Riassunti di Chimica Generale

CHIMICA GENERALE

ED INORGANICA

1

LA MATERIA, LE MISURE E LA RISOLUZIONE DEI PROBLEMI 3

ATOMI ED ELEMENTI 6

MOLECOLE, COMPOSTI ED EQUAZIONI CHIMICHE 9

QUANTITÀ CHIMICA E REAZIONI IN SOLUZIONE ACQUOSA 12

I GAS 14

TERMOCHIMICA 17

IL MODELLO QUANTOMECCANICO DELL’ATOMO 20

PROPRIETÀ PERIODICHE DEGLI ELEMENTI 24

LEGAME CHIMICO I: LA TEORIA DI LEWIS 27

LEGAME CHIMICO II: FORMA DELLE MOLECOLE, TEORIA DEL LEGAME DI

VALENZA E TEORIA DELL’ORBITALE MOLECOLARE 30

LIQUIDI, SOLIDI E FORZE INTERMOLECOLARI 33

SOLIDI E MATERIALI MODERNI 36

SOLUZIONI 39

CINETICA CHIMICA 42

EQUILIBRIO CHIMICO 44

ACIDI E BASI 47

EQUILIBRI IONICI IN SOLUZIONE ACQUOSA 50

ENERGIA LIBERA E TERMODINAMICA 53

ELETTROCHIMICA 56

2

LA MATERIA, LE MISURE E LA

RISOLUZIONE DEI PROBLEMI

1.1 ATOMI E MOLECOLE

atomi

Gli sono particelle submicroscopiche che costituiscono i mattoni fondamentali

atomi liberi

della materia. Gli sono rari in natura, per lo più si trovano all’interno di

molecole in uno speci co arrangiamento geometrico.

Le proprietà di una molecola sono determinate da:

- Gli atomi ch ela compongono;

- Le distanze tra gli atomi;

- La geometria con cui gli atomi sono legati.

chimica

La è la scienza che cerca di comprendere il comportamento della materia

studiando il comportamento di atomi e molecole.

1.2 L’APPROCCIO SCIENTIFICO ALLA CONOSCENZA

conoscenza scienti ca

La è empirica, si basa sull’osservazione e sulla

sperimentazione. esperimenti qualitativi,

Gli possono essere basati sull’osservare, o

quantitativi, basati sul misurare. L’ipotesi è una possibile interpretazione o spiegazione

delle osservazioni. È confutabile: fa previsioni che possono essere confermare o respinte

legge scienti ca

da ulteriori osservazioni o esperimenti. La è una breve a ermazione che

descrive tutte le osservazioni e consente di prevedere quelle future. Una delle leggi

legge di conservazione della massa:

scienti che più importanti è la “in una reazioni

teoria

chimica la materia non si crea e non si distrugge”. Una è un modello della natura

che cerca di spiegate non solo come si comporta la natura ma anche perché. Non può

mai essere dimostrata de nitivamente ma può sempre essere smentita.

1.3 LA CLASSIFICAZIONE DELLA MATERIA

materia sostanza

La è tutto ciò che occupa spazio. La è uno speci co tipo di materia.

materia solida

Nella gli atomi e le molecole si impacchettano gli uni vicino agli altri in

posizioni sse. Un solido ha volume sso e forma rigida. La materia solida può essere

cristallina, amorfa,

gli atomi seguono un ordine che si ripete su lunghe distanze, o gli

materia liquida

atomi non hanno un ordine a lungo raggio. Nella gli atomi e le molecole

sono impacchettati strettamente ma sono liberi di muoversi gli uni rispetto agli altri. Un

materia aeriforme

liquido ha volume sso e forma variabile. Nella gli atomi e le molecole

3

fi fi fi fi fi fi fi fi fi ff

hanno molto spazio tra di loro e sono liberi di muoversi. Un aeriforme non ha volume

sostanza pura

costante e una forma rigida. Una è fatta solo da un componente e la sua

composizione è invariate. Le componenti possono singoli atomi o gruppi di atomi legati

elementi,

insieme. Le sostanze pure possono essere non possono essere chimicamente

composti,

scomposti in sostanze più piccole, o sostanze composte da due o più

miscela

elementi in proporzioni sse e de nitive. Una è formata da due o più componenti

omogenee,

in proporzione che possono variare. Le miscele possono essere con una

eterogenee,

composizione uniforme, o con una composizione che varia da un punto a un

decantazione

altro. Per separare le miscele si usano vari processi, come: (sabbia e

distillazione ltrazione

acqua), (miscela omogenea di liquidi) e (solido insolubile e

liquido).

