Complementi di chimica

LA MATERIA

La materia è il Costituente fisico dell'universo, è tutto ciò che occupa uno spazio e a riposo ha una

massa. Si presenta in tre diversi stati di aggregazione:

Solido​​

1. : gli atomi si attraggono gli uni con gli altri per mezzo delle forze di attrazione, hanno

una disposizione fissa nello spazio e possono soltanto vibrare, infatti hanno una forma un

volume proprio.

Liquido​​

2. : gli atomi si attraggono tra loro ma meno intensamente, perciò possono muoversi

più liberamente, infatti hanno volume proprio e assumono la forma del recipiente. Vengono

​ fluidi​​

anche detti perché gli atomi slittano tra di loro.

Gassoso​​

3. : gli atomi hanno assoluta libertà di movimento perché le forze di attrazione sono

molto basse, infatti non hanno né forma né volume proprio.

La materia è caratterizzata da specifiche proprietà:

estensive​​

● Proprietà , ovvero che dipendono dalla quantità di materia che si sta indagando.

intensive​​

● Proprietà , ovvero che non dipendono dalla quantità di materia ma dalla natura e

dalle condizioni in cui si trova nel momento in cui si sta indagando.

CAMBIAMENTI DELLA MATERIA

La materia è continuo oggetto di cambiamenti fisici, (variazione dello stato fisico e non della

natura) e a cambiamenti chimici che consistono nella trasformazione di uno più sostanze in altre

grazie alle reazioni chimiche. La materia può presentarsi come:

pura​​

- Sostanza : campione di materiale le cui proprietà non possono essere modificate

ulteriormente dalla purificazione. Si dividono in elementi e composti. L'​ elemento è una sostanza

pura costituita da un solo atomo che non si può decomporre chimicamente in sostanze più

semplici. Gli elementi sono 118 di cui 98 presenti in natura caratterizzati da un nome e un proprio

​

simbolo. Il composto è una sostanza pura caratterizzata da atomi di almeno due elementi diversi

che hanno una specifica formula .Gli atomi di un composto sono combinati in proporzioni

A B

x y

ponderali definiti e non separabili mediante metodi fisici.

Miscela​​

- : insieme di sostanze pure, possono essere tra più elementi o tra più composti o tra

elementi e composti. Possono presentarsi in forma solida, liquida o gassosa e si dividono in

​ omogenea​​

omogenea ed eterogenea. La miscela , o soluzione è formata da componenti che non

sono distinguibili, infatti presentano composizione ponderale e proprietà omogenee in ogni suo

​

punto, ma possono essere diverse dai componenti iniziali. La miscela eterogenea è costituita da

singoli componenti non miscelati completamente le cui proprietà sono diverse in ogni suo punto,

come ad esempio le sospensioni (solido-liquido) o le emulsioni (liquido-liquido).

DIFFERENZE TRA COMPOSTO E MISCELA

Composto Miscela

Composizione ponderale fissa (a) Composizione variabile

Non può essere separato con metodi chimici Separabile con metodi fisici come filtrazione e

distillazione

Proprietà diverse rispetto ai componenti iniziali Le proprietà dipendono dai suoi componenti

Durante la formazione è coinvolto calore (b) Durante la formazione è coinvolto poco calore (b)(c)

(a) Non fanno parte i composti non stechiometrici che hanno le caratteristiche dei composti ma la

composizione è variabile.

(b) Il calore può essere liberato o assorbito.

(c) La miscelazione di acido solforico e acqua non coinvolge calore.

SISTEMA INTERNAZIONALE (SI)

È il più diffuso sistema di unità di misura, basato su 7 unità fondamentali da cui si ricavano le unità

derivate. Definisce anche una sequenza di prefissi per identificare i multipli e sottomultipli di

un’unità di misura. L’ATOMO

L’atomo è la più piccola parte di materia costituita da un nucleo contenente protoni e neutroni e da

una nube elettronica fatta di elettroni.

Particella Simbolo Carica (C) Carica Massa (g) Massa (uma)

−19 −24

+

PROTONE +1 1

p + 1

, 6

02 1

0 1

, 6

73 1

0

* * −24

o

NEUTRONE 0 0 1

n 1

, 6

75 1

0

*

−19 −28

− 1

ELETTRONE -1

e − 1

, 6

02 1

0 9

, 1

09 1

0

* * 1836

Nel nucleo il numero di protoni ed elettroni è uguale, la carica dell'elettrone ha stesso modulo

ovvero stesso valore assoluto del protone.

12 −24

1

1 uma = 1 Dalton = massa = g

C 1

, 6

605 1

0

*

12 Il numero atomico caratterizza il singolo elemento e di conseguenza le sue

caratteristiche. La massa del nucleo corrisponde alla massa del protone

più quella del neutrone e la sua carica è positiva. Il raggio del nucleo è

−15 −10

pari a , mentre quello dell’elettrone è .

10 m 10 m

GLI ISOTOPI

Gli isotopi sono tutti gli atomi che hanno lo stesso numero atomico, z, e possono avere il numero di

massa, A, diverso. Gli isotopi appartengono allo stesso elemento quindi hanno stesso numero di

protoni ed elettroni ma differiscono per il numero di neutroni presenti. L'​ abbondanza isotopica di

un campione è il rapporto tra numero di atomi di un determinato isotopo di un elemento e il numero

di atomi totali dell'elemento. L'​ abbondanza isotopica in natura corrisponde alla percentuale di

isotopi di un elemento, X, in un campione presente in natura.

