Riassunto esame Chimica, prof. Cardellini, libro consigliato Mindtools: strategie per il problem solving in chimica

Elementi e loro proprietà

Metalli

Idrogeno H 1 2.1
Litio Li 1 1.0
Sodio Na 1 0.9
Potassio K 1 0.8
Argento Ag 1 1.9
Berillio Be 2 1.5
Calcio Ca 2 1.0
Magnesio Mg 2 1.2
Stronzio Sr 2 1.0
Bario Ba 2 0.9
Cadmio Cd 2 1.7
Cromo Cr 3, (6) 1.6
Manganese Mn 2, 4, (7) 1.5
Ferro Fe 2, 3 1.8
Cobalto Co 2, 3 1.8
Nichel Ni 2, 3 1.8
Platino Pt 2, 4 1.2
Piombo Pb 2, 4 1.8
Mercurio Hg 1, 2 1.9
Rame Cu 1, 2 1.9
Oro Au 1, 3 2.4

Semimetalli

Zinco Zn 2 1.6
Alluminio Al 3 1.5
Stagno Sn 2, 4 1.8

Non-metalli

Boro B 3 2.0
Carbonio C 2, 4 2.5
Silicio Si 4 1.8
Azoto N 2, 3, 4, 5 3.0
Fosforo P 3, 5 2.1
Arsenico As 3, 5 2.0
Ossigeno O 2 3.5
Zolfo S (2), 4, 6 2.5
Fluoro F 1 4.0
Cloro Cl 1, 3, 5, 7 3.0
Bromo Br 1, 5 2.8
Iodio I 1, 5, 7 2.5

Composti e reazioni chimiche

Ci sono 7 elementi che in natura si presentano in molecole biatomiche: H, O, N, F, Cl, Br, I.

Composti chimici

Ossidi

Metallo più Ossigeno: M O (*se n è pari si dividono i rapporti di combinazione per 2).
Se ci sono 2 numeri di ossidazione, si aggiunge il suffisso:

• (Numero più basso) -oso
• (Numero più alto) -ico

Anidridi

Non Metallo più Ossigeno: nM O (*).
Se ci sono più numeri di ossidazione (n.o.), si aggiungono i suffissi e i prefissi:

• (Numero più basso, c’è ha 3 n.o.) ipo- -osa
• (Secondo numero più basso) -osa
• (Secondo numero più alto) -ica
• (Numero più alto, c’è ha 4 n.o.) per- -ica

Idrossidi

Metallo più Ossigeno e Idrogeno: M(OH). Il gruppo OH ha valenza 1.
Se il metallo con cui è formato il legame ha un solo numero di ossidazione, si indica con Idrossido di... seguito dal nome del metallo.

Se il metallo ha più n.o., si scrive Idrossido... seguito dal nome del metallo con suffisso:

• (Numero più basso) -oso
• (Numero più alto) -ico

Idracidi

Idrogeno e non Metallo: H nM. [Anidride + acqua idracido].
Si indicano con Acido... -idrico. Possono essere deboli (d) o forti (f).

Ossiacidi

Idrogeno non Metallo e Ossigeno: H nM O.
Si rifanno alle anidridi e si indicano sostituendo "Anidride" con "Acido..." con gli stessi prefissi (ipo-, per-) e suffissi (-oso, -ico). Possono essere deboli (d) o forti (f).

Sali

Metallo e residuo acido: M R. [Acido + idrossido sale + acqua].
Il residuo acido è ciò che resta dell'acido tolto l'idrogeno. Prima si scrive il residuo acido poi il metallo. I suffissi (dagli acidi) cambiano in questo modo:

• -ito-oso
• -ato-ico
• -idrico -uro

Idruri

Metallo/Non metallo e idrogeno: (n)MH_n

Perossidi e periacidi

Presentano il gruppo O O.

Reazioni chimiche

Nello scrivere il prodotto prima va messo il metallo poi il non metallo; poi si segnano in alto le valenze (apice) e in basso (pedice) le valenze scambiate (scambio e semplifico); infine si bilancia l'equazione.

Bilanciati n-1 elementi, appartenenti ai composti della reazione in oggetto, se il bilanciamento è corretto, l'ennesimo bilanciamento deve risultare bilanciato.

Metodo per ispezione

• Localizzare gli elementi che devono avere lo stesso coefficiente nell'equazione bilanciata, quelli che appaiono una sola volta prima e dopo la reazione e in numero eguale da entrambe le parti;
• Localizzare gli elementi che compiono una sola volta da ogni parte dell'equazione ma hanno un numero di atomi diverso. Bilanciare per primi questi elementi.
• Quando i punti 1 e 2 non funzionano, cercare gli elementi che devono essere presenti in un rapporto costante da ogni parte dell'equazione, elementi che appaiono solo una volta nello stesso composto o da una parte o dall'altra. Bilanciare questi elementi per mantenere uguale il rapporto da entrambe le parti dell'equazione.

Tipi di reazioni

• Combinazione (sostanza più complessa si forma da più sostanze semplici) A + B
• Decomposizione (sostanza complessa si decompone in più sostanze semplici) AB A + B
• Neutralizzazione (produce H₂O) HA + BOH AB + H₂O
• Sostituzione (o semplice scambio, un elemento libero prende il posto di uno combinato) AB + C AC + B
• Metatesi (o doppio scambio) AB + CD AD + CB:
  • Acido + sale altro acido + altro sale;
  • Base + sale altra base + altro sale;
  • Altro sale + altro sale.
  • Sale + sale

Reazioni e numeri

Grandezza fisica

Espressa da un numero e una unità di misura.

