Riassunto Chimica

Chimica Molinari

Materia e sostanza

Materia: è qualsiasi cosa che occupi spazio e che sia dotata di massa, si riferisce indistintamente sia al contenitore che al contenuto.

Sostanza: una forma di materia che ha proprietà definite e distinte.

Elemento: sostanza che non può essere separata in sostanze più semplici con mezzi chimici.

Composto: sostanza composta da atomi di due o più elementi uniti chimicamente in proporzioni definite; i composti possono essere separati solo nei loro componenti puri (elementi) attraverso mezzi chimici.

Stati della materia

Solido, Liquido, Gas

• Volume: Proprio, Proprio, Massimo possibile
• Forma: Propria, Recipiente, Recipiente
• Densità: Alta, Media, Bassa
• Pressione: Incomprimibile, Incomprimibile, Comprimibile

Entalpia cresce →

• Tra liquido e solido: fusione e precipitazione
• Tra liquido e gas: evaporazione e condensazione
• Tra solido e gas: deposizione e sublimazione

Una trasformazione fisica non altera la composizione di una sostanza, una composizione chimica sì.

Chimica e misure

La chimica è la scienza che studia la materia e le sue proprietà. Una proprietà estensiva di un materiale dipende da quanta materia viene presa in considerazione (massa, lunghezza, volume), mentre è indifferente nel caso di proprietà intensive (densità, temperatura, colore). È necessario avere un sistema comune per misurare la materia e verificare le sue trasformazioni (SI, Sistema Internazionale).

Una miscela è la combinazione di due o più sostanze in cui le singole sostanze mantengono identità distinte. Una miscela omogenea è costituita da un'unica fase e i suoi componenti non sono più distinguibili, mentre se da più fasi e distinguibili si definisce eterogenea.

Atomi, molecole e ioni

Teoria atomica di Dalton (1808)

Gli elementi sono composti da particelle estremamente piccole, denominate atomi. Sono identici e hanno le stesse dimensioni, masse e proprietà chimiche, ma differiscono dagli atomi di tutti gli altri elementi. Gli atomi non possono essere creati o distrutti.

I composti sono formati da atomi di almeno due elementi diversi. In qualsiasi composto, il rapporto del numero di atomi di qualsiasi coppia di elementi presenti è o un numero intero o una frazione semplice.

Una reazione chimica coinvolge solo la separazione o la combinazione di atomi; il suo risultato non è la loro creazione dal nulla o la loro distruzione.

Particelle subatomiche

Il principio di elettroneutralità prevede che la materia abbia un numero trascurabile di specie cariche sbilanciate, ovvero il numero di cariche negative e positive in qualsiasi porzione macroscopica del materiale tende ad essere pressoché uguale. Negli atomi il numero di protoni ed elettroni sono uguali, garantendo l’elettroneutralità.

Isotopi e idrogeno

Un elemento chimico è costituito da atomi che hanno nuclei con lo stesso numero di protoni, possono differire invece per il numero dei neutroni e sono detti "isotopi".

Sopra a sinistra, Numero di massa A (protoni+neutroni) → Sotto a sinistra Numero atomico Z (protoni=elettroni) →

L'idrogeno è l’elemento più diffuso sulla Terra. Il numero atomico dell'idrogeno è 1, ovvero il suo nucleo contiene 1 protone e per essere neutro deve avere un elettrone. La maggior parte degli atomi di idrogeno sulla Terra non contiene neutroni. Questi atomi sono ancora atomi di idrogeno (ognuno ha un protone), ma sono isotopi e hanno numero di massa superiore (deuterio, trizio, idruro).

Se devo fare un calcolo, utilizzerò una media ponderata di tutti gli isotopi presenti in questo elemento, che tiene conto delle abbondanze degli isotopi che si verificano naturalmente. Questo è il numero che si trova nella tavola periodica.

Il nucleo è molto denso rispetto al resto dell'atomo. In genere, gli atomi hanno diametri che misurano circa 10^-10 metri e i nuclei sono di circa 10^-15 metri di diametro. I protoni e i nucleoni sono tenuti insieme dalla cosiddetta “interazione forte”, una delle forze fisiche esistenti in natura, più forte della forza elettromagnetica. Le “interazioni forti” nel nucleo contrastano la repulsione elettromagnetica e tengono il nucleo insieme. I fisici chiamano queste forze colla nucleare.

Modelli atomici

Modello di Rutherford: l’atomo è simile a un sistema planetario, gli e^- ruotano intorno al nucleo.

Modello di Bohr: gli elettroni ruotano dentro orbite a livelli energetici fissi e possono passare in orbite a livelli energetici più elevati attraverso l’assorbimento di energia quantizzata. Un elettrone può passare solo da un’orbita ad un’altra. In queste transizioni, vengono coinvolte quantità fisse di energia (quanti), secondo l’equazione di Planck, E=hv.

Modello di de Broglie: l’elettrone si comporta come un’onda stazionaria (lambda = h di Planck/me ve). La lunghezza dell’onda corrisponde alla circonferenza dell’orbita (nlambda=2π*r). n è un numero intero (n = 1, 2, 3 etc.), ovvero l'energia dell'elettrone è quantizzata e dipende dalla dimensione dell'orbita (ovvero dal valore di r).

Se un elettrone è sia particella che onda, non possiamo definire la sua posizione precisa dato che un'onda si estende nello spazio. Si è così sviluppato il concetto di volumi di spazio in cui un elettrone è probabilmente presente (orbitali o nuvole elettroniche).

Schrödinger sostituì al concetto di traiettoria precisa con quello di funzione d’onda (ψ) mediante il quale è possibile disegnare delle zone intorno al nucleo dove è più probabile trovare un elettrone. L'equazione di Schrödinger incorpora dei numeri quantici per descrivere la distribuzione degli elettroni nell'idrogeno e negli altri atomi, derivati dalla soluzione matematica dell'equazione per l'atomo di idrogeno.

Numeri quantici

• N: Principale, Energia e distanza, 1,2,3,4..
• L: Momento angolare, Forma orbitale, Da 0 a N-1
• Mi: Magnetico, Orientamento, Da –L a + L
• Ms: Spin, Verso rotazione, +1/2 o -1/2

Se L=0 l’orbitale è s (se 1, p; se 2, d; se 3, f). Ogni orbitale può ospitare due elettroni caratterizzati da numero quantico di spin opposto.

Principio di esclusione di Pauli

L’esistenza (e l’energia) di un elettrone in un atomo è descritta da un unico valore della sua funzione d’onda ψ descritta dall’equazione di Schrödinger; due elettroni non possono avere gli stessi quattro numeri quantici.

Per sapere quanti orbitali ho dato un atomo, sapendo L, ricavo tutti i possibili Mi e, contandoli, ottengo il numero degli orbitali (oppure n+L). Esempio 2p, n=2, l=1, m=-1,0,+1. Allora ho 3 orbitali 2p. I diagrammi energetici relativi agli elettroni si riempiono tenendo conto che si riempiono prima i livelli a energia più bassa e a postazione singola per quanto riguarda lo spin (Regola di Hund).

Gli elettroni nel livello energetico più lontano dal nucleo sono quelli che si acquisiscono, perdono o condividono. I protoni attirano e tengono gli elettroni, ma