Fondamenti di Chimica - Teoria ed Esercizi

Indice

La struttura atomica della materia

• Le particelle fondamentali
• Il modello atomico di Rutherford
• Il numero atomico ed il numero di massa
• Nuclidi ed isotopi
• L'unità di massa atomica
• Il peso atomico
• Il peso molecolare
• La mole ed il numero di Avogadro
• La massa molare

Le reazioni chimiche

• Sostanze elementari e composti
• I simboli e le formule chimiche: significato
• Le reazioni chimiche e loro rappresentazione
• Il bilanciamento delle reazioni chimiche: il metodo per verifica
• I calcoli stechiometrici: il rapporto molare, il reagente limitante, il rendimento di una reazione

La struttura elettronica degli atomi

• La crisi della fisica classica
• La meccanica ondulatoria
• L'equazione di Schrödinger
• L'equazione di Schrödinger applicata all'atomo di idrogeno, autofunzioni e autovalori
• La funzione d'onda ψ ed il significato di |ψ|²
• I numeri quantici
• Gli orbitali atomici
• I livelli energetici dell'atomo di idrogeno
• Funzioni d'onda dell'atomo di idrogeno
• Rappresentazione degli orbitali s: grafici di ψ e |ψ|² contro r/a₀, rappresentazione degli orbitali tramite le superfici di equiprobabilità (superfici a |ψ|² = cost)
• Orbitali di tipo p
• Livelli energetici negli atomi polielettronici
• Lo spin dell'elettrone ed il numero quantico di spin
• Il principio di esclusione di Pauli
• La regola di Hund
• Il principio di Aufbau
• Le configurazioni elettroniche degli atomi nello stato fondamentale

La classificazione periodica degli elementi

• La Tavola Periodica di Mendeleev e di Moseley
• I periodi ed i gruppi
• Le proprietà periodiche degli elementi
• La carica nucleare efficace
• Il raggio atomico
• L'energia di ionizzazione
• L'affinità elettronica
• Andamento delle proprietà periodiche lungo un periodo e lungo un gruppo

Il legame chimico

• Classificazione dei legami chimici
• Il legame ionico
• L'energia reticolare
• Equazione di Born-Landé generalizzata
• Il ciclo di Born-Haber di NaCl
• Il legame covalente
• Il criterio della massima sovrapposizione degli orbitali atomici
• Integrale di sovrapposizione
• Ibridazione del legame covalente
• La teoria degli orbitali molecolari (teoria MO)
• Il metodo della combinazione lineare degli orbitali atomici (metodo LCAO)
• Orbitali molecolari di legame e di antilegame
• Applicazione del metodo LCAO allo ione molecolare H₂⁺
• Orbitali molecolari σ e σ*
• Configurazioni elettroniche di atomi e molecole omonucleari ed elementi del primo periodo (H₂, H₂⁺, He₂⁺, He₂)
• Il legame ionico
• Il legame metallico
• La teoria di Bloch (teoria delle bande)
• Conduttori e isolanti
• Semiconduttori intrinseci ed estrinseci: livelli accettori e livelli donatori

La termochimica ed i principi della termodinamica chimica

• Scopo e caratteristiche della termodinamica chimica
• I sistemi termodinamici
• Le grandezze intensive ed estensive
• Variabili di stato e funzioni di stato
• L'equilibrio termodinamico
• Trasformazioni reversibili e irreversibili
• Il calore
• Il lavoro
• La convenzione termodinamica sui segni di calore e lavoro
• Il lavoro meccanico (lavoro di pressione)
• Il lavoro e il calore nei processi termodinamici
• La funzione di stato entalpia
• L'equazione fondamentale della termochimica
• Il principio di Lavoisier e Laplace
• L'entalpia di reazione ΔH_r°
• L'entalpia
• Le trasformazioni spontanee: l'energia e l'entropia
• La funzione di stato entropia
• Trasformazioni in un sistema isolato
• Trasformazioni in un sistema non isolato
• Il secondo principio della termodinamica
• L'entropia di reazione ΔS_reaz e l'entropia standard di reazione ΔS°_reaz
• L'equilibrio e le trasformazioni spontanee per un sistema non isolato a temperatura e pressione costanti
• La funzione di stato energia libera
• Considerazioni sull'energia di spontaneità e la relazione ΔG_{T, P} = ΔH_{T, P} - T (ΔS_{T, P})

L'elettrochimica

• Generalità
• Il numero di ossidazione
• Regole empiriche per determinare il n° degli elementi nei loro composti
• Le reazioni di ossidioriduzione
• Le celle galvaniche
• Il potenziale di un semielemento
• La pila Daniell
• I processi di corrosione e la passivazione dei metalli; corrosione galvanica
• Sistemi di protezione contro la corrosione

Chimica e materia

È composta di piccole particelle chiamate atomi. Per giungere a questa conclusione ci sono voluti millenni e solo recentemente si è riusciti a dimostrare l'esistenza degli atomi, che a loro volta sono formati da particelle ancora più piccole; hanno quindi una struttura complessa. Nel corso della storia sono stati proposti diversi modelli atomici; il più importante è quello di Rutherford (1911).

Modello planetario di Rutherford

Nucleo: parte interna, massiccia, pesante

• Protoni
• Neutroni
• Orbite ellittiche e/o circolari