Riassunto esame Chimica Generale

Possibili domande teoriche I parte “Fondamenti di chimica e chimica organica”

Prof.ssa Raffaini

LEZIONE 1 INTRODUZIONE

SUDDIVISIONE DELLA MATERIA (IN BASE ALLO STATO DI

- AGGREGAZIONE ED IN BASE ALLA COMPOSIZIONE)

materia:

sostanze pure

 elementi

o composti

o

miscele (fisicamente separabili in sostanze pure)

 materia omogenea

o materia eterogenea

o

SOSTANZA PURA

- sostanza pura = non è scindibile ulteriormente attraverso mezzi fisici

sistema omogeneo

 composizione definita e costante che tale rimane anche sotto sollecitazioni

 esterne

possiede una formula chimica.

 si divide in:

 elementi: costituiti da atomi dello stesso tipo =

o composti: costituiti ad atomi diversi uniti in rapporti fissi (H2O)

o

COSA S’INTENDE PER ELEMENTO?

- elemento = porzione di materia costituita da atomi dello stesso tipo (= numero

atomico Z)

non scindibile per via chimica

 non ottenibile per via chimica

 nelle reazioni chimiche vengono coinvolti gli elettroni periferici

 nelle reazioni nucleari vengono coinvolti i nuclei atomici



COSA S’INTENDE PER ALLOTROPIA (DI I E II SPECIE)

- forme allotropiche diverse forme dello stesso elemento



differiscono in proprietà fisiche e chimiche

allotropia di 1° specie:

stesso elemento ma diverso il modo con cui sono concatenati gli atomi

 diversi legami chimici tra gli atomi

 es: carbonio diamante e grafite



allotropia di 2° specie:

stesso elemento ma diversa struttura/architettura molecolare

 stessi legami chimici tra gli atomi

 es: carbonio grafite, fullereni, nanotubi



COSA S’INTENDE PER COMPOSTO

- composto = porzione di materia costituita da atomi di diverso tipo

omogenea

 proprietà specifiche e composizione chimica costanti

 Pag. 1

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COSA S’INTENDE PER POLIMORFISMO

- polimorfismo = fenomeno che si manifesta allo stato solido di alcuni composti

polimorfi = diverse forme cristalline dello stesso composto

differiscono solo in alcune proprietà fisiche

es: biossido di titanio

MISCELA: OMOGENEA ED ETEROGENEA

- miscela = insieme di sostanze pure (elementi e/o composti) che si possono

fisicamente separare

miscela omogenea

 composizione uniforme in qualunque punto della massa

o composizione chimica variabile in modo continuo entro un certo

o campo

gassosa = aria, liquida = ottenibile tramite distillazione, solida =

o ottone

miscela eterogenea

 ha composizione diversa a seconda dei punti della massa

o si possono distinguere diverse fasi (porzioni omogenee limitate e

o definite)

- mix eter. liquido-liquido (1 stato, 2 fasi) immiscibilità



- mix eter. liquido-solido (2 stati, 2 fasi) filtrazione



ATOMO E IONI

- ioni = atomi con carica elettrica

cationi perdono elettroni



anioni acquistano elettroni



MOLECOLA

- molecola = numero finito di atomi legati da legami chimici covalenti

COSA INDICA UNA FORMULA CHIMICA? UNA FORMULA

- MOLECOLARE? UNA FORMULA MINIMA?

formula chimica molecolare quanti e quali atomi sono presenti nelle



molecole

formula minima quali elementi sono presenti nelle molecole ed il loro



rapporto minimo (è una proporzione)

COSA INDICA LA FORMULA CHIMICA / FORMULA BRUTA IN UN

- COMPOSTO IONICO?

formula bruta quali elementi sono presenti nei composti ionici e il loro



rapporto (proporzione); rispetta il principio di elettroneutralità

COSA S’INTENDE PER NUCLIDE?

- nuclide = singola specie nucleare dotata di proprio numero atomico e numero

di massa Pag. 2

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COSA INDICA IL NUMERO ATOMICO Z? COSA INDICA IL NUMERO DI

- MASSA?

numero atomico Z = numero protoni = numero elettroni

numero di massa A = numero protoni + numero neutroni

COSA S’INTENDE PER ISOTOPO? RIPORTARE UN ESEMPIO

- isotopi = nuclidi con stesso numero atomico, ≠ numero di massa (≠ numero di

neutroni) 12 -24

uma = 1/12 massa isotopo C = 1,66*10 g

168

es: O A=16, Z=8



COSA SI INTENDE PER DIFETTO DI MASSA

- -24 23

difetto di massa = (A*1,7*10 g*6,02*10 uma) – A = A*PA - A

-24

(differenza tra (n + n ) * |m (=m =1,7*10 g)| e il numero di massa A)

P N P N uma

è proporzionale all’energia di legame tra i costituenti dell’atomo; tale energia

rappresenta la quantità necessaria che occorre fornire per far avvenire la

reazione di decomposizione del nucleo.

