Fondamenti di chimica

LA MATERIA E LA SUA STRUTTURA

SISTEMA ETEROGENEO

Porzione di materia costituita da diverse fasi (proprietà fisiche non sono le stesse in tutti i punti).

Ognuna di queste fasi è della fisicamente omogenea.

Ogni fase può essere chimicamente omogenea o eterogenea, a secondo che sia costituita da una sola o da più specie chimiche.

COMPOSTI

Sostanze formate da atomi diversi.

ELEMENTI

Sostanze formate da atomi uguali.

specie chimiche omogenee

La materia è composta da unità estremamente piccole: gli atomi, costituiti da tre particelle fondamentali:

• Elettrone (e^-) m = 9,1093·10^-28 g c.e. = -1,602·10^-19 C
• Protone (p⁺) m = 1,6726·10^-24 g c.e. = +1,602·10^-19 C
• Neutrone (n) m = 1,6749·10^-24 g c.e. = 0

Modello Atomico di Rutherford nel 1911

Rutherford fece un esperimento basato sulla diffusione di particelle α (senza elettroni e nuclei di Elio) da parte degli atomi di un sottile strato di foglio metallico (oro).

Osservò che una piccola parte di particelle α subiva deflessione e alcune respinte all'indietro.

Concluse che la maggior parte della massa dell'atomo era concentrata in una parte molto ristretta e densa: lo spazio restante è vuoto e in esso dovranno muoversi gli elettroni.

N.B. e^-, p⁺ e n non sono le uniche particelle fondamentali.

• Particelle subatomiche
  • Leptoni: non hanno struttura interna
  • Adroni: hanno struttura interna complessa costituiti da quark
    • Barioni
    • Mesoni

Modello Planetario

Gli elementi

Protoni e neutroni vengono chiamati nucleoni e sono tenuti insieme da forze di "scambio".

^A_Z A = numero di massa: n° complessivo di nucleoni Z = numero atomico = numero di protoni nel nucleo A - Z = n° di neutroni

Le proprietà chimiche di un atomo sono determinate dal n° di elettroni esterni con lo stesso Z (numero atomico) hanno, salvo rare eccezioni, un identico comportamento chimico.

Nucleo: ¹⁴₇N specie atomica caratterizzata da una determinata composizione del nucleo.

Nucleo composto da 7 protoni e 7 neutroni.

Isotopi: nuclei aventi diversa valenza del numero di massa.

• ¹₁H ⇒ isotopo; ²₁H ≡ Deuterio (D) ³₁H ≡ Trizio (T) radioattivo differiscono per il n° di neutroni

Isobari: nuclei che hanno diverso numero atomico (Z) ma stesso numero di massa (A)

Es. ⁵⁴₂₅Fe ⁵⁴₂₄Cr

Unità di massa atomica e peso atomico

• Unità di massa atomica (u.m.a.) è definita come 1/12 della massa dell'isotopo ¹²C e corrisponde al: 1u.m.a. = 1/12 m di ¹²C = 1,6606 x 10^-24g

Se è nota la massa assoluta di un atomo è facile calcolare la sua massa espressa in u.m.a = dividendo la prima per 1,6606·10^-24 g. Con tale unità vengono tabulati i pesi atomici relativi.

Principio di indeterminazione di Heisenberg

Risulta impossibile determinare con assoluta precisione contemporaneamente la posizione e la velocità di una particella di massa estremamente piccola.

Questo principio afferma che non possono misurare contemporaneamente con assoluta precisione le componenti della posizione e della velocità di una particella di massa molto piccola lungo una direzione.

ΔxΔ(mvx) ≥ _h ΔyΔ(mvy) ≥ _h dove Δx,Δy sono le incertezze e ΔzΔ(mvz) ≥ _h Δ(mvx),Δ(mvy),Δ(mvz) sono relative alle quantità di moto

Le onde di De Broglie

Se si fa passare una radiazione luminosa attraverso una fessitura molto sottile si manifesti fenomeni di diffrazione che possono essere interpretati considerando la radiazione come costituita da onde attraverso le legge dell'ottica avanzata.

I fenomeni di diffrazione non sono caratteristici solo delle radiazioni luminose o elettromagneteriche ma anche di fasci di elettroni.

