Corso di Chimica

Introduzione al corso di Chimica

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Dip. Chimica, Materiali e Ing. Chimica "Giulio Natta" via Mancinelli 7

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• Libri
• Fondamenti di Chimica (II edizione) Brown/Si Key EDISES € 55.00
• Chimica Generale Atkins/Jones ZANICHELLI € 96.00
• Tavola periodica
• Esercitazioni di Chimica Spiegel McGraw-Hill

Sito web didattica: https://corsi.chim.polimi.it/1gom7701

1. "Fondamenti di Chimica 7 cfu"
2. "Fondamenti di Chimica (accesso con password)

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Ricevimento Studenti

Più avanti giovedì giorno, oltre all'orario ufficiale (giovedì da 14 a 16)

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COS'È LA CHIMICA?

La chimica è lo studio della materia ovvero della sua composizione, proprietà e delle trasformazioni chimiche che determinano per l’appunto, le trasformazioni di una materia in un’altra e quindi una modifica delle sue proprietà.

MISCHIOGLIO: insieme di sostanze pure.

Puo esser separato fisicamente in un composto attraverso metodi quali filtrazione, distillazione, essiccazione.

Es. acqua e sabbia.

MATERIA

SOSTANZA PURA

COMPOSTI: Sostanze separabili con mezzi (quindi reazioni) chimici. Es. elettrolisi.

Le separazioni esubilbi e proprietà delle sostanze.

ELEMENTI: Non sono separabili né fisicamente né chimicamente. Sono le sostanze più semplici.

Sono dunque un insieme di atomi uguali.

L’acqua è un composto costituito da idrogeno e ossigeno in un rapporto fisso H₂O → 2:1

I composti sono dunque sostanze dalle composizioni fisse i cui elementi sono in rapporto risultante.

Se cambio il rapporto, ovvero la parte di elementi cambio il composto.

Es.

H₂O rapporto 1:1 → H₂O₂ acqua ossigenata

LA TAVOLA PERIODICA

Gli elementi sono disposti ordinatamente sulla tavola periodica divisa in:

• righe dette PERIODI,
• colonne dette GRUPPI.

L'idea di base è MENDELEEV e cioè vi sono elementi che per diversi caratteristiche, proprietà e comportamenti si somigliano. Questi appartengono a uno stesso GRUPPO.

La linea SPEZZATA divide la tavola in due parti:

• a sinistra: METALLI
  • caratteristiche:
    • lucentezza;
    • duttilità, malleabilità;
    • conducibilità elettrica/termica.
• a destra: NON METALLI
  • caratteristiche:
    • non conducibilità elettrica/termica,
    • spesso gassosi.

Alcuni elementi a cavallo di questa diagonale hanno proprietà INTERMEDIE. Sono i SEMI-METALLI o METALLOIDI (ad es. silicio).

REAZIONI CHIMICHE

Per reazione chimica s'intende una trasformazione della materia di un certo tipo in un altro.

TRASF. MATERIA: REAGENTI ➔ PRODOTTI

Rispetto totale indichiamo lo stato di aggregazione:

• H₂(g) + O₂(g) ➔ H₂O (l) (25°C)

Questa reazione in cui "l'idrogeno brucia" l'ossigeno (pr. di funzionamento della fiamma ossidrica) libera molta energia se l'acqua prodotta è portata a 25°C è sperimentalmente provato che si libera più energia lo stesso nella seguente:

• CH₄(g) + O₂(g) ➔ CO₂(g) + H₂O (l) (a 25°C)
• CaCO₃(s) ➔ CaO(s) + CO₂(g)

Se si riscalda il carbonato di calcio si ottiene ossido di calcio (calce viva) che è impiegato per la produzione di malta e cemento.

• Bisogna però considerare anche la quantità delle sostanze in gioco. Infatti secondo il PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELLA MATERIA (LAVOISIER) non devono esistere atomi mai "combinati" successivamente. Di precedenti reazioni in gioco possiamo riequilibrare così da rispettare tale principio:
• 8H₂(g) + O₂(g) ➔ 8H₂O(l) 25°C
• (H₂(g) + O₂(g) ➔ CO₂(g) + 2H₂O (l))

Per idrocarburi: C_xH_y + ZO₂ ➔ xCO₂ + (d/2)H₂O (l)

COEFFICIENTI STECHIOMETRICI quei solo forniscono un dato quantitativo (2 atomi di H + 1 atomo di O ➔ 2 atomi di H₂O) ma anche il rapporto fra le quantità di sostanze, o meglio le moli da misurare nel caso precedente 2 : 1 ➔ 2.

