Riassunti di chimica inorganica

Le prime leggi della chimica

Le prime leggi della chimica risalgono alla fine del '700 e formalizzano alcuni comportamenti regolari che si iniziano a scoprire nei rapporti di combinazione tra le sostanze che reagiscono.

Legge di conservazione della massa di Lavoisier

In una reazione chimica, la somma dei pesi dei reagenti è sempre uguale alla somma dei prodotti di reazione. Essa afferma che la materia non si crea e non si distrugge.

Legge delle proporzioni definite e costanti di Proust

In un determinato composto chimico, gli elementi che lo formano stanno tra loro in proporzioni di peso definite e costanti. Anche questa legge suggeriva la possibilità che ogni elemento chimico fosse costituito da particelle aventi una massa caratteristica, in grado di unirsi tra loro solo in proporzioni fisse.

Legge delle proporzioni multiple di Dalton

Quando due elementi si combinano tra loro per dare più di un composto, la quantità in peso di uno che si combina con una quantità fissa dell’altro stanno tra loro in rapporti esprimibili mediante numeri interi. La teoria atomica venne enunciata ufficialmente da Dalton nel 1808.

Legge dei rapporti volumetrici gassosi definiti e costanti di Gay-Lussac

La teoria atomica Daltoniana non era tuttavia in grado di spiegare le regolarità incontrate da Lussac nello studio delle reazioni gassose. Infatti, la teoria atomica può cercare di giustificare i risultati ottenuti da Lussac in due modi:

• Il volume è proporzionale alla massa degli atomi
• Il volume è proporzionale al numero degli atomi

Numero di Avogadro

1 mole di una qualsiasi sostanza contiene sempre lo stesso numero di particelle costituenti. Per calcolare tale numero è sufficiente dividere il peso di una mole per il peso di una particella.

Carica e massa delle particelle atomiche

La radiazione elettromagnetica

Corpuscolare: Newton riteneva che la luce fosse formata da particelle in grado di propagarsi in tutte le direzioni in linea retta.

Ondulatoria: Huygens riteneva che la luce fosse un fenomeno ondulatorio. Alcuni fenomeni caratterizzano il comportamento ondulatorio della luce:

• Rifrazione: fenomeno per cui un’onda subisce una deviazione rispetto alla sua direzione iniziale.
• Diffrazione: fenomeno per cui un’onda devia quando incontra un’apertura o un ostacolo avente dimensioni dello stesso ordine di grandezza della lunghezza d’onda.
• Interferenza: fenomeno per il quale le due onde incontrandosi si intensificano o si indeboliscono a seconda che si sovrappongono - cresta + cresta o cresta + cavo.

Legami chimici

Gli atomi tendono a raggiungere delle configurazioni energicamente più favorevoli e stabili legandosi in raggruppamenti. La teoria del legame chimico si fonda sulla legge di Coulomb:

Durante il processo di formazione del legame si esercitano tra i due atomi sia forze attrattive (elettroni-nuclei) che forze repulsive (tra i nuclei). L'energia potenziale del sistema diminuisce man mano che le forze attrattive costringono i due atomi ad avvicinarsi.

Si tenga presente che la pendenza della curva dell'energia potenziale rappresenta la forza netta (forza attrattiva + forza repulsiva) che agisce sugli atomi:

• Energia assorbita quando si rompe il legame
• Energia rilasciata quando si forma il legame

A grandi distanze, la curva dell'energia potenziale presenta piccole pendenze positive che corrispondono a deboli forze attrattive. Via via che gli atomi si avvicinano, la pendenza della curva aumenta fino a raggiungere un valore massimo in corrispondenza del quale le forze repulsive iniziano a crescere più rapidamente di quelle attrattive e la forza netta di attrazione inizia a diminuire.

L'energia di legame è l'energia che si libera quando due atomi allo stato gassoso passano da distanza infinita alla distanza di legame ed ovviamente coincide con l'energia che è necessario fornire al sistema per rompere il legame, portando i due atomi a distanza infinita.

Tipologie di legame

Le varie tipologie di legame sono:

• Covalente: si presenta tipicamente tra atomi con elevata affinità elettronica (non metalli). Esso può essere:
  • Puro: elettroni condivisi che presentano una nuvola negativa che si dispone in maniera uniforme e simmetrica intorno ai due nuclei senza produrre alcun tipo di polarità sulla molecola.
  • Polare: elettroni condivisi da atomi dello stesso elemento.

La lunghezza dei legami covalenti è correlabile al raggio covalente degli elementi. Esso corrisponde alla metà della lunghezza del legame covalente singolo che tiene uniti due atomi del medesimo elemento in una molecola neutra.

La teoria del legame di valenza interpreta la formazione del legame covalente mediante il concetto quantomeccanico di orbitale. Il legame covalente viene descritto come una sovrapposizione degli orbitali atomici che ospitano i due elettroni spaiati da condividere. Le funzioni d'onda dei due orbitali si sommano per dare una nuova funzione d'onda che descrive un nuovo orbitale. Il nuovo orbitale appartiene ad entrambi gli atomi legati ed ospita i due elettroni con spin antiparallelo.

Descrizione legame chimico

• Si considerano solo gli orbitali più esterni
• Ogni legame si forma dalla sovrapposizione di due orbitali di valenza da parte dei due atomi i quali condividono così una coppia di elettroni.
• A seconda del tipo di sovrapposizione si formano legami di tipo σ e legami di tipo π.
• Le coppie di elettroni di legame sono localizzate tra i due atomi interessati dal legame e si ricorre alla risonanza.
• La geometria delle molecole si può prevedere con il modello VSEPR e mediante l'introduzione degli orbitali atomici ibridi.

Il legame covalente può essere di tipo:

• σ: massima densità elettronica nella zona compresa fra i due nuclei.
• π: massima densità elettronica nella zona sopra e sotto i due nuclei.

Gli atomi possono ricombinare gli orbitali atomici per dar luogo ad un ugual numero di orbitali atomici detti orbitali ibridi. L'ibridazione, procedimento di combinazione matematica delle funzioni d'onda originarie, interessa orbit...