Domande aperte del Paniere di Chimica generale e organica - modulo 1

Orbitali atomici

Un orbitale atomico è una porzione di spazio attorno al nucleo in cui si ha la più alta probabilità di trovare un elettrone. Negli atomi non eccitati esistono quattro tipi di orbitali stabili: s, p, d, f. Per il principio di indeterminazione di Heisemberg non si può conoscere contemporaneamente sia l'energia di un elettrone che la sua posizione. Gli orbitali sono descritti da tre numeri quantici: n (da 1 a infinito, valori interi) indica la dimensione dell'orbitale e l'energia dell'elettrone; l (da 0 a n-1) fornisce la forma dell'orbitale, m (da 0 a +-l) descrive l'orientamento dell'orbitale.

9) Scrivi la configurazione elettronica mediante quadratini e freccette di un atomo avente configurazione 1s2 2s2 2p3. Di che atomo si tratta? Nel primo quadrato 1s2 ci sono due freccette con verso opposto, nel secondo quadrato 2s2 ci sono due freccette con verso opposto, negli ultimi tre quadrati 2p3 ci sono una freccetta per ogni

quadratotutte con lo stesso verso. Per sapere di che atomo si tratta mi bastacontare quante freccette ci sono in totale che corrispondono alnumero di elettroni dell'atomo; essendo un atomo con 7 elettroniposso affermare che si tratti di un atomo di azoto (N).

10) Scrivi la configurazione elettronica mediantequadratini e freccette di un atomo aventeconfigurazione 1s2 2s2 2p3 . Di che atomo sitratta?

Nel primo quadrato 1s2 ci sono due freccette con verso opposto, nelsecondo quadrato 2s2 ci sono due freccette con verso opposto,negli ultimi tre quadrati 2p3 ci sono una freccetta per ogni quadratotutte con lo stesso verso. Per sapere di che atomo si tratta mi bastacontare quante freccette ci sono in totale che corrispondono alnumero di elettroni dell'atomo; essendo un atomo con 7 elettroniposso affermare che si tratti di un atomo di azoto (N) con numeroatomico 7.

11) Scrivi la configurazione elettronicadell'atomo di Fluoro, F, con la rappresentazionemediante quadratini e freccette.

L'atomo di fluoro ha numero atomico 9 per cui ha 9 elettroni; le freccette corrispondono agli elettroni quindi dovrò avere 9 freccette.

Nel primo quadrato 1s² ci sono due freccette con verso opposto, nel secondo quadrato 2s² ci sono due freccette con verso opposto, negli ultimi tre quadrati 2p⁵ ci sono nei primi due, due freccette ciascuna con verso opposto e nell'ultimo una sola freccetta.

12) Descrivere le regole per la definizione della configurazione elettronica di un elemento.

La prima regola è che si riempiono prima gli orbitali con livelli energetici più bassi, ogni sottolivello di un orbitale può contenere al massimo due elettroni aventi spin opposto. I tipo di orbitali in ordine crescente di livello energetico sono s, p, d, f. Negli orbitali s dotati di un solo sottolivello posso stare al massimo due elettroni con spin opposto; negli orbitali p dotati di tre sottolivelli con la stessa energia potranno stare 6 elettroni in tutto (due

L'atomo di ossigeno ha numero atomico 8, quindi ha 8 elettroni. La configurazione elettronica dell'ossigeno può essere rappresentata mediante quadratini e freccette come segue:

Nel primo quadrato 1s² ci sono due freccette con verso opposto.

Nel secondo quadrato 2s² ci sono due freccette con verso opposto.

Negli ultimi tre quadrati 2p⁴ ci sono nel primo due freccette ciascuna con verso opposto e negli ultimi due una sola freccetta ciascuno.

Descrivere per grandi linee la periodicità degli elementi.

La periodicità degli elementi chimici nella tavola periodica è data dal fatto che le proprietà fisiche e chimiche degli elementi variano periodicamente in funzione del numero atomico. Le 7 righe di cui è composta la tavola si chiamano periodi ed indicano il livello principale di energia sul quale è possibile trovare gli elettroni di valenza degli elementi del periodo. Le colonne chiamate gruppi hanno una doppia numerazione: da uno a 18 e una in numeri romani da I a VIII; questi ultimi indicano il numero degli elettroni di valenza; gli elementi dello stesso gruppo hanno la stessa configurazione elettronica esterna. Altre proprietà periodiche sono l'elettronegatività che cresce da sinistra verso destra e dal basso verso l'alto; l'energia di ionizzazione e l'affinità elettronica che crescono analogamente all'elettronegatività; e il raggio atomico.