Cifre significative

Tutte le cifre certe e la prima cifra incerta.

Errori

Errore assoluto: valore assoluto della differenza tra il valore vero e la misura in esame.
Errore relativo: Rapporto tra errore assoluto e valore della misura, si esprime in per cento.

Regole delle cifre significative

• Nel risultato deve essere conservato un numero di c.s. tale che una sola cifra sia incerta;
• Se la cifra immediatamente seguente l'ultima cifra significativa è minore di 5, essa si scarta; se invece è maggiore di 5, si aumenta di 1 l'ultima cifra significativa; se è uguale a 5 e l'ultima cifra è dispari, essa viene aumentata di 1, se invece è pari, rimane invariata;
• Nell'addizione e nella sottrazione tutti i termini vanno arrotondati allo stesso numero di cifre dopo la virgola (se in forma esponenziale, la potenza di 10 deve essere la stessa per tutti);
• Nella moltiplicazione e nella divisione tutti i termini vanno arrotondati allo stesso numero di cifre significative possedute dal termine meno preciso.

È conveniente esprimere i numeri in notazione esponenziale. Formula minima: indica il più semplice rapporto di combinazione tra gli elementi presenti.

Equazioni chimiche

Un'equazione chimica stabilisce i prodotti che si formano, i reagenti che si consumano e fissa i rapporti stechiometrici tra le quantità coinvolte. L'equazione può essere riferita: alle molecole, alle moli, alle masse e anche ai volumi (solo se gas).

Reagente limitante RL: reagente che si consuma del tutto in una reazione (gli altri sono in eccesso) stabilisce la quantità massima di prodotto che si può ottenere.

In tutte le reazioni chimiche vale l'equazione del bilancio di massa: c_i PF_i = c_j PF_j (c: coefficienti stechiometrici (i, reag; j, prod); PF peso formula: PM o PA).

Il sistema periodico

Isotopi

Atomi che hanno lo stesso numero di protoni, ma differente numero di neutroni.

Numeri atomici

Numero atomico (Z): numero di protoni di un atomo = numero elettroni.
Numero di massa (A): somma del numero di protoni e neutroni.
Isotopi dell'idrogeno: Prozio (1p, 0n), Deuterio (1p, 1n), Trizio (1p, 2n).

Configurazione elettronica

Atomi con più elettroni: i vari sottolivelli di uno stesso numero quantico sono a differenti livelli di energia, ma tutti gli orbitali in un sottolivello sono allo stesso livello energetico.

Notazione spdf

Descrive distribuzione degli elettroni tra i vari orbitali:

• Un numero (n) per designare il livello principale;
• Una lettera (l = s,p,…) per indicare il sottolivello;
• Un ⁿ° per indicare n° elettroni che occupano l'orbitale.

Il diagramma degli orbitali usa quadrati per rappresentare gli orbitali in un sottolivello e frecce per rappresentare (spin) gli elettroni.

Regole configurazione elettronica

• Gli elettroni occupano gli orbitali disponibili con minor energia;
• Due elettroni possono occupare lo stesso orbitale solo se hanno spin opposto;
• Gli elettroni occupano gli orbitali in modo da realizzare la massima molteplicità di spin;
• Gli elettroni in orbitali incompleti hanno spin parallelo.

n 1 2 3 4
Orbitali s s p s p d s p d f
OrbSott 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7
CapacSott 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14
Ogni livello deve essere riempito prima di passare al successivo.

Principio di Aufbau

Costruzione di un atomo da quello che lo precede nel numero atomico (in notazione compatta partendo dal primo gas nobile che precede l'elemento nella tavola).

La tavola periodica (di Mendeleef)

Nella tavola gli elementi sono ordinati secondo Z crescente e le loro proprietà variano in modo periodico. Sono raggruppati in metalli (parte inferiore alla diagonale), semimetalli (sulla diagonale) e non-metalli (sopra la diagonale).

La tavola è formata da 7 righe (i periodi) e 18 colonne (i gruppi). Elementi dello stesso gruppo hanno proprietà chimiche simili. Gli isotopi di uno stesso elemento occupano lo stesso posto.

Metalli alcalini I gruppo
Metalli alcalino-terrosi II gruppi
Elementi di transizione Gruppi B (al centro)
Alogeni VII gruppo
Gas nobili VIII gruppo
Lantanidi 58-71 (sotto)
Attinidi 90-103 (sotto)
Blocco p (sotto diagonale)

I gas nobili (che hanno scarsa tendenza a reagire) hanno configurazione elettronica ns² np⁶ (escluso He); (tavola = successione riempimento orbitale).

Proprietà periodiche

Proprietà degli elementi funzione periodica del loro Z.

Raggio atomico

Difficile determinarlo (aumenta lungo un gruppo e diminuisce lungo un periodo).

Carica nucleare efficace

Carica positiva che un elettrone risente dal nucleo (con S, costante di schermo, numero medio elettroni tra il nucleo e l'elettrone stesso): aumenta lungo un periodo, costante lungo un gruppo.