1.4 TRASFORMAZIONI FISICHE E CHIMICHE E PROPRIETÀ FISICHE E CHIMICHE

trasformazioni siche

Le alterano solo lo stato e l’aspetto ma non la composizione, gli

trasformazioni chimiche

atomi e le molecole non cambiano identità. Le alterano la

conformazione della materia, gli atomi e le molecole si riarrangiano trasformando le

proprietà siche

sostanze iniziali in sostanze diverse. Le sono proprietà mostrate da una

sostanza senza variare la sua composizione. Sono l’odore, il sapore, l’aspetto, il punto di

proprietà chimiche

ebollizione e la densità. Le sono proprietà mostrate da un una

sostanza quando cambia la conformazione in seguito ad una trasformazione chimica.

Sono, ad esempio, la corrosività, l’in ammabilità, l’acidità…

1.5 L’ENERGIA lavoro

L’energia è la capacità di compiere lavoro. Il è l’applicazione di una forza per una

cinetica,

distanza. L’energia totale è la somma dell’energia l’energia associata al

potenziale,

movimento, e dell’energia l’energia associata alla posizione. L’energia

termica è l’energia associata alla temperatura di un oggetto. Nelle trasformazioni

chimiche o siche, l’energia è sempre conservata, non viene né creata né distrutta. I

sistemi con elevate energia potenziale tendono a trasformarsi al ne di abbassare la loro

energia potenziale, rilasciando energia nell’ambiente.

1.6 LE UNITÀ DI MISURA

sistema internazionale

Gli scienziati usano il (SI), che è basato sul sistema metrico, per

metro

stabilire le unità di misura. Il (m) è la misura della lunghezza ed equivale alla

distanza che la luce percorre nel vuoto in un intervallo di tempo pari a 1/29979258 di

chilogrammo

secondo. Il (kg) è la misura della massa. La massa è la misura della

quantità di materia contenuta in un oggetto mentre il peso è la misura dell’attrazione

secondo

gravitazionale sulla materia. Il (s) è l’unità di misura del tempo ed è equivalente

alla durata di 919263770 periodo della radiazione emessa da una certa transizione in un

Kelvin

atomo di cesio-133. I (k) sono l’unità di misura della temperatura. La temperatura è

la misura della qualità di energia cinetica e determina la direzione del trasferimento

Fahrenheit

dell’energia termica (calore). Per misurare la temperatura si usano anche i (°F)

Celsius 1°C=(1°F-32)/1.8=1K-273,5.

e i (°C)

derivata

Un’unità è la combinazione di due o più unità fondamentali. Degli esempi sono:

velocità volume densità

la (m/s), il (m ), la misura dello spazio, e la (kg/m ). La densità è

3 3

4

fi fi fi fi fi fi fi fi

proprietà intensiva,

una ovvero una proprietà indipendente dalla quantità di sostanza.

proprietà estensiva,

Una invece, è una proprietà che dipende dalla quantità di sostanza.

1.7 AFFIDABILITÀ DI UNA MISURA

Le misure scienti che sono riportate in modo che ogni cifra sia certa, eccetto l’ultima, che

cifre signi cative

è stimata. Le sono tutte le cifre certe e la prima cifra incerta. Gli zeri

usati per indicare la posizione decimale non sono signi cativi. Maggiore è il numero delle

numeri esatti

cifre signi cative, minore è l’incertezza. I non hanno incertezza e non

limitano il numero di cifre signi cative nei calcoli. Si possono originare: contendo oggetti

discreti, da quantità de nite e da numeri interi che sono parte di un’equazione.

L’accuratezza si riferisce a quanto i valori misurati sono vicini al valore reale, mentre la

precisione si riferisce a quanto un serie di misure sono vicine le une alle altre o a quanto

errori casuali,

sono riproducibili. Gli possono essere hanno la stessa probabilità di essere

sistematici,

troppi alti o troppo bassi e si annullano nella media, o genoano misure

troppo alto o troppo basse e non si annullano nella media.

5

fi fi fi fi fi fi

ATOMI ED ELEMENTI

2.1 MOTI BROWNIANI

Brown

1827: utilizza il suo microscopio per visualizzare particelle derivanti da

• pollini in sospensione nell’acqua, in continuo movimento. La fonte del moto, però,

non deriva dalle particelle di polline stesse.

Einstein

1905: sviluppa una teoria per spiegare il moto browniano: le molecole

• d’acqua, in costante movimento a causa dell’energia termica, urtano

continuamente le particelle di polline e polvere, facendole oscillare e muovere.

