Fondamenti di Chimica

Analisi della materia:

• Elementi → ogni elemento è costituito da un solo tipo di atomi
• Composti → sono formati da due o più elementi legati chimicamente

Ogni sostanza ha un insieme unico di proprietà fisiche e chimiche. Durante un cambiamento fisico, la materia non cambia la sua composizione. I cambiamenti di stato sono infatti fisici. Da un cambiamento chimico una sostanza è trasformata in un'altra chimicamente differente.

K = °C + 273,15

Densità = _massa/^volume

Legge della conservazione della massa:

Impossibile creare o distruggere. Gli elementi non perdono massa, si conserva e combina continuamente.

Legge delle proporzioni definite

Composto fatto dagli atomi elementi sempre presenti con la stessa percentuale.

Atomo → più piccola unità di un elemento

Monoatomiche → atomi uguali

Molecola

Poliatomiche → atomi diversi

TEORIA ATOMICA DELLA MATERIA:

1. La materia è costituita da atomi indivisibili.
2. Tutti gli atomi dello stesso elemento hanno la stessa massa e proprietà.
3. Elementi diversi sono fatti di atomi diversi.
4. Gli atomi sono indistruttibili anche durante le trasformazioni.
5. Un composto si forma dagli elementi mediante la combinazione di atomi secondo numeri interi.

STRUTTURA DELL'ATOMO:

Gli atomi hanno un nucleo costituito da neutroni e protoni, mentre gli elettroni si muovono nello spazio intorno al nucleo. La quantità di carica di un elettrone è 1,602 x 10^-19 C (carica elettrica), quindi l'elettrone ha carica 1- e il protone 1+. Le masse degli atomi sono espresse in unità di massa atomica (uma).

NUMERO DI MASSA E ATOMICO:

Gli elementi possono essere classificati in base al loro NUMERO ATOMICO (Z) che identifica il numero di protoni presenti nel nucleo. Il NUMERO DI MASSA (A) di un atomo è la somma di neutroni e protoni nel nucleo.

ISOTOPI E IONI:

Gli atomi di uno stesso elemento che possiedono numeri di massa differenti sono detti ISOTOPI. Gli atomi possono acquistare o perdere elettroni formando particelle cariche detti IONI. I metalli tendono a perdere elettroni diventando

Principio di esclusione di Pauli

Affemma che un atomo non può avere due elettroni con gli stessi valori di n, l, m&sub>m, m&sub>s. Questo principio pone un limite al numero di elettroni che possono occupare un qualunque orbitale atomico, pari a due, però si differenziano nel valore di m&sub>s.

Teoria ondulatoria dell'elettrone e principio di indeterminazione

De Broglie propone che la materia, come gli elettroni, esibisca proprietà ondulatorie. Ogni oggetto ha una caratteristica lunghezza d'onda che dipenda dal suo momento. Da questo segue il principio di indeterminazione di Heisenberg: esiste un limite inerente all'accuratezza con cui si può misurare contemporaneamente la posizione e il momento di una particella.

Configurazione elettronica

La configurazione elettronica di un atomo descrive la distribuzione degli elettroni all'interno degli orbitali dell'atomo. Questa si ottiene collocando gli elettroni negli orbitali a più bassa energia possibile. La Regola di Hund afferma che la configurazione a minore energia corrisponde alla massimizzazione del numero di elettroni con lo stesso spin.

Regola n+l → gli orbitali sono numeri quantici che determinano energia.

El. valenza → elettroni esterni coinvolti nei legami chimici

El. del core → elettroni interni non di valenza

LEGAME DATIVO

Molti composti presentano un particolare tipo di legame covalente nel quale la coppia elettronica di legame viene fornita da un solo atomo (donatore). Questa coppia viene condivisa con l’altro atomo (accettore) che deve avere un orbitale vuoto per accogliere la coppia, e deve essere più elettronegativo del donatore. Tale legame è detto DATIVO.

