Riassunto chimica 1

Appunti di chimica I di Ghi Luca

pH=-log[H O ] in condizioni a temperatura standard (25°C o 298,15 K)

+

3 15

0 7

pH >> 7 è dato da una soluzione fortemente basica (si dissocia completamente, no reagenti)

pH > 7 è dato da una soluzione debolmente basica (si dissocia parzialmente)

pH = 7 è dato da una soluzione neutra

pH < 7 è dato da una soluzione debolmente acida (si dissocia parzialmente)

pH << 7 è dato da una soluzione fortemente acida (si dissocia completamente, no reagenti)

O(l) H O (aq) + A (aq)

HA(aq) + H + -

⇋

2 3 +

[ ]

Percentuale di depronotazione = 3 × 100%

[]

Sia il numero di moli iniziali, il numero di moli finale, il coefficiente stechiometrico e il grado di

avanzamento della reazione, allora

= + = 0

Se alla fine della reazione rimangono ancora dei reagenti, allora i è un reagente limitante.

La resa di una reazione corrisponde a quanto dei reagenti ha reagito e dato dei prodotti. Si ricava dalla

.

formula �

=

− / , dove A è una costante

La velocità specifica k di una reazione è data dalla formula = ×

specifica per ogni reazione, E l’energia di attivazione ed e il numero di Nepero

a � ,

le frazioni molari di tale elemento, ovvero le frazioni

Preso un elemento i, siano

=

�

� , M la massa molare e la massa molare media, avremo che

massiche di i, ovvero

=

.

�

= ∙ �

La densità di un sistema omogeneo è .

= �

à ()

La concentrazione molare è pari a .

c (M o mol/L) = ()

Da queste deriva che .

= ×

1

=

[V] = m 3

[p] = Pa

[n] = mol

[T] = K 3 −2 3

× × ×

×

[ ]

= = = =

× ×

× ×

In caso di miscele di gas perfetti avremo:

�

=

� �

� con che rappresenta il volume occupato da una mole di gas.

= = �

Per il principio di indeterminazione di Heisenberg, potremo calcolare la probabilità di trovare un

elettrone in un dato punto, senza però averne mai la certezza.

L’arrotondamento deve essere eseguito in modo da ridurre al minimo il valore assoluto della differenza

tra il numero originale e quello arrotondato.

Se il risultato di un’operazione, si usa una precisione pari al numero di cifre significative presenti e si

aggiungono tra parentesi ulteriori due cifre.

Se invece il risultato è definitivo, si usano le cifre significative richieste dall’operazione.

In caso di addizioni e sottrazioni, il risultato va approssimato al numero di cifre decimali pari a quelle del

dato di partenza con meno numeri dopo la virgola.

In caso di moltiplicazioni e divisioni, il risultato va approssimato al numero di cifre significative pari a

quelle del numero con minor precisione.

In caso di logaritmo, si guardano quante sono le cifre significative del numero originario e si riportano

nel risultato tante cifre decimali quante erano quelle significative.

Esistono molti tipi di orbitali, di cui i 4 principali sono s, p, d, f. Esistono 7 orbitali s (1s→7s) occupato

ciascuno da 2 elettroni, 6 orbitali p (2p→7p) occupato da 6 elettroni, 4 orbitali d (3d→6d) occupato da

10 elettroni e 2 orbitali f (4s→5f) che raggruppa 14 elettroni.

Ogni volta che un orbitale è completo, si passa al successivo. Pertanto il primo periodo, che è composto

una volta completo e

da due elementi e pertanto può contenere due elettroni, corrisponderà al 1s 2

pertanto potrà essere sostituito con [He]. 2

Successivamente avremo tutti gli orbitali occupati con il [Ne], 1s 2s 2p o [He]2s 2p . Nel quarto periodo

2 2 6 2 6

avremo il [Kr], [Ar]4s 4p 3d . Con gli orbitali f, invece, ne troveremo uno completo con [Rn], nel sesto

2 6 10 6p 5d 4f .

gruppo, con orbitali [Xe]6s 2 6 10 14

Gli elettroni in ciascun orbitale si appaiano quando hanno spin opposti (½ e -

½). Osservando le configurazioni elettroniche degli elementi con numero

atomico crescente, vengono occupati i sottogusci successivi prima di appaiarsi.

Pertanto avremo un comportamento come nell’immagine a fianco.

L’agente ossidante è l’elemento che perde elettroni, pertanto dopo la reazione il suo numero di

ossidazione sarà aumentato.

L’agente riducente è l’elemento che acquista elettroni, pertanto dopo la reazione il suo numero di

ossidazione sarà diminuito.

Condizioni standard (STP) 273,15 K = 0°C e 100kPa = 1 bar

Condizioni normali (NTP) 273,15 K = 0°C e 1 atm = 101325 Pa = 760 mmHg

Condizioni ambiente standard (SATP) 298,15 K = 25°C e 100kPa = 1 bar 3

Un numero quantico è un numero che specifica il valore di una proprietà dell’elettrone e contribuisce a

definire lo stato quantico dell’elettrone stesso. Esistono 4 numeri quantici: n, il numero quantico

principale, l, il numero quantico secondario,

m, il numero quantico magnetico e ms, il

guscio sottoguscio orbitale numero quantico di spin.

l=0

n=1 0 1s Il numero quantico principale n

•

s definisce l’energia dell’elettrone e può

l=0 2s assumere solo valori interi positivi (0,1,2,…).