Perrin

1908: e ettua delle misure sperimentali che confermano la validità del

• modello di Einstein.

l’atomo è l’unità più piccola identi cabile in un elemento

2.2 LE PRIME IDEE SUI “MATTONCINI” COSTITUTIVI DELLA MATERIA

Democrito Leucippo

e furono i primi a proporre che la materia fosse costituita da

Copernico

particelle piccole ed indivisibili, chiamate atomi. Nel 1543 pubblicò “sulla

rivoluzione delle sfere celesti” (dove esponeva una teoria in cui vedeva il sole al centro

rivoluzione scienti ca.

dell’universo e non la terra) segnando l’inizio della All’inizio del

Dalton

1800 propose prove scienti che convincenti che supportarono le teorie atomiche.

2.3 LA TEORIA ATOMICA MODERNA E LE LEGGI CHE HANNO PORTATO AD ESSA

Lavoisier Legge di conservazione della massa:

→

1789 in una reazione chimica,

• la materia non si crea e non si distrugge;

Proust Legge delle proporzioni de nite:

→

1797 tutti i campioni di un dato

• composto, indipendentemente dalla loro origine o da come sono preparati, hanno

la stessa proporzione dei loro elementi costitutivi;

Dalton Legge delle proporzioni multiple:

→

1804 quando due elementi, chiamati

• A e B, formano due composti di erenti, le masse dell’elemento B che si

combinano con 1g dell’elemento A possono essere espresse come un rapporto di

numeri interi piccoli. Dalton→ Teoria atomica:

1808

- Ciascun elemento è formato da particelle piccole ed indivisibili, chiamate atomi;

- Tutti gli atomi di uno speci co elemento hanno la stessa massa e proprietà che

li distinguono da atomi di altri elementi;

- Gli atomi si combinano in rapporti espressi da numeri interi piccoli quando

formano composti;

- Gli atomi di un elemento non possono essere trasformati in atomi di un altro

elemento. In una reazione cambia solo il modo in cui gli atomi sono legati ad

altri atomi.

2.4 LA SCOPERTA DELL’ELETTRONE

Thomson raggi catodici

Alla ne del 1800 e ettuò degli esperimenti con i e scoprì delle

elettroni,

particelle, gli con alcune proprietà comuni:

- Viaggiavano secondo linee rette;

- Erano indipendenti dall composizione della materia;

6

fi ff fi ff fi fi ff fi fi

- Trasportavano una carica elettrica negativa.

campo elettrico.

L’area intorno ad una particella carica è chiamata La carica da luogo a

forze elettrostatiche.

Millikan -1,60x10 C.

Nel 1909 misurò la carica dell’elettrone: Questo e i risultati di

-19

9,10x10 g=9,10x10 kg.

Thomson portarono al calcolo della massa di un elettrone: -28 -31

2.5 LA STRUTTURA DELL’ATOMO

a panettone”:

Thomson propose il “modello gli elettori, carichi negativamente, si

radioattività

trovavano in una sfera carica positivamente. La è l’emissione di piccole

particelle energetiche da parte di nuclei di atomi instabili. Ne esistono di tre tipi diversi:

particelle alfa Rutherford

( ), particelle beta ( ) e i raggi gamma (ɣ). Nel 1909 e ettuò un

esperimento per confermare il modello di Thomson ma dimostrò la sua incorrettezza.

teoria nucleare:

Propose una

- La maggior parte della massa dell’atomo e tutta la sua carica positiva sono

contenute in una piccola regione centrale chiamata nucleo;

- La maggior parte del volume dell’atomo è spazio vuoto, in questo spazio sono

elettroni,

dispersi gli piccole particelle cariche negativamente;

- Ci sono tanti elettroni carichi negativamente al di fuori del nucleo, quante sono

le particelle cariche positivamente (protoni) all’interno del nucleo. In questo

modo l’atomo è elettricamente neutro. neutroni,

Questo modello è però incompleto perché non prendeva in considerazione i

particelle neutre presenti all’interno del nucleo.

2.6 PARTICELLE SUBATOMICHE

Tutti gli atomi sono composti dalle stesse particelle subatomiche: protoni, neutroni ed

elettroni. I protoni e i neutroni hanno masse simili (1,67x10 kg), indicate come unità di

-27

massa atomica (pari a 1/12 dalla massa del carbonio) e si trovano all’interno del nucleo. I

protoni e gli elettroni hanno la stessa carica elettrica ma con segni opposti (±1,60x10 C).