Ad esempio gli isotopi dell'idrogeno che sono: prozio, deuterio e trizio hanno lo stesso numero di

protoni, 1, ma hanno diverso numero di neutroni: per il primo 0, per il secondo 1 e per il terzo 2.

Questo corrisponde ad avere un abbondanza isotopica diversa e anche la massa del singolo

isotopo è diversa, infatti la massa del prozio è 1, del deuterio è 2 mentre quella del trizio è 3.

Eccezioni​​ :

● Un solo isotopo: alluminio, fosforo e fluoro. Hanno sempre lo stesso numero di neutroni.

● Lo stagno ha 10 isotopi, caratterizzati dallo stesso numero atomico ma diverso numero di

neutroni. ​

PESO ATOMICO: Massa media di un atomo dell'elemento in un campione naturale, espressa in

%X %X

uma o Dalton. PA(X) è la somma di tutti gli isotopi dell'elemento: P A(X) = m + m + .

..

* *

1 2

100 100

​

PESO MOLECOLARE: Massa di un composto: P M (A B ) = x P A(A) + y P A(B)

* *

y

x

MOLE: Quantità di sostanza che contiene numero di entità elementari pari al numero di atomi

m (campione) 12g

12 12 −23

presenti in 12g di . che

C A

tomi in 12g di C = = = 6

, 0

22 10

*

12 −24

m (atomo C) (12 1,6605 10 g)

* *

​ Avogadro​​

corrisponde al numero di , cioè numero di entità contenute in una mole di sostanza,

infatti una mole contiene sempre lo stesso numero di entità indipendentemente dalla sostanza in

esame. Una mole di una sostanza chimica corrisponde a quella quantità in grammi pari al suo

​

peso molecolare in uma. Per ottenere una mole di qualsiasi elemento basta pesare una massa in

​ composto​​

grammi pari al suo peso atomico in uma, mentre per ottenere una mole di un , basta

pesare una massa in grammi per il suo peso molecolare in uma.

Legge di Proust- Berthollet

In un composto gli elementi sono sempre presenti in rapporti in massa definiti e costanti. La

composizione elementare è costante indipendentemente dall'origine del composto.

x P A(A)

*

%

m/m (A) = 1

00

*

P M (A B )

y

x

FORMULA MINIMA: formula che fornisce il rapporto molare minimo tra gli elementi del composto

ed è ricavabile grazie alla composizione percentuale in massa di elementi nel composto.

FORMULA MOLECOLARE: rapporto molare tra gli elementi del composto in una molecola del

composto, può essere che non coincida con la minima ma può essere un multiplo.

REAZIONI CHIMICHE

Il bilanciamento, corrisponde alla conservazione della massa, infatti si va a bilanciare la massa e

la carica tra i reagenti e i prodotti. La somma delle cariche dei reagenti e quella delle prodotti deve

essere uguale a zero, mentre le masse devono essere uguali tra i reagenti e i prodotti.

omogenea​​

1. Reazione : Stesso stato di aggregazione fisico dei reagenti e dei prodotti.

eterogenea​​

2. Reazione : Diverso stato fisico dei reagenti e dei prodotti

La reazione quantitativa e qualitativa di una reazione chimica si chiama stechiometria della

reazione e ci fornisce tre informazioni: qualitativa (natura e origine di reagenti e prodotti),

quantitativa (livello microscopico) e operativa (livello macroscopico). La stechiometria della

reazione non ci dà informazioni sul meccanismo e sulla spontaneità della reazione.

reazione​​

Resa di una : quantità massima di prodotto che si ottiene in presenza di determinate

quantità di reagente, si definisce resa teorica di una reazione perché potrebbero essere commessi

degli errori quindi la resa effettiva è inferiore di quella teorica.

​

SOLUZIONI: miscela omogenea di più sostanze caratterizzata da una concentrazione, o titolo, che

esprime quanto soluto c'è in una data quantità di solvente. Il solvente è la sostanza normalmente

in eccesso mentre il soluto è la sostanza in difetto.

ELETTROLITI

Gli elettroliti sono sostanze che in soluzione si dissociano a dare specie cariche come ioni positivi

o negativi. Vengono classificati in:

forti​​

1. Elettroliti : in soluzione acquosa si dissociano completamente

debol​​

2. Elettroliti i: in soluzione acquosa si dissociano parzialmente

elettroliti​​

3. Non : in soluzione acquosa non avviene la dissociazione

Elettroliti uni-univalenti → generano due moli a partire da una

Elettroliti uni-divalenti → generano tremori a partire da una

Regole empiriche di solubilità

COMPOSTI SOLUBILI COMPOSTI INSOLUBILI

2+ + +

- Quasi tutti i sali di , e - Quasi tutti gli ossidi e idrossidi tranne i sali di

N a K N H 4 ammonio e i metalli alcalini

- Tutti i sali di cloro, boro, iodio tranne 2− 3− 2− 2− 2−

alogenuri di argento, mercurio e piombo - Tutti sali CO , P O , C O , CrO , S

3 4 2 4 4

− − − −

- Sali di N O , ClO , ClO , CH COO tranne i sali di ammonio e i metalli alcalini

3 3 4 3

2−

- Sali di tranne solfati di magnesio,

SO 4

calcio, stronzio, bario e piombo

DILUIZIONE: diminuzione della concentrazione di una sostanza, a concentrazione iniziale e finali

note, mediante aggiunta di solvente. nonostante la concentrazione cambi il numero di moli del

s