0 3s

s Correlato alla dimensione e all’energia

n=2 dell’orbitale.

l=1 - 2p

0 1 Il numero quantico secondario l

•

3p

p 1 definisce il sottolivello energetico a cui

l=0 4s appartiene l’orbitale in cui è presente

0 5s

s l’elettrone. l può assumere valori che vanno

da 0 a n-1 (0,1,2,3…,n-1).Se l=0, saremo in un

l=1 - 4p

n=3 0 1 orbitale s, l=1 sarà un orbitale p, l=2 sarà d, l=3

5p

p 1 sarà di tipo f e così via. Dà la forma

l=2 - - 3d dell’orbitale.

0 1 2 4d

d 2 1 Il numero quantico magnetico m

•

determina le proprietà dell’atomo quando è

l=0 6s sottoposto a un campo magnetico esterno.

0 7s

s Può assumere tutti i valori interi compresi tra l

e -l. Dà l’orientazione nello spazio

dell’orbitale.

6p

l=1 - Il numero quantico di spin ms può

•

0 1 7p

p 1 assumere solo i valori ½ e -½ e definisce lo

n=4 stato magnetico dell’elettrone.

Gli orbitali monoelettronici con pari energia

l=2 - - 5d

0 1 2 sono chiamati degeneri. Pertanto, con l pari a

6d

d 2 1 0, avremo m=0 e 1 orbitale degenere. Con l

pari a 1, m potrà essere pari a -1, 0 e 1, quindi

l=3 - - - 4f avremo 3 orbitali degeneri. Pertanto potremo

0 1 2 3 5f

f 3 2 1 considerare il numero di orbitali degeneri

secondo lo schema a fianco.

In un atomo non possono esistere due elettroni con lo stesso insieme di numeri quantici, pertanto

potranno essere presenti solo 2 elettroni per orbitale (principio di esclusione di Pauli). ,

Inoltre le energie degli orbitali aumenteranno allontanandosi dal nucleo, pertanto < < <

ma orbitali del livello successivo contengono maggior energia degli altri ( ).

<

2 3 4

Secondo il principio di Aufbau, per costruire la configurazione elettronica di un atomo con Z elettroni,

bisogna:

1. Si aggiungono elettroni a partire dall’orbitale 1s (quello con minore energia).

2. Riempito un orbitale, si passa a quello energicamente più prossimo fino ad aver posizionato tutti

gli Z elettroni. 1

3. Ogni orbitale può contenere al massimo 2 elettroni con spin appaiati (uno con spin e uno con

2

1 ).

spin − 2

4. Nel caso di più orbitali nel sotto-guscio, si inseriscono tutti gli elettroni con spin paralleli e poi

eventualmente si aggiungono quelli antiparalleli in modo da appaiarli.

Se un atomo si trova a un livello energetico superiore a quello definito dal principio di Aufbau, viene

definito in stato eccitato.

Più ci si allontana dal nucleo (quindi con numero quantico principale n più alto), le differenze tra un

livello e l’altro diminuiscono e pertanto non è raro trovare elementi in cui il principio di Aufbau non sia

3d e il rame Cu [Ar]4s 3d .

rispettato. Alcuni esempi sono il cromo Cr [Ar]4s 1 5 1 10

Per raggio atomico si intende metà della distanza che separa i due nuclei.

Se si parla di un metallo, allora questo diventa metà della distanza che separa i centri di due

• atomi nel campione solido. In questo caso si parla di raggio metallico.

Se non si parla di un metallo o un metalloide, la metà della distanza tra i centri di due atomi

• assume il nome di raggio covalente. Da questi si possono anche ricavare i raggi noti, conoscendo

il raggio covalente di uno dei due elementi legati e la distanza totale.

Per i gas nobili, il raggio equivale al raggio di Van der Waals.

•

Il raggio atomico:

Aumenta all’aumentare del numero quantico principale.

• , ovvero lungo il periodo ( ).

Diminuisce all’aumentare della carica effettiva Z

• >

eff

L’energia di prima ionizzazione è la minima energia necessaria per allontanare un elettrone dall’atomo

1

neutro allo stato gassoso. Aumenta da sinistra a destra lungo un periodo e diminuisce all’aumentare del

numero quantico principale. Si misura in .

�

5

Legami: Ionici: l’elemento metallico cede elettroni a un elemento non metallico fino a ridursi al numero

• di elettroni del più vicino gas nobile.

Sono pertanto legami catione-anione.

Covalente: coppia di elettroni condivisa tra due atomi (vd. modello di Lewis). Avremo sempre

• legame singolo C-H, legame doppio C=O e legame triplo C≡C.

Ibridazione degli orbitali:

• Legame π: gli orbitali si sovrappongono e si ottiene un piano nodale lungo l’asse

o internucleare.

Legame σ: gli orbitali si sovrappongono e si ottiene a una simmetria cilindrica e non si

o hanno piani nodali lungo l’asse internucleare.

Un legame singolo è dato da un legame σ. Un doppio legame da un legame &sigm