COSA S’INTENDE PER NUCLIDE STABILE, INSTABILE E

-

RADIOATTIVITÀ?

maggiore è |energia di legame|, maggiore è la stabilità del nucleo considerato

nuclidi stabili rimangono inalterati per un tempo così lungo da rendere

 

impossibile l’accertamento delle loro eventuali trasformazioni

nuclidi instabili vanno incontro a decadimento radioattivo (Z cambia):

 

per emissioni α

o -

per emissioni β (1n->1p): A costante, Z aumenta di 1

o +

per emissioni β (1p->1n): A costante, Z diminuisce di 1

o

decadimento radioattivo = processo mediante il quale un nuclide si trasforma

spontaneamente in un altro nuclide, liberando energia sottoforma di calore,

radiazioni e particelle diverse.

radioattività = emissione di particelle da parte di nuclidi instabili

PA, PM. CONCETTO DI MOLE E NUMERO DI AVOGADRO

- PA [/] = peso atomico massa atomica espressa in uma



PM [/] = peso molecolare massa molecolare espressa in uma



n [mol]= quantità di sostanza pari al PA o PM; corrisponde a un numero fisso di

atomi o molecole

-1 23

N [mol ] = numero di Avogadro 6,022*10



AV

MASSA MOLARE

- M [g/mol] = massa molare massa in g di una mole di sostanza



m(g) = n(mol)*M(g/mol)

COSA È UN REAGENTE LIMITANTE E LA RESA DI UNA REAZIONE

- reagente limitante = reagente il cui esaurimento impedisce alla reazione di

proseguire fino al completamento (si trova dopo aver bilanciato la reazione

considerando il più piccolo dei rapporti n(mol)/coeff.stech.)

resa di una reazione η = rapporto (grammi ottenibili) / (grammi ottenuti) Pag. 3

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LEZIONE 2 STATO GASSOSO

COSA È L’ENERGIA INTERNA DI UN SISTEMA

- +

energia interna U = E E

cin pot

è una funzione di stato: ΔU = U - U

f i

CARATTERISTICHE DEI GAS IDEALI

- particelle puntiformi volume molecolare trascurabile

 

moto caotico

 urti perfettamente elastici assenza di dissipazioni

 

non esercitano forze di attrazione o repulsione senza interazioni

 

2

hanno solo energia cinetica E = (½)mV =(3/2K)T

 cin

direttamente proporzionale a T assoluta

indipendente dalla natura del gas, da P e da V

K = costante di Boltzmann

EQUAZIONE DI STATO DEI GAS IDEALI

- PV = nRT

variabili di stato: P [atm], V [l], n [mol], T [K]

-1 -1 -1 -1

R = 0,082 [L*atm*mol *K ] = 8,31 [J*mol *K ]

TRASFORMAZIONE ISOTERMA, ISOCORA, ISOBARA, PRINCIPIO

- DI AVOGADRO E VOLUME MOLARE

isoterma = T costante legge di Boyle

 

PV = costante grafico (P,V) = ramo di iperbole



P1*V1=P2*V2

isobara = P costante legge di Charles

 

V/T = costante grafico (T,V) = bisettrice



(V1/T1)=(V2/T2)

isocora = V costante legge di Gay Lussac

 

P/T = costante grafico (T,P) = bisettrice



(P1/T1)=(P2/T2)

principio di Avogadro

 V/n = costante grafico (n,V) = bisettrice



(V1/n1)=(V2/n2) Pag. 4

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Prof.ssa Raffaini in condizioni standard (T=0°C, P=1atm) questo volume, detto volume

molare V è = 22,414 l per tutti i gas ideali.

m

MISCELE DI GAS IDEALI: LEGGE DI DALTON

- P *V = n *R*T

TOT TOT

dove P = ∑pi con i є [1, n.ro gas presenti nella miscela]

TOT

dove n = ∑ni con i є [1, n.ro gas presenti nella miscela]

TOT

FRAZIONE MOLARE, PRESSIONE PARZIALE, VOLUME PARZIALE

- frazione molecolare xi = ni/n TOT

∑xi =1 con i є [1,n.ro gas presenti nella miscela]

pressione parziale del gas i-esimo pi=xi* P TOT

volume parziale del gas i-esimo Vi=xi*V

GAS REALI: CARATTERISTICHE GENERALI

- volume e interazioni molecolari non trascurabili

 approssimabili ai gas ideali quando P e T sono tali da trascurare il

 covolume e le interazioni tra le molecole

P basse gas rarefatti



o T alte elevate energie cinetiche



o

COS’È LA PRESSIONE CRITICA E LA TEMPERATURA CRITICA?