-19

numero atomico Z

Il si indica con ed è il numero di protoni presenti nel nucleo di un

simbolo chimico

atomo. Il è unico per ogni elemento e può derivare da:

- Nome italiano;

- Nome latino;

- Proprietà dell’elemento;

- Figure mitologiche greche o romane;

- Corpi celesti;

- Luoghi in cui sono stati scoperti o in cui sono nati i loro scopritori;

- Nome dello scopritore.

isotopi

Gli sono atomi con lo stesso numero di protoni ma con un di erente numero di

naturale

neutroni. L’abbondanza è la quantità relativa di ciascun isotopo in un campione

numero di massa A

naturale di un dato elemento. Il viene indicato con ed equivale al

ioni

numero di protoni e neutroni presenti nel nucleo. Gli sono particelle cariche che

anioni,

hanno perso o acquistato elettroni, possono essere carichi negativamente, gli o

cationi.

carichi positivamente, i

2.7 LA LEGGE PERIODICA E LA TAVOLA PERIODICA

Mendeleev legge periodica:

Nel 1869 presentò la quando gli elementi sono organizzati

in ordine di massa crescente, alcune proprietà si ripetono periodicamente.

7

ff ff

Organizzò gli elementi in una tabella:

- Righe con massa crescente da sinistra a destra;

- Gli elementi con proprietà simili si trovavano nella stessa colonna.

metalli

I sono buoni conduttori di calore e di elettricità, sono malleabili e duttili, sono

non metalli

spesso lucenti e tendono a perdere elettroni nelle reazioni chimiche. I hanno

proprietà variabili ma in generale sono cattivi conduttori di calore e di elettricità e tendono

metalloidi

acquistare elettroni nelle reazioni chimiche. I mostrano proprietà intermedie e

vengono anche classi cati come semiconduttori a causa della loro conduttività elettrica

elementi dei gruppi principali

intermedia. Gli (A) hanno proprietà facilmente prevedibili

elementi di transizione

mentre gli (B) hanno proprietà meno prevedibili. Una colonna

gruppo periodo.

della tavola periodica viene chiamata mentre una riga viene chiamata I

gas nobili, metalli alcalini,

il gruppo 8A, sono non metalli poco reattivi. I il gruppo 1A,

metalli alcalino-terrosi,

sono metalli molto reattivi. I il gruppo 2A, sono metalli

alogeni,

abbastanza reattivi. Gli il gruppo 7A, sono non metalli molto reattivi. Un metallo

dei gruppi principali tende a perdere elettroni, formando un catione con lo stesso numero

di elettroni del gas nobile più vicino. Un non metallo dei gruppi principali tende ad

acquistare elettroni, formando un anione con lo stesso numero di elettroni del gas nobile

più vicino.

2.8 MASSA ATOMICA

massa atomica

La è la massa media degli isotopi che costituiscono quell’elemento,

pesata in basa all’abbondanza naturale di ciascun isotopo.

massa atomica=∑n(frazione dell’isotopo n)x(massa dell’isotopo n)

La massa degli atomi e l’abbondanza relativa degli isotopi e degli elementi sono misurate

spettrometria di massa,

utilizzando la una tecnica che separa le particelle in base alla

loro massa.

2.9 MASSA MOLECOLARE

mole di Avogadro)

La è la quantità di sostanza che contiene 6,02214x10 (numero

23

particelle. È la quantità chimica che contiene un numero di particelle uguale al numero di

massa molecolare

atomi contenuti in 12g esatti di carbonio. La è espressa in grammi

per mole (g/mol) ed è numericamente uguale alla massa atomi di un elemento in unità di

massa atomica. 8

fi

MOLECOLE, COMPOSTI ED EQUAZIONI

CHIMICHE

3.1 IDROGENO, OSSIGENO ED ACQUA

L’idrogeno (H ) è un gas esplosivo ed ha un punto di ebollizione molto basso (-253°C).

2

L’ossigeno (O ) è una componente naturale dell’aria, è necessario per la combustione ed

2 O)

ha un punto di ebollizione molto basso (-183°C). L’acqua (H estingue le amme, è

2

liquida a temperatura ambiente ed ha un punto di ebollizione molto alto (100°C).

3.2 LEGAMI CHIMICI

legami chimici

I sono il risultato dell’attrazione tra particelle cariche che compongono gli

legami ionici

atomi. I si formano quando un non metallo interagisce con un metallo. Il

catione,

metallo può trasferire uno o più elettroni, diventando un al non metallo, che

anione.

diventa un I due ioni si attraggono e si forma un composto ionico che in fase

legami covalenti

solida è formato da un reticolo cristallino. I si formano tra due non

metalli. I due atomi condividono alcuni dei loro elettroni. Gli atomi legati in modo

covalente formano le molecole. I composti tenuti insieme da legami covalenti sono detti

composti covalenti.

3.3 RAPPRESENTAZIONE DEI COMPOSTI

formula chimica

La indica gli elementi presenti nel composto e il numero relativo di

atomi e ioni di ogni elemento. Vengono s