Domande e risposte Chimica

Chimica domande appello dicembre

Tavola periodica

La tavola periodica è uno schema in cui sono riportati ed ordinati tutti gli elementi scoperti finora. Tutti gli elementi sono disposti secondo il loro numero atomico, cioè il numero di protoni presenti all’interno dell’atomo. Un’altra informazione correlata al numero è il peso atomico, ovvero la somma del numero di protoni con i neutroni. Per ogni elemento mostrato nella tavola è possibile svilupparne diverse versioni variando il numero di neutroni all’interno dell’atomo creando degli isomeri.

La tavola periodica è suddivisa in gruppi e periodi. I gruppi sono rappresentati dalle colonne, le colonne con numeri romani (in alcune tavole periodiche i gruppi che indicano gli elettroni di valenza sono quelli con la lettera A dopo il numero romano) indicano il numero di elettroni di valenza degli elementi, i restanti elementi ovvero i metalli non seguono questa regola. I periodi rappresentati dalle righe indicano il livello di energia (orbitali) dove sono contenuti gli elettroni di valenza. Un’altra informazione riportata sulla tavola periodica è la loro suddivisione in base al tipo di materiale (metalli, metalli di transizione, non metalli).

Ulteriore informazione che è possibile ricavare dalla tavola periodica è l’elettronegatività, e cioè la capacità di un atomo di attrarre elettroni verso se stesso, aumenta da sinistra verso destra e dal basso verso l’alto. Secondo la tavola periodica di Pauling, l’elemento più elettronegativo è il fluoro, quello meno è il francio.

Ibridazione sp2

Un altro metodo che ci porta alla geometria molecolare è la tecnica dell’ibridazione, una tecnica che prevede la modifica in termini di struttura di due o più orbitali per favorire la sovrapposizione di due o più atomi e creare legami più forti. L’ibridazione consiste nella cessione degli elettroni da parte di un orbitale all’orbitale successivo, in maniera tale da poter creare più legami possibili. È un esempio il carbonio. C pre ibridazione: 1s [↑↓] 2s [↑↓] 2p [↑][↑][ ] C post ibridazione: 1s [↑↓] 2s [↑] 2p [↑][↑][↑]. L’orbitale 2s cede un elettrone all’orbitale p in modo da avere 4 elettroni spaiati da congiungere per creare legami.

• Si formano 4 orbitali ibridi equivalenti che presentano 25% di carattere s e 75% di carattere p.
• Geometria tetraedrica, con angoli di circa 109°.

• Orbitali coinvolti: 1 orbitale s e 2 orbitali p.
• Si formano 3 orbitali ibridi equivalenti che presentano 33% di carattere s e 66% di carattere p.
• Geometria trigonale piana (triangolo equilatero), con angoli di 120°.

• Orbitali coinvolti: 1 orbitale s e 1 orbitale p.
• Si formano 2 orbitali ibridi equivalenti che presentano 50% di carattere s e 50% di carattere p.
• Geometria lineare, con angoli di 180°.

Molecole e atomi

Ottetto (cos'è? domanda non fatta dal prof)

La regola dell’ottetto è una regola secondo la quale un atomo cerca di ottenere la propria stabilità elettronica. Quando un atomo presenta degli elettroni spaiati, cerca di raggiungere quello che viene definito “ottetto”, ovvero 4 coppie di elettroni che renderanno l’atomo stabile e non più alla ricerca di ulteriori elettroni. Questo ci aiuta a definire il concetto di gas nobili, ovvero quegli elementi che in stato gassoso si presentano stabili e con l’ottetto completo, non hanno bisogno di completare nessun doppietto (ad eccezione dell’elio). Tutti gli elementi tendono a comportarsi come i gas nobili, alcuni cederanno i pochi elettroni di valenza per ionizzarsi (idrogeno), altri invece cercheranno di acquisirli per completarsi (cloro).

Cosa identifica il numero di massa o peso atomico?

Il numero di massa identifica la somma del numero di protoni e neutroni presenti nell’atomo, gli elettroni sono trascurabili. Il solo numero dei protoni viene detto numero atomico.

Cosa è la massa molecolare e la massa molare

• La massa molecolare è la massa totale degli atomi in una molecola.
• La massa molare è la somma delle masse di atomi contenuti in una mole di sostanza.

Quali valori ci consentono di determinare il numero di protoni, elettroni e neutroni di un atomo?

Il numero atomico ci dice quanti protoni sono presenti in un atomo, ma essendo quest’ultimo neutro avrà di conseguenza la stessa quantità di elettroni e se non isotopo anche la stessa quantità di neutroni.

Che cos’è la mole?

