Riassunto esame "Fondamenti di chimica", prof. Antonino Famulari

16/09/19

CHIMICA

Scienza che studia la relazione tra la struttura e le proprietà della materia e le sue trasformazioni.

PROPRIETÀ CHIMICHE

Si evidenziano nel momento in cui una sostanza cambia o reagisce per formare un'altra sostanza.

TRASFORMAZIONE CHIMICA

Quando una sostanza si converte in una sostanza differente.

Es. Rame

Proprietà fisiche

• Lucentezza metallica
• Duttile e malleabile
• Buon conduttore

Proprietà chimiche

• Forma nel tempo un carbonato verde in aria umida
• Forma una soluzione blu scura in ammoniaca acquosa

MOLTO IMPORTANTI GLI STATI DELLA MATERIA

Solidi: molta interazione. Liquidi: meno interazione. Gas: interazioni minime.

In realtà questi stati sono tutti e 3 estremi.

MATERIA

• SISTEMI FISICAMENTE ETEROGENEI
• SISTEMI FISICAMENTE OMOGENEI
  • SISTEMI CHIMICAM. ETEROGENEI
  • SISTEMI CHIMICAM. OMOGENEI
    • ELEMENTI
    • COMPOSTI

miscele omogenee: stessa composizione in ogni parte

da miscela omogenea si possono ottenere gli elementi di partenza tramite metodi fisici e/o chimici.

COMPOSTO: insieme con composizione fissa di elementi differenti

es H₂O, H = 11.9%, O = 88.1% in massa.

le proprietà dipendono → NATURA ELEMENTI (KCl, NaCl)

→ MODO IN CUI SONO LEGATI

(CH₃CH₂OH, CH₃OCH₃)

ELEMENTI: tipo di materia che non può essere suddiviso

in sostanze più pure

NUMERO ATOMICO Z = numero di protoni nel nucleo di

ogni atomo

ATOMI → simbolo, tavola periodica (O, C, Fe, Ne, ...)

ELEMENTI → dipende dall'elemento:

• O₂ = particelle gassose biatomiche
• Ne = particelle gassose monoatomiche

COMPOSTI → dipende da composizione (H₂O, CO₂...)

(NON DANNO INFO SU STATO AGGREGAZIONE)

La materia è fatta di atomi! (con microscopia

SIMS si è riusciti ad osservare atomi su superficie Ni cristallina

CONSERVAZIONE DELLA MASSA

(per reazioni non relativistiche)

COMPOSIZIONE DEFINITA

Indipendentemente dall'origine di un composto, la percentuale

in massa di ciascuno degli elementi costituenti è la stessa.

sulle tavole periodiche ci sono le masse relative medie

le percentuali si sono ottenute grazie a esperimento spettro metro di massa

MASSA MOLECOLARE: somma delle masse atomiche degli atomi presenti in una molecola

es. C₂H₄O - 2c + 6H + 1M_O

Formule chimiche

• FORMULA MINIMA: Rapporto numerico minimo intero -> si ottiene da analisi minima elementare
• es. CH₂O (per glucosio)
• FORMULA MOLECOLARE: Indica anche il numero esatto di atomi in un composto. Si ottiene dalla formula minima conoscendo il peso molecolare
• FORMULA DI STRUTTURA: Indica anche modo in cui atomi sono legati (= info)

La mole

(UNITÀ DI MISURA CHE SI ABBREVIA IN mol; SIMBOLO n )

MOLE:

Quantità di sostanza che contiene tante entità elementari (atomi, ioni, molecole etc.) quanti sono gli atomi contenuti in 12 g esatti di ¹²C

Numero di Avogadro: N_A = 6.022 x 10²³ entità mol^-1

L' n° atomi di ¹²C in 1 mole ( = ^{massa molare 12C (da definizione)}/_{massa 1 atomo ¹²C})

n (mol) = N/N_A numero entità

n in relazione con ENERGIA e DIMENSIONE

l in relazione con la FORMA

m_l in relazione con ORIENTAZIONE RELATIVA DEGLI ORBITALI NELLO SPAZIO

Ogni autofunzione definita dai tre numeri quantici n, l, m_l, viene chiamata ORBITALE.

Ogni orbitale corrisponde ad un determinato stato quantico possibile dell’elettrone

es.

• n=1, l=0, m_l=0, 1 orbitale 1s
• n=2, l=0, m_l=0, 1 orbitale 2s
• n=2, l=1, m_l=0, ±1, 3 orbitali 2p
• n=3, l=0, m_l=0, 1 orbitale 3s
• n=3, l=1, m_l=0, ±1, 3 orbitali 3p
• n=3, l=2, m_l=0, ±1, ±2, 5 orbitali 3d

ORBITALI DEGENERI: caratterizzati da stesso livello energetico

(2s=2p, 3s=3p=3d)

Ψ non ha significato fisico diretto (non sono osservabili gli orbitali), ma la densità elettronica.