es. S = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴

O = 1s² 2s² 2p⁴

SO₂

N.B. O più elettronegativo di S

ECCEZIONI ALLA REGOLA DELL’OTTETTO

• numeri dispari di elettroni (es. N^·O)
• meno di un ottetto si incontra nel B e Be e Al.
• più di un ottetto (ipervalenti). Solo se gli atomi centrali sono del terzo periodo (atomo grande) ed è legato ad atomi più piccoli ed più elettronegativi

meno 8 più 8

OSSIDORIDUZIONE

L'ossidazione consiste nella perdita di elettroni da parte di una sostanza, mentre la riduzione consiste nell'acquisto di elettroni da parte di una sostanza. Un processo di ossi-dazione è sempre accompagnato da uno di riduzione, dando origine a una reazione di ossido-riduzione o redox.

Es.:

3Sm₂O₃ + 4HNO₃ + H₂O → 3H₂SmO₃ + 4NO

(Sm⁺³ → Sm⁺⁴ + 1e^- ox) x3

(N⁺⁵ + 3e^- → N⁺² red) x4

Devo avere lo stesso numero di elettroni scambiati nella redox, quindi moltiplico per 3 e 4 per avere in pari, infine bilancio la reazione.

N.B. Elementi singoli hanno numero di ossidazione = 0.

REAZIONE DI DISPROPORZIONE

L'atomo si riduce e si ossida.

3Cl₂ + 6NaOH → 5NaCl + NaClO₃ + 3H₂O

(Cl₂ + 1e^- → Cl^- red) x5

(Cl₂ → Cl⁺⁵ + 5e^- ox)

6Cl^- → 5Cl^- + Cl₂

Dei Cl₂, uno si ossida e uno si riduce. Moltiplico per 5 per avere lo stesso numero di elettroni.

Sommare e bilancio la reazione

GENERALITA' E PROPRIETA' DEI GAS

I gas sono costituiti da particelle con grossa libertà di movimento ed energia cinetica elevata che dipende dalla temperatura e dalla pressione, le interazioni molecolari sono deboli e il gas assume la forma del recipiente che riempie per intero ed è comprimibile.

Per descrivere lo stato di un gas si specificano quattro variabili: volume (del contenitore), pressione (interazioni delle particelle e forza con cui colpiscono i bordi), temperatura e quantità (molti).

DEFINIZIONE DI GAS IDEALE

Il gas ideale o perfetto è un gas convenzionale usato per studiare il comportamento di tutti i gas. È caratterizzato da interazione nulla fra le particelle e volume nullo delle particelle; saranno quindi considerato come volume quello del contenitore.

LEGGI DEI GAS IDEALI

• LEGGE DI BOYLE

Per una quantità costante di gas a temperatura costante, il volume del gas è inversamente proporzionale alla pressione.

P₁ V₁ = P₂ V₂

ENTALPIA (ΔH)

In un processo chimico l'entalpia di reazione è l'entalpia dei prodotti meno l'entalpia dei reagenti:

ΔH_reaz = H(prodotti) - H(reag.)

• L'entalpia di una reazione è proporzionale alla quantità di reattivo che reagisce.
• Invertenog in una reazione il segno del ΔH si inverte.
• L'entalpia di reazione dipende dallo stato fisico dei prodotti e dei reagenti.

N.B. L'entalpia è una funzione di stato e rappresenta la variazione del calore a pressione costante: ΔH = Q_p

L'entalpia di formazione, ΔH_f, di una sostanza è la variazione di entalpia corrispondente alla reazione in cui la sostanza viene formata a partire dai suoi elementi costituenti.

La variazione di entalpia standard di una reazione, ΔH°, è la variazione di entalpia di una reazione i cui reagenti e prodotti si trovano tutti a 1 atm di pressione e ad una temperatura di 298 K (25°C). Dalla combinazione otteniamo l'entalpia standard di formazione del calcolo con la legge di Hess:

ΔH_reaz^° = Σ_pΔH_f^°(prodotti) - Σ_rΔH_f^°(reagenti)

Infine se ΔH<0 = esotermica (cede calore all'esterno) se ΔH>0 = endotermica (acquista calore dall'esterno). Inoltre posso prevederlo guardando il numero e il tipo di legami.