λ_e operando la diffrazione mediante reticoli cristallini.

De Broglie conferma che al moto di qualunque corpo si accompagna la propagazione di onde, chiamate onde di De Broglie.

λ_e non sono di natura elettromagnetica presentano una lunghezza d'onda (λ) legato alla massa e velocità del corpo.

A = ^h mv

costante di Planck (6,6254'10^-34 j-s)

quantità di moto

NOTA: la lunghezza d'onda (λ) è tanto più piccola quanto più grandi sono la massa e la velocità del corpo.

La meccanica ondulatoria studia il moto degli elettroni in un atomo attraverso la propagaione delle onde di De Broglie.

TAVOLA PERIODICA

• La tavola periodica è suddivisa in zone e sono chiamate blocco s, p, d, f.

BLOCCO s: elementi del I e II gruppo e sono chiamati metalli alcalini gli el. del I gruppo mentre quelli del II sono alcalino-terrosi.

BLOCCO p: elementi del III, IV, V, VI, VII e 0 gruppo.

• el. VII metalli | terre.
• el. VIIA alogeni.
• el. 0 gas nobili.

BLOCCO d: elementi che occupano la parte centrale della tavola e sono chiamatimetalli di transizione.

BLOCCO f: sono suddivisi in due serie lananidi attanini.

CARICA NUCLEARE EFFICACEPassando da un elemento a quello successivo la nuvola elettronica si arricchisce di un e⁻mentre aumenta di un'unità la carica positiva del nucleo.

Per il nuovo elettrone la carica nucleare è parzialmente schermata dall’insieme di e⁻a cui esso viene aggiunto.perciò l’e⁻ sente l’attrazione di una carica positiva inferiore a quella reale. Esso è soggettoa una carica nucleare efficace (Z^*)↓dipende dal tipo di orbitale edalle capacità di altri elettroni dischermarlo dal nucleo.Nella T.P. aumenta da sinistra a destra nei periodi. Dall’alto verso il basso nei gruppiaumenta leggermente.

I processi di formazione sono:

1. Passaggio del sodio dallo stato solido a vapore:

Na(s) → Na(g) processo endo

2. Dissociazione della molecola di Cl₂, l'energia è

¹/₂ Cl₂ → Cl processo endo

3. Ionizzazione del sodio con

Na → Na⁺ + e⁻ processo endo

4. Ionizzazione del cloro, l'apprensità

Cl + e⁻ → Cl⁻ processo eso

5. Processo di formazione del reticolo cristallino NaCl e ΔE_v corrisponde all'

Na⁺ + Cl⁻ → NaCl ΔE_c = -ΔH kJ/mol

- Energia reticolare

Puo essere calcolata mediante l'eq. di Born-Landé,

E_o =

dipende fortemente dalla grande

Nel caso di molecole dove sull'atomo centrale sono presenti anche coppie solitarie (AB_xE_m) la geometria viene determinata considerando che la repulsione tra due coppie solitarie e quella tra una coppia solitaria e un legame è maggiore della repulsione tra due coppie di legame.

angolareAB₂E₂

prismatica a base triangolareAB₃E

angolareAB₂E₂

piramide quadrataAB₄E₂

Carbonio

Z = 6 1s² 2s² 2p^x1 2p^y1 2p^z

Allo stato elementare ha valenza quattro con configurazione 1s² 2s² 2p^x 2p^y 2p^z. Da questo derivano i tre stati di ibridazione: sp³, sp², sp.

1) Ibridazione sp³: gli orbitali atomici ibridi di questo tipo danno una descrizione delle molecole di METANO (CH₄) e di tutti i composti organici saturi.

In queste molecole ogni atomo di C presenta una geometria di tipo tetraedrico, ciò è dato che esso usa orbitali ibridi sp³ per formare legami sigma con quattro atomi a cui è legato.

CH₄

2) Ibridazione sp²: è tipica di ogni atomo di C che nello stato molecolare sia legato con un legame doppio a un altro atomo.

CH₂

C₂H₄

3) Ibridazione sp: è lo stato di ibridazione di ogni atomo di C legato con legami tripli oppure a due atomi (in legami doppi).

C₂H₂ H−C≡C−H (Etino)CO₂

O=C=O