Chimica Teoria e Esercizi

Chimica

4 marzo 2015

1^a lezione

• Cos'è la chimica? È la scienza che studia la composizione, la struttura, le proprietà e le trasfor. della materia. Trasformazioni: spontanee o provocate dall'uomo.
• La progressiva specializzazione ha portato a numerose branche della chimica: organica, farmaceutica, etc. Tutte hanno una base comune: chimica generale.
• La chimica studia la materia: tutto ciò che ha una massa e occupa un volume.
• Feynman: la materia è fatta di atomi.
• Tutta la materia è costituita da un centinaio di tipi diversi di mattoncini fondamentali che si differenziano l'uno dall'altro per la massa e proprietà che hanno di legarli.
• È possibile ricondurre l'intera realtà ad un piccolo numero di componenti fondamentali interagenti tra loro?
• La risposta è positiva.
• Il successo fondam. della scienza chimica è l'esistenza degli elementi in una tavola periodica (di Mendeleev). Cominciata nel 1869 e tuttora in aggiornamento.
• Gli elem. sono individuati da un num. intero, numero Z, numero atomico. Sono organizzati con l'eleganza determinata dalle leggi cui att. chimiche.
• Cosa determina la period.?
• Qual è la natura delle forze che tengono assieme gli atomi?
• Si risponde studiando modelli atomici.
• Un modello è un'immagine mentale di qualcosa che non

Riusciamo a vedere: la validità di un modello sta nella quantità di dati che riesce a spiegare

Elemento: porzione di materia costituita da atomi tutti uguali

Composto: sostanza costituita da atomi di tipo diverso

Temp. assoluta: si esprime in una scala Kelvin a un limite inferiore (0 assoluto) e non un limite superiore

e si oppone all'energia cinetica media casuale delle particelle che costituiscono il sistema, quindi degli atomi

Molecola: aggregato stabile di atomi

Dobbiamo immaginare gli atomi in perenne movimento

Stati aggregazione materia

Solido, liquido, aeriforme

Es: acqua si presenta in tutti e 3 gli stati

Stato solido: ghiaccio. Le molecole d'acqua sono organizz. in un cristallo (ripetizione ordinata nello spazio di un motivo fondamentale)

Le molecole d'acqua nel cristallo sono tenute insieme da interazioni legami che superano l'unità maggiore dell'effetto disgregante dei moti associati alla temperatura -

(0°C sono 273,15 K)

Se aumenta la temperatura, l'effetto disgregante dei moti associati alla temp. diventa dello stesso ordine o di grandezza delle inter legami e questo porta ad un'interruzione dello stato ordinato

e abbiamo lo stato liquido nel quale le molecole mantengono la

poss soluzione nello stato disordinato. Possono scorrere questo introdotto nello spazio in tutto liquido

Se temp. aumentano ancora le forze che tengono le

molecole d'acqua aumentano molto in

rispetto all'effetto dei moti associati alla temperatura

- Gli atomi non possono essere creati, distrutti o divisi in atomi di altro tipo

Leggi fondamentali della chimica

La Teoria di Dalton viene da studi approfonditi sul comportamento della materia. Questi studi avevano in precedenza permesso la formulazione di alcune leggi fondamentali, che potevano essere interpretate in maniera unitaria solo ammettendo che la materia fosse costituita da atomi.

Legge della conservazione delle masse - Lavoisier (1743 - 1794)

In ogni reazione chimica la massa totale dei reagenti è uguale alla massa totale dei prodotti della reazione

Hg + S → HgS (Solfuro di mercurio)

• Inizio: 200 g 32,1 g
• Reagenti Prodotti
• Fine: 232,7 g

La materia si è trasformata la massa è conservata

Legge delle proporzioni definite - Proust (1754 - 1826)

“In un dato composto gli elem. costituenti sono sempre presenti in rapporti ponderali costanti, indipend. dall'origine e dal modo di preparazione del composto stesso”

Es: in 100 g di composto quanti sono i grammi degli elem. costituenti?

In 100 g di H₂O 11,1 g di H e 88,9 g di ossigeno SEMPRE!

