‘900 = Possibilità di descrizione della composizione e del comportamento della materia;

- V sec a.C.= Democrito fu il primo a sostenere l’esistenza di “elementi minimi” di materia, al di sotto dei quali, nessun

elemento poteva essere ulteriormente frammentato. (Teoria filosofica);

Teoria Atomica

- Fine XVIII sec= Dalton spiegò scientificamente la attraverso l’enunciamento dei 3 postulati, tra cui la

Legge delle Proporzioni Multiple, la quale dice che quando due elementi si combinano per formare composti diversi,

le masse di uno dei due elementi, combinate con una massa fissa dell’altro, stanno tra loro secondo un rapporto

espresso da numeri interi. Data questa affermazione, Dalton dedusse che la materia è composta da particelle

elementari (atomi) indivisibili e inalterabili, e che gli atomi di un determinato elemento chimico sono identici tra loro..

N u c l e o :

• neutroni+protoni, e possiede la più grossa densità

dell’Universo. Una certa quantitá di massa viene convertita in E e

permette all’atomo di esistere.

P r o t o n i :

• possiedono carica positiva e sono identificativi dell’atomo,

cioè definiscono l’elemento chimico (= Numero Atomico = Z ); Is

t -

9,2 io M

= .

N e u t r o n i :

• sono i cosiddetti “isotopi” (cioè atomi dello stesso 15m

elemento con diverso numero di massa) e non possiedono carica; -

io

9,2

F- .

E l e t t r o n i :

• possiedono carica negativa e tale carica è la più piccola

esistente in natura; +

P N

inferiore quello -

di

t 20 volte e

a

= .

A

Numero di massa = protoni + neutroni E

ISOTOPI: atomi dello stesso Simbolo elemento

elemento con diverso numero di Numero atomico = protoni

massa. Peso Atomico = è la massa di un atomo espressa in UMA (“unità di massa atomica”=1,66054x10^(-27)kg), ed è

un numero che indica la massa apportata alla dodicesima parte della massa dell’ isotopo Carbonio 12.

È importante ricordare che la Chimica è una scienza empirica, e in quanto tale, non esistono bilance in grado di “pesare”

gli atomi, quindi gli scienziati, per quantificare la materia, decisero di fare un calcolo alla rovescia.

MOLE (Mol) è l’unità di misura della quantità di sostanza che contiene tante entità elementari, atomi o

=

molecole, quanti sono gli atomi presenti in 12g di Carbonio 12C.

La mole permette quindi di determinare il numero di particelle contenute in una determinata quantità di sostanza.

ESERCIZI:

Numero di Avogadro (N) = 6,02x10^23 Quanto pesa una mole di atomi di H?

Una mole di una sostanza pesa quanto il suo PA o PM PA(H) = 1 uma

espresso in g/mol (massa molare)

(è il numero di particelle contenute in Una mole di H pesa 1g e contiene 6,02x1023 atomi di H

una mole). n^ particelle totali di sostanza

n (numero di moli di sostanza)= Quanto pesa una mole di molecole di H2O?

n PA(H) = 1 uma PA(O) = 16 uma

n^ particelle totali di sostanza= n N PM(H2O) = 2x1uma + 1x16uma = 18uma

Una mole di H2O pesa 18g e contiene 6,02x1023 molecole di

Massa sostanza (g)= n Massa molare sostanza acqua

Quante moli di H2O ci sono in 9 g di acqua?

massa sostanza (g)

n= n = massa (g) / massa molare = 9(g) / 18(g/mol) = 0,5mol

massa molare (g/mol) Concetto di indeterminazione =

non è possibile misurare

contemporaneamente e con

estrema esattezza le

proprietà che definiscono lo

stato di un elettrone, quindi

calcoleremo le probabilità che

un elettrone si trovi in una

certa posizione a una certa

velocità.

orbitale =

è la rappresentazione grafica

della probabilità .

!!! Non posso considerare un

elettrone come una particella,

ma come un’onda con quindi il

suo moto ondulatorio, e quindi

parlerò di Energia.

In base ai parametri che vado a sostituire, otterrò un certo

elettrone => non esistono elettroni uguali.

Numeri Quantici = Rappresentano il livello energetico, ovvero l’energia che l’elettrone possiede girando attorno al Nucleo.

n = numero quantico principale = indica il livello energetico e la dimensione degli orbitali. 7

GENE

l = numero quantico secondario = indica la forma e quindi il tipo dell’orbitale. OELEN -9

m = numero quantico magnetico = lsms.tl

esprime l’orientamento degli orbitali nello spazio. -

s = indica il verso di rotazione del proprio asse = indica il verso di rotazione del proprio asse. %

±

Se l=0 => orb.S

Se l=1 => orb.P

Se l=2 => orb.D

Se l=3 => orb.F

Ioni= Si parla di IONI quando il numero di elettroni di un dato

atomo\molecola è diverso dal numero totale di protoni. Uno

ione può formarsi a partire da un atomo se quest’ultimo

perde o acquista elettroni.

Cl- = “Anione”

Na+ = “Catione” Perché possiede una carica negativa.

Perché possiede una carica positiva. Tavola Periodica degli Elementi

Sx = “Metalli” creata con l’esigenza di poter identificare gli elementi chimici secondo delle proprietà.

- lucentezza; Dx = Metalli”

“Non

- conducibilità termica ed elettrica;

- duttilità = cap. Di essere ridotta in Caratteristiche

Centro = “Semimetalli”

fili; opposte a quelle

Caratteristiche intermedie tra metalli

- malleabilità = cap. Di essere dei Metalli;

e non metalli

ridotta in lamine;

- durezza = cap. Di non

frammentarsi se percossi da un

metallo; Legami Chimici Elettronegativita:

la tendenza che un dato atomo ha

di attirare a sè gli elettroni di

legame quando esso è appunto

impegnato in un legame chimico.