Forma degli orbitali determinata con coordinate polari sferiche

Ψ_n,l,m(r, θ, φ) = R_n,l(r) Y_l,m(θ, φ)

solo alcune possibilità, tali da mantenere punti fissi nonostante onda continui a vibrare

MA questo discorso vale solo per atomi con un solo elettrone (H, He^+, C^5+)

E_n = -cost.₁ⁿ

valida solo per atomi IDROGENOIDI

In un atomo di C, ad esempio, l'elettrone a parità di n energia che attrae l'elettrone è 36 volte quella di H. elettrone cresce molto la prima

PER ATOMI POLIELETTRONICI si introduce CARICA NUCLEARE EFFICACE, Z_eff (Z^*)

EFFETTO SCHERMO: dato che tra elettroni c'è repulsione e lì a e. propr.

carica efficace è quella effettivamente sentita dall'elettrone

Z_eff = Z - σ

E_r = -cost.₂ Z_eff²ⁿ

Non sarebbe risolvibile il problema gianaliticamente e inoltre (problema a 3 corpi)

orbit. di tipo diverso s, p, d, f, ma a stesso livello n penetrano nel nucleo in maniera diversa

quindi 's' penetra più di 'p'

per questo energia dello stesso livello varia leggermente 2 scan. di tipo

primo puntate con prob. max di 2s (vicino a nucleo)

EFFETTO SCHERMO CREA ATTRAZIONE MINORE CON NUCLEO

EFFETTO SCHERMO MAGGIORE PER ELETTRONI PIÙ LONTANI

EFFETTO SCHERMO DIPENDE ANCHE DA n (n₂>n₁, eff.sch.₂ > eff.sch.₁)

Ma, gli ioni non sono più stabili della forma neutra (regola di P. serve a capire se e che ione esiste)

PARAMAGNETICI: sistemi che hanno elettroni spaiati

DIAMAGNETICI: sistemi che hanno elettroni appaiati

DIAMAGNETICO passa dritto per campo magnetico

PARAMAGNETICO interagisce con campo magnetico

• elettroni di stati più interni sono più attratti da nucleo al crescere di Z (non interagiscono)
• elettroni più esterni sono quelli che interagiscono di più (ha un potenziale minore rispetto al proprio nucleo)

Proprietà periodiche

• a sx elementi hanno pochi elettroni in stato esterno e si comportano da metalli
• a dx hanno molti elettroni di valenza e gas nobili

PRIMO GRUPPO–> X⁺; SECONDO –> X²⁺; etc.

a sx elementi tendono a perdere elettroni per arrivare a gas nobile precedente –> IONI POSITIVI

creare uno ione costa energia (comportamento metallico)

Fe: [Ar] 3d⁶ 4s² - (perdendo 4s² –> Fe²⁺ si aggiungono anche un 3d¹ –> 3d⁵ –> Fe³⁺)

a dx elementi tendono a prelevare elettroni (ne bastano pochi per arrivare ad ottetto)

Legami ionici

Attrazione elettrostatica fra ioni di cariche opposte

L'idrogeno ha un'elettronegatività molto alta rispetto a quella del suo gruppo

• Solidi cristallini -> disposizione di cationi e anioni ordinati nella spazio
• Alte temperature di fusione
• Ben solubili in acqua

In acqua, molecole H₂O si inseriscono nel solido e impediscono interazione Na⁺ e Cl⁻ che si legano a cariche ẞ e Σ sulla fragilità

Perché viene sollecitata fila di reticolo, che si mette in corrispondenza con cariche stesso segno -> repulsione

Per rappresentare composti ionici si usa simbologia di Lewis

numero pallini = numero del gruppo

H ., Li .. Be .. C .. N .. O ..

Na: [Ne] 3s¹

Cl: [Ne] 3s² 3p⁵

Na: [Ne] -> Na⁺

Cl: [Ar] -> Cl⁻

Non è lo ione che è stabile ma il composto finale

Na⁺ + Cl⁻ → NaCl

-> Spendo ENERGIA RETICOLARE -> energia di stabilizzazione quando immerge elettroni nel reticolo ionico

Ciclo di Born-Haber

K⁺(g) + Cl⁻(g) -> energia degli ioni

K(s) + 1/2Cl₂(g) -> energia di atomi neutri -> ENERGIA RETICOLARE

KCl -> energia composto