Massa H / Massa Ossig. = 11,1 / 88,9 = COSTANTE

La nostra massa atomica di riferimento degli atomi era l'atomo di idrogeno (più leggero di tutti).

Oggi si accetta come unità di massa atomica una massa molto vicina alla massa dell'atomo di idrogeno.

L'unità che noi accettiamo oggi è: 1/12 della massa dell'isotopo 12 del carbonio = 1,6605 · 10^-24 g

Da ricordare

Si usa questa perché può essere determin. con le maggior numero di cifre significative.

Un protone pesa con questa nuova unità: 1,00728 uma

Massa neutrone: 1,00867 uma

Quanto pesa 1 atomo di ¹²C? → pesa esatt. 12,00 uma

1 atomo di ¹³C peserà 13 uma (c'è un neutrone in più che pesa 1,00 uma)

• ¹³C → 1,11%
• ¹²C → 98,89%

Se peso atomico medio dev'essere una media pesata delle due specie, nella fattispecie sarà uguale a

12 · 98,89 ÷ 100 + 1,11 · 13 ÷ 100 = 12,011 dalton

Questa operazione si chiama media pesata.

Tutti i pesi che si trovano sulla tavola periodica sono pesi medi.

Al pesa 27 g/mol

S pesa 32 g/mol

O pesa 16 g/mol

Le masse si ottengono moltiplicando le moli per M

m (g) = n (mol) . M (g/mol) = 54 g + 96 g + 182 g

Quale sarà la % in peso dell'alluminio?

massa alluminio · 100

massa totale

con alcuni met. sperm. è possibile comparare 2 densità gassose

il rapporto delle densità DENSITÁ RELATIVA

• d_r N₂ → H₂ = ^M_N2/_MH2

quindi nel nostro esercizio d_r = H₂

la form. MOLECOLARE C₄H₁₀O₂

ESERCIZIO

sulle miscele di più composti.

Una miscela di Li₂SO₄ (solfato di litio) e K₂SO₄ (solfato di potassio) viene analizzata e tutto il solfato della miscela viene oppur. convertito in solfato di bario BaSO₄.

Da 1,554 g di miscela si ottengono 3,037 g di BaSO₄. Calcolare la composit. percentuale in peso della miscela di Li₂SO₄ e K₂SO₄.

Conosco la massa totale del composto 1,554 g

• massa_Li2SO4 e massa_K2SO4 sono le mie 2 incognite

la prima eq. M_Li2SO4 + M_K2SO4 = 1,554 g

la equaz. n. non si crea né si distrugge solfato, non si crea né si distrugge S

• n_Li2SO4 + n_K2SO4 = n_BaSO4

Traduco la seconda equazione utilizzando le incognite della prima quindi:

Modello Atomico Thomson

Abbiamo che tutta la massa dell'atomo è concentrata in una sfera di massa M, e questa massa porta una carica positiva. La restante parte della massa viene portata dagli elettroni che nel modello di Thomson sono distribuiti uniform. all'interno di questa massa M.

Rutherford

Una rivoluzione si deve a Rutherford, propose un modello diverso sulla base del suo esperimento. Esperim. contenitore schermato con materiale radioattivo (radioattivo). Questo contiene particelle α che non sono altro che ⁴₂He, nuclei di elio 4 (2 protoni e 2 neutroni).

Altri prodotti possibili dei decadimenti radioattivi (elettroni) e radiazioni γ (radiaz. elettromagnetica a elevata energia) all'inizio del sec.sono. Esperim. mostr. in voga era quello di far interagire i prodotti dei decadimenti radioattivi di una sostanza con la materia per indagare la struttura della materia.

Esp. Rutherford si proponeva di mettere alla prova l'accuratezza del modello atomico di Thomson. Per fare ciò queste particelle α venivano fatte collidere con un obiettivo che era costituito da una lastra sottilissima di oro (estremam. duttile e malleable). Poi il sistema sperim. era completato da uno schermo curvo che poteva rivelare l'impatto con le particella α. (con lo schermo curvo si rende conto dov'è andata a finire la particella α rispetto alla direzione iniziale del fascio).