- i gas reali possono subire liquefazione (da gassoso a liquido):

per raffreddamento: mantenendo P costante al di sotto della temperatura

 critica T, un gas reale passa dallo stato (g)->(i)

per compressione: mantenendo T costante al di sotto della pressione

 critica P, un gas reale passa dallo stato (g)->(i)

LEZIONE 3 TERMOCHIMICA

IN GENERALE

COSA STUDIA LA TERMODINAMICA CHIMICA

- termodinamica studia se una reazione può compiersi spontaneamente per



raggiungere uno stato di equilibrio

COSA STUDIA LA TERMOCHIMICA

- termochimica studia le proprietà macroscopiche della materia: pone in



relazione V, T, P, n negli scambi di energia che avvengono tra un sistema e il suo

intorno

REAZIONI ESOTERMICHE ED ENDOTERMICHE

- esotermica: cessione di calore dal sistema verso l’ambiente

 endotermica: assorbimento di calore da parte del sistema

 Pag. 5

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I PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

- = conservazione dell’energia tra sistema e intorno ΔU = 0



q = calore [1cal=4,184J]; q<0 ceduto dal sistema, q>0 fornito al sistema

w = lavoro [J]; w<0 compiuto dal sistema, w>0 compiuto sul sistema

w = -P*ΔV, lavoro contro pressione P esterna

ΔU = q + w

V non costante (w≠0) ΔU = q – P*ΔV q = ΔU + P*ΔV

  

V costante (w=0) ΔU = q = calore scambiato a Volume costante

  v

COSA SONO I CALORI DI REAZIONE, LE ENTALPIE DI REAZIONE E

- DA COSA DIPENDONO

entalpia H = U + PV

p non costante ΔH = ΔU +P*ΔV + V*ΔP

 

P costante ΔH = ΔU +P*ΔV = q = calore scambiato a Pressione

  P

costante

entalpie di reazione = calori di reazione quando una reazione avviene a P

costante; esse dipendono da:

quantità di reagenti

 stato fisico (solido, liquido, gassoso) dei reagenti e dei prodotti

 condizioni di Temperatura e Pressione H(P,T) = funzione di stato

 

COSA INDICA UN ∆H° ?

- reaz

entalpia di reazione ΔH° = H – H = H – H

reaz fin iniz prod reag

reazione esotermica ΔH<0

 

reazione endotermica ΔH>0



∆H è riferito a una generica P costante

reaz

∆H° (°= standard) è riferito a P costante =1atm

reaz

COSA SI INTENDE PER STATO STANDARD?

- stato standard = forma più stabile di una sostanza a P=1atm e T considerata

stato std (s) solidi puri = forma cristallina stabile

 

stato std (l)

 liquido puro se solvente



o soluzione ideale (molto diluita) se soluto



o

stato std (g) gas puri = gas ideali (rarefatti)

 

COSA È UNA REAZIONE DI FORMAZIONE E COSA INDICA UN

- ∆H° ?

formaz

in una reazione di formazione ΔH° = ∆H°

reaz formaz

∆H° = entalpia standard di formazione calore in gioco nella formazione



formaz

di 1mol di composto partendo dagli elementi tutti allo stato standard quando P

è costante.

es: ∆H° [CH (g)] è il calore in gioco quando si forma 1mol di CH a partire da C

f 4 4

e H nel loro stato standard C(s,graf) e H (g)

2

NB: elementi allo stato standard hanno ∆H° = 0

formaz Pag. 6

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LEGGE DI HESS

- legge di Hess in un processo a più stadi, ΔH° complessivo è la somma delle

 reaz

singole entalpie di reazione ΔH dei singoli stadi:

reazione condotta a P costante: aA(std) + bB(std) cC(std) + dD(std)



ΔH° = cΔH° + dΔH° - aΔH° - bΔH°

reaz formaz,C formaz,D formaz,A formaz,B

COSA È UNA FUNZIONE DI STATO. PORTARE UN ESEMPIO.

- funzioni di stato = grandezza fisica il cui valore dipende solamente dalle

condizioni assunte da un sistema all'inizio e alla fine di una trasformazione

termodinamica

energia interna U = U()

entalpia H = H(P,T)

REAZIONI DI COMBUSTIONE DI IDROCARBURI: COSA È IL ∆H° ?

- comb

QUALI SONO I PRODOTTI?

in una reazione di combustione ΔH° = ∆H°

reaz comb

∆H° =