Un’unità di mole equivale a circa 236,022 × 10 atomi di sostanza. Viene utilizzato per semplificare l’utilizzo di sostanze per lo studio della chimica, semplicemente perché più pratico. Inizialmente si diceva derivasse dall’isotopo 12 del carbonio (carbonio-12) che contiene in 12 grammi proprio atomi, tale numero è detto numero di Avogadro.

Le leggi della chimica

Perché la legge di Lavoisier è nota anche come legge di conservazione della massa?

La legge di Lavoisier è nota come tale perché durante una reazione avviene solo una trasformazione delle molecole che si ricombinano tra di loro, ma le masse dei vari atomi rimangono uguali tra il pre e il post reazione, “nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma”.

Quali sono gli stati di aggregazione della materia?

Gli stati di aggregazione della materia sono i vari stati fisici che può subire la materia, i principali sono: solido, liquido, gassoso o aeriforme.

Definire le leggi di Proust e Dalton

• Legge di Proust – delle proporzioni definite: All’interno di un composto le masse di ogni elemento sono definiti secondo rapporti costanti, Es. H₂O la massa atomica dell’idrogeno è di 1u, mentre quella dell’ossigeno è di 16, avendo due atomi di idrogeno e uno di ossigeno il rapporto sarà di 2:16 o 1:8.
• Legge di Dalton o delle proporzioni multiple: è possibile creare dei composti diversi utilizzando sempre gli stessi elementi avendo dei rapporti delle materie diverse in combinazione (1:2, 2:3, 4:5 ecc…) quindi quando abbiamo due elementi che si combinano tra loro con diverse combinazioni di uno con l’altro, questi si combinano tra loro con rapporti rappresentabili con numeri interi generalmente piccoli (max. 7/8).

Legami chimici

Legami intramolecolari

In base alla differenza di elettronegatività è possibile dividere i legami intramolecolari in più tipi:

• 0-0.4 Legami covalenti apolare
• 0.4-2.5 Legame covalente polare
• 2-2.6 Legame covalente polare tendente allo ionico
• 2.6-3.3 Legame ionico

Il legame covalente è il più semplice. Consiste in due atomi che mettono in comune un elettrone spaiato ciascuno. Questi due elettroni occuperanno un orbitale molecolare. Due atomi possono mettere in comune anche più di due elettroni. Se ne condividono 4 si parla di legame covalente doppio, se ne condividono 6 si parla di legame covalente triplo. Nel formalismo di Lewis si indica con una linea se è semplice, 2 se è doppio, 3 se è triplo. Il legame covalente può avvenire solo se la differenza di elettronegatività tra due atomi è inferiore a 1,9. Inoltre, se questa è minore di 0,4 si parla di legame covalente omopolare che è tipico delle molecole composte dallo stesso atomo (ad esempio H₂) e che non presenta delocalizzazione di carica.

Il legame covalente dativo o legame di coordinazione è un particolare tipo di legame covalente in cui un atomo presta una coppia di elettroni ad un altro creando un orbitale molecolare. Il principio è lo stesso del legame covalente con la differenza che entrambi gli elettroni vengono da uno stesso atomo. Nel formalismo di Lewis si indica con una freccia che parte dall’atomo donatore e va verso l’atomo accettore.

Il legame ionico è molto diverso dai precedenti. Avviene quando la differenza di elettronegatività tra due atomi è maggiore di 2,6. In queste condizioni, un atomo è molto più elettronegativo dell’altro e perciò tende a strappargli un elettrone. A questo punto l’atomo più elettronegativo acquista un elettrone diventando ione negativo, mentre l’altro atomo lo perde diventando ione positivo. I due ioni di carica opposta si attraggono e rimangono “legati” grazie alla forza elettrostatica.

Il legame metallico è invece un legame formato da atomi metallici che possiedono una struttura particolare, i metalli infatti sembrerebbero essere formati da un mare di elettroni liberi in cui sono disposti in maniera ordinata e collegata gli ioni positivi che non possiedono in particolare nessun elettrone. Questa struttura viene sovrapposta in più reticoli cristallini che formano il metallo. Le ultime due bande di reticolo vengono dette in ordine banda di valenza e banda di conduzione (posizionata sopra la precedente). La banda di valenza possiede gli elettroni più esterni, mentre la banda di conduzione è la superficie che si trova a contatto con l’esterno. In base alla vicinanza tra queste due bande avremo:

• Conduttore: le bande sono molto vicine o sovrapposte.
• Semiconduttore: le bande sono distanziate da una bassa quantità di energia.
• Isolante: bande molto distanti tra di loro.