cheaumenta dall'alto verso il basso e da destra verso sinistra.
15) Fornire una descrizione del legame chimico.
Il legame chimico è un'attrazione che si verifica tra due atomi quando i loro elettroni di valenza si organizzano in modo da creare una forza elettrostatica che li tiene uniti. Esistono 3 tipi di legami chimici: legame covalente, legame ionico e legame metallico. Nel legame covalente gli elettroni di valenza vengono condivisi tra i due atomi quindi si crea quando la differenza di elettronegatività tra i due atomi coinvolti non è troppo alta solitamente deve essere minore di 1,9; gli esempi più classici di legami covalenti sono quelli che si creano nelle molecole biatomiche dello stesso elemento come O2, Cl2, ecc. in cui la differenza di elettronegatività è 0 per cui non si creano cariche parziali tra i diversi atomi. Nel legame ionico gli elettroni di valenza dei due atomi si trasferiscono dall'atomo meno elettronegativo a quello più elettronegativo, creando così ioni positivi e negativi che si attraggono e si legano tra loro. Infine, nel legame metallico gli atomi di un metallo si dispongono in una struttura tridimensionale, con gli elettroni di valenza che si muovono liberamente tra gli atomi, creando una sorta di "nuvola elettronica" che tiene uniti gli atomi stessi.più elettroni. Questo nuovo orbitale è chiamato orbitale di legame. Gli elettroni di valenza che partecipano al legame occupano l'orbitale di legame, formando una coppia di elettroni con spin opposto. Gli orbitali atomici degli atomi coinvolti nel legame che non partecipano alla formazione dell'orbitale di legame sono chiamati orbitali di valenza non leganti. Questi orbitali contengono gli elettroni di valenza che non partecipano al legame. La teoria del legame di valenza fornisce una spiegazione dettagliata della formazione dei legami chimici e delle proprietà delle molecole.

Tutti gli elettroni di valenza dei due atomi che verranno quindi condivisi. Secondo questa teoria se si vengono a sovrapporre due orbitali frontalmente si crea un orbitale sigma più forte, mentre se i due orbitali si uniscono lateralmente si verrà a creare un legame pi greco meno forte. Secondo la teoria degli orbitali molecolari, invece, durante un legame, tutti gli elettroni di ciascun atomo concorrono nella formazione del legame e vengono ridistribuiti in orbitali molecolari con diversi livelli energetici. La prima teoria descrive meglio i legami da un punto di vista qualitativo e per molecole allo stato fondamentale, invece la teoria degli orbitali molecolari descrive meglio i legami quantitativamente e per molecole eccitate.

17) Descrivere la teoria degli orbitali molecolari.

Secondo la teoria degli orbitali molecolari durante un legame, tutti gli elettroni di ciascun atomo concorrono nella formazione del legame e vengono ridistribuiti in orbitali molecolari con diversi livelli energetici.

La teoria del legame di valenza invece sostiene che solamente gli elettroni di valenza concorrono alla formazione di nuovi orbitali molecolari in cui vengono condivisi solo gli elettroni di valenza. Quest'ultima rappresenta meglio un legame da un punto di vista qualitativo e per molecole allo stato fondamentale; mentre la teoria degli orbitali molecolari li descrive meglio quantitativamente e per molecole eccitate.

1. Descrivere i gas e le loro proprietà.

Il gas è lo stato di aggregazione nel quale le molecole sono libere di muoversi nello spazio circostante. I gas sono comprimibili essendoci spazio tra una molecola e l'altra; un gas tende ad occupare tutto il volume in cui è contenuto; non hanno né forma né volume proprio.

2. Descrivere i liquidi e le loro proprietà.

I liquidi hanno un volume proprio ma non una forma propria e non sono comprimibili. Le principali proprietà dei liquidi sono la viscosità, ovvero la resistenza allo

scorrimento; la tensione superficiale (lo strato superficiale caratterizzato da forze di attrazione tra le molecole di liquido che tendono verso le altre molecole intendendo a raggiungere la forma più stabile ovvero la forma sferica); la tensione di vapore (equilibrio tra il liquido e il suo gas a una determinata pressione e temperatura.

20) Descrivere i solidi e le loro proprietà. I solidi sono incomprimibili ed hanno forma e volume proprio. I solidi si dividono in solidi cristallini e solidi amorfi; questi ultimi hanno una disposizione casuale, mentre i solidi cristallini sono caratterizzati da una struttura ben ordinata che si ripete regolarmente (cella elementare) a formare un reticolo cristallino stabilizzato dalle forze di Van Der Waals.

21) L'ammoniaca acquosa concentrata ha molarità di 14.8 mol/L e densità di 0.9 g/cm3. Qual è la molalità della soluzione? Calcolare anche la frazione molare di NH3 (ricordando che il PM dell'ammoniaca

è =17,0 g/mol ed il PMdell'H2O è 18,0 g/mol). 22) L'acido cloridrico è venduto sotto forma di soluzione acquosa. Se la molarità dell'HCl commerciale è 12.0 e la sua densità è 1.18g/cm3, calcolare la molalità della soluzione. 23) L'acido cloridrico è venduto sotto forma di soluzione acquosa. Se la molarità dell'HCl commerciale è 12.0, il suo Peso molecolare è 36,45 e la sua densità è 1.18 g/cm3, calcolare la percentuale in peso della soluzione. 24) Descrivere gli stati standard utilizzati in termodinamica. Gli stati standard utilizzati in termodinamica sono le condizioni di temperatura e pressione utilizzate per convenzione e sono: la temperatura di 25°C ovvero 298K; e la pressione di 1 atmosfera.