Altre forme di energia:

Energia elettrica: è dovuta a un flusso di elettroni (es. potenziale elettrostatico) e si misura in volt (in ambito)

Energia termica: è energia di un corpo a una data T. Essa è una conseguenza dell'energia cinetica delle sue particelle. Sono dotate di movimento sia liquidi sia nei gas. Nei solidi si parla di vibrazioni atomiche, ovvero gli atomi vibrano attorno a delle posizioni di equilibrio.

Energia, lavoro, calore

Il lavoro è definito come il prodotto tra lo spostamento e la forza nella direzione dello spostamento stesso.

Immaginiamo ora un gas contenuto in un cilindro e a questo ne superiore a quelle atmosferiche si spanderà esaurendo un lavoro per mezzo di uno spostamento del pistone.

Cilindro

• Forza → L = F . s
• Pistone Gas → Spostamento

Si moltiplica e si divide per l' area di applicazione della forza (superficie pistone).

L = F . s → L = _F/_A . S . A

• _F/_A = pressione
• S . A = volume dello spostamento = Vf - Vi

Nei gas: L = P . ΔV = P (Vf - Vi)

ESEMPIO RAGIONATO

2 SO₂(g) + O₂(g) ⟶ 2 SO₃(g)

ΔH⁰_rea = ?

ΔH⁰_f SO₃(g) = -396 kJ/mol

• S(s) + 3/2 O₂(g) ⟶ SO₃(g) REAZ. ESOTERMICA (combustione)

ΔH⁰_f | SO₂(g) = -297 kJ/mol

• S(s) + O₂(g) ⟶ SO₂(g) REAZ. ESOTERMICA (calore standard)

GRAFICO

• Si utilizza la reazione S+O₂ come zero, livello di riferimento

* Escludi ΔH g.d.s ma conta relativamente degli stato INIZIALE e FINALE. Per cui si può immaginare di seguire la REAZIONE DIRETTA (↓) oppure una REAZIONE A STADI (↷).

Il ΔH globale sarà sempre lo stesso.

• La n° 1 va moltiplicata x 2 → ci sono 2 moli di SO₃
• La n° 2 va moltiplicata x 2 → le reazioni avvengono per il contrario, quindi il ΔH in questione è pari a -ΔH^f [SO₃]

2 SO₂ (g) + O₂ (g) ⟶ 2 SO₃ (g)

→ 9 - ΔH^f [SO₂]

→ + 2ΔH^f [SO₃]

→ 2S (s) + 3O₂(g) ⟶ 2 SO₃ (g)

ΔH_REA: = 2(-396) - 2(-297)

= -198 kJ

PROBLEMA

La COMB. di CH₄ ΔH = 890 kJ/mol

1. Calcolare la quantità in moli di CH₄ per portare 1.0 L di H₂O da 25°C a 100°C
2. Questa ossigeno (mol di consumo)

REAKTIONI:

1. CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
2. H₂O (ℓ) → H₂O (v) ΔT = 25°C

ΔH₂ = 1000 g, 4.184 kJ, 75°C + 44.0 kJ

ΔH₁ - ΔH_soup (calore svolto) m (mol di CH₄)

M ΔH = ΔH₂ → M = ΔH_Σ/_ΔH

Calcolare il ΔH° agli estremi: C₂H₂ (p) a 25°C

-1411 kJ/mol prezzi valoi ču ΔH° | CO₂ (p)| = -394 kJ/mol | ΔH° (H₂O (ℓ)) =

• -285 kJ/mol

C₂H₂ (p) + 3O₂ (g) → 2CO₂ (g) + 2H₂O (ℓ)

ΔH = -1411 kJ/mol

ΔH_reazione = 2 ΔH₁ + 2ΔH₂ - ΔH (C₂H₂o₂) =

ΔH (C₂H₂) = -ΔH_reazione + 2 (ΔH₁ + ΔH₂) = 53 kJ/mol

-1411 + 2 (-394 -285) =