1) Legame Ionico:

- è il tipo di legame più semplice;

- ha una natura di tipo elettrostatico: è la conseguenza dell’attrazione elettrostatica che si manifesta tra due ioni di carica

opposta;

- si realizza quando la differenza di elettronegatività fra due elementi che intendono legarsi, è superiore a 1,9;

Il legame ionico nel Cloruro di Sodio:

A differenza di quanto si potrebbe pensare, non esiste la

singola molecola di NaCl.

L'attrazione tra cariche di segno opposto, come sono gli ioni

positivi Na+ e negativi Cl- , non si sviluppa infatti lungo una

sola direzione, ma agisce uniformemente in tutte le

direzioni con formazione di un reticolo cristallino ordinato.

Numero di anioni che circonda un catione all’interno del

reticolo cristallino= “Numero di coordinazione del catione”.

Numero di cationi che circonda un anione all’interno del

reticolo cristallino= “Numero di coordinazione dell’anione”.

2) legame covalente:

- si basa sulla compartecipazione degli elettroni;

- non ha natura di tipo elettrostatico;

legame covalente puro legame covalente polare;

- esistono 2 tipi: e Si basa sulla compartecipazione di due o più elettroni

Si basa sulla compartecipazione di due o più tra atomi di un diverso elemento (quindi differente

elettroni tra atomi di uno stesso elemento: gli elettronegatività, ma non così tanta da avere un

elettroni sono condivisi equamente e quindi si crea legame ionico): la nuvola elettronica non sarà

una nuvola elettronica simmetrica che avvolge i due simmetrica, ma sarà più spostata verso l’atomo più

atomi. elettronegativo. “Legame Eteropolare”

“Legame Omopolare” 4) Legami deboli e di Van

3) Legame a Idrogeno: Der Waals:

- è un particolare tipo di interazione dipolo-dipolo che

si viene a formare tra molecole nelle quali un atomo di - Sono le forze che spiegano i cambiamenti di

idrogeno è legato covalentemente con un atomo di materia, infatti si instaurano tra molecole in fase gas,

piccole dimensioni e fortemente elettronegativo (F, N e liquida o solida:

O): ammoniaca, fluorurò di idrogeno, acqua… interazioni dipolo-dipolo

• : un'attrazione elettrostatica

- ha una natura prettamente elettrostatica; tra i poli opposti di due molecole;

- è più debole del legame ionico; interazione dipolo permanente-dipolo indotto:

• si ha tra

molecole polari e molecole non polari;

interazione dipolo istantaneo-dipolo indotto (Forze Di

•

London): sono forze attrattive tra molecole non polari;

Legame ionico

legame idrogeno

Legame di Van aderisce Waals

Soluzioni e Calcolo delle Concentrazioni

Soluzione:

I è una miscela omogenea (può essere sia allo stato solido,

che liquido, che gassoso) le cui particelle mescolare sono

distribuite in modo omogeneo ed uniforme in modo che

ogni volume di soluzione abbia la medesima

composizione degli altri.

Soluto:

- È la sostanza presente in minor quantità.

Solvente:

i È la sostanza presente in maggior quantità.

ESERCIZI:

Soluzione fisiologica: 0,9% P/V di NaCl

In 100ml di soluzione ci sono 0,9g di NaCl;

In 100l di soluzione ci sono 0,9kg di NaCl;

In 100hl di soluzione ci sono 0,9q di Nacl;

Calcolare la Concentrazione in % P/V di una soluzione

- preparata con 90g di NaCl (volume soluzione 10L):

% P/V = (grammi soluto (90g NaCl)/ volume soluzione

(10L)) x 100= (90g/10000ml) x 0,9% P/V

Preparare 10 litri di una soluzione 0,9% P/V di NaCl:

- % P/V = (grammi soluto (NaCl/ volume soluzione (10l))

x100= 0,9 ==> NaCl(g)= 0,9x10000/100=90g

Si pesano 90g di NaCl, si mettono in un contenitore

graduato e si aggiunge acqua fino al volume di 10L.

Proprietà Colligative delle Soluzioni

Sono proprietà strettamente correlate tra loro, che non dipendono

dalla natura del soluto, ma dalla concentrazione delle Soluzione. 4) Pressione Osmotica:

1) abbassamento della tensione 3) abbassamento crioscopico:

2) innalzamento ebullioscopico: è definito è definita come la

di vapore: come l'abbassamento della

è definito come l'incremento pressione idrostatica

temperatura di congelamento di

della temperatura di ebollizione

è definito come necessaria a impedire lo

di una soluzione rispetto a quella una soluzione rispetto a quella del

l'abbassamento della spostamento di un

del solvente puro. solvente puro.

pressione di vapore di una solvente puro in una sua

È direttamente proporzionale

soluzione rispetto a quella del soluzione attraverso

alla concentrazione della

solvente puro. Es.acqua ghiacciata, formazione una membrana

soluzione espressa come ghiaccio, butto il sale e quella semipermeabile.

molalità.

Es. acqua che bolle= vapore acqua che rimane in superficie si

acqueo. Se ci butto altra mischia e ottiene una temperatura

acqua, la tensione di vapore si di congelamento più bassa.

abbassa. L’innalzamento della

Passaggio dell’acqua dal soluzione ha portato

solvente puro, a quello alla formazione di

dove c’è la soluzione, nel una colonna di acqua

tentativo di andare a che avrà un certo

diluire la soluzione è peso e che andrà ad

quindi smorzare il esercitare una certa

gradiente di pressione sulla