Quanti elettroni ha l’idrogeno e i legami che forma (legami sigma)

In un atomo di idrogeno è presente un solo elettrone di valenza che permette la formazione di legami abbastanza semplici e che sono inoltre anche molto più forti. È il caso dei legami sigma, cioè la sovrapposizione di due orbitali 1s che formano quest’ultimo.

Sostanza polare e apolare cosa sono

• Una sostanza si dice polare quando è formata da molecole polari. Una molecola si dice polare quando presenta delle cariche parziali positive da un lato e negative dall’altro, questo è possibile quando la differenza di elettronegatività tra due atomi risulta essere maggiore di 0.4.
• Una sostanza si dice apolare quando è formata da molecole apolari. Una molecola è apolare quando non presenta due poli negativi e positivi e dunque le cariche sono distribuite in maniera più o meno equa, la differenza di elettronegatività in questo caso sarà minore di 0.4.

Inoltre, è utile dire che sostanze dello stesso stato (polare/apolare) sono in grado di miscelarsi tra di loro.

Differenza tra sostanza ionica e apolare o ionica e polare

La principale differenza tra delle sostanze ioniche e polari/apolari è data dalla differenza di elettronegatività dei composti. Nel caso dei composti ionici l’elettronegatività è maggiore a 1.7, nel caso invece di un legame covalente polare/apolare.

Legami intermolecolari

Sono tutti quei legami che si formano tra molecole per coordinarsi nello spazio e generare strutture solide o liquide. Sono basati sulla forza elettrostatica. Sono detti anche “legami deboli”, in quanto immagazzinano una piccola quota energetica. Parliamo di forze di Van der Waals, quelle forze che formano i legami intermolecolari, ovvero i legami tra molecole che risultano essere più deboli rispetto a quelli tra atomi.

Possono essere di tre tipi differenti:

• Legame dipolo-dipolo permanente: sono legami molto forti dovuti alla disposizione corretta tra i poli delle molecole vicine. Questo legame infatti vale per l’interazione di più molecole polari che disponendosi con poli negativi e positivi vicini creano dei legami intermolecolari forti. Sono trascurabili allo stato gassoso, ma allo stato liquido e solido sono molto importanti per via delle caratteristiche che comportano.
• Legame dipolo-dipolo indotto (Forze di London): nel caso di legami in stato gassoso può accadere che un legame non polare abbia una disposizione “polarizzata” dei propri elettroni proprio perché sono liberi di muoversi. Questa situazione crea dei dipoli istantanei che a contatto con altri dipoli istantanei che subiscono lo stesso processo, creeranno dei legami molto deboli che dureranno per pochissimo tempo.
• Legame dipolo permanente – dipolo indotto: è un legame composto da una molecola polare e una non polare. La prima, a contatto con la seconda, genera una divisione delle cariche in due poli che ne favorisce la formazione di un dipolo indotto che permetterà un legame intermolecolare.

Il legame ione – dipolo è un legame formato da una molecola ionica e da un dipolo polare. Un esempio potrebbe essere l’acqua (H₂O) e il sale da cucina (NaCl) che grazie alle caratteristiche ioniche del sale fanno sì che l’anione (Na⁺) si unisca all’ossigeno che è negativo, mentre il Cl^- si unirà all’idrogeno, parte positiva dell’acqua, ottenendo di fatto: NaCl + H₂O → NaOH + HCl. Attenzione: NaOH contiene un atomo di idrogeno perché ne è presente uno in più.

I ponti ad idrogeno sono legami intermolecolari che avvengono grazie agli atomi di idrogeno in condizioni particolari. Se infatti un atomo di idrogeno è legato ad un atomo molto elettronegativo (spesso l’ossigeno), il suo elettrone viene delocalizzato su questo atomo e l’idrogeno assume una parziale carica positiva. In questo modo diventa capace di attrarre atomi che hanno una coppia di elettroni libera (come ad esempio l’azoto). L’idrogeno viene quindi condiviso tra l’atomo elettronegativo e quello con la coppia di elettroni libera diventando una sorta di ponte tra due molecole. Questo tipo di legame tiene insieme le due eliche del DNA ed è responsabile di molte proprietà dell’acqua.

Le interazioni idrofobiche sono tipiche delle sostanze non idrofile. Queste infatti, quando vengono messe in acqua, si cercano fino a formare un unico ammasso idrofobo. Grazie a queste interazioni è possibile il ripiegamento di molte proteine.

Reazioni chimiche

Come è possibile disciogliere composti insolubili?

È possibile disciogliere dei composti insolubili solo se il solvente in cui vengono immersi i soluti è capace di legarsi ad un catione o ad un anione.