Scienza e tecnologia dei materiali - Appunti

Fondamenti Di Chimica

Teoria Atomica Di Dalton - 1808

Dalton non fu il primo a proporre la struttura atomica della materia (le prime idee risalgono al tempo Dei Greci) ma fu il primo a procurare l'evidenza scientifica sperimentale dell'esistenza degli atomi.

La sua teoria si può così riassumere

• LA MATERIA E' COMPOSTA DA ATOMI
• GLI ATOMI DI UNO STESSO ELEMENTO SONO UGUALI E HANNO STESSE PROPRIETA'
• ATOMI DI ELEMENTI DIVERSI SONO DIVERSI
• NEI PROCESSI CHIMICI GLI ATOMI RIMANGONO INALTERATI
• UN COMPOSTO SI FORMA MEZZO LA COMBINAZIONE DI ATOMI DI ELEMENTI DIVERSI MEDIANTE RAPPORTI DI NUMERI INTERI

Scoperta Degli Elettroni

Fo Thomson attraverso l'experiment stondico a olxare la scoperta degli elettroni.

Il tobo catodico montava come i arro catodici (o saggi loul seminavano devisti da un campo magnetica.)

Thomson dinomstro che i sangi catodici erano formati da cariche ellettiche negatiche che furrono denominati ELETTONI. Experimenti intergi con gas innelle & imontene sul tobo endelmonanavo l'esistenza di particelle cariche pastinomemele.

Modello Atomico Di Rutherford (immediatamente accettato)

L'experiment con la lamma p'rosa di Rutherford furto dila formulazione del modello atomico

• La quasi totalità della massa è concentrata nel nucleo con carica Ze+ (Z= n° elettroni dall'atomo al modelo)
• Vi sono Z elettroni formo al modello (litarmo e montro)
• Z è utto numero atomico dell'elemento

Gli Atomi di uno stesso elemento sono uguali?

L'utilizzo di uno spettrometro di massa evidenzia l'esistenza di isotopi ovvero atomi di uno stesso elemento diversi tra loro per numero di atomi tra loro per nuero di neutroni e di conseguenza diversa massa atomica.

Spiegato in breve: all'interno dello spettrometro alcuni atomi di un fascio vengono ionizzati strappando con elettronico al fascio vengono ionizzati strappando con l'interno un campo elettrico divergente dall'interno di un campo magnetico vengono divisi rispetto al fascio principale. Esso è dovuto ad una differenza di energia cinetica che denota un diverso rapporto:

CARICA _{A A} MASSA

• E = NUMERO di MASSA
• Z = NUMERO ATOMICO
• n = N. Atomi

H = N. di neutroni { Nm di MASSA = A = Z + n

Protoni, Neutroni, Elettroni

La massa degli elettroni è circa 1870 volte inferiore a quella dei protoni e dei neutroni. La totalità della massa di un atomo è concentrata nel nucleo. La presenza dei neutroni ha lo scopo di compensare l'effetto repulsivo delle cariche positive impedendo così ai nuclei degli atomi pesanti di disgregarsi.

MP, N < He + Mu

La differenza della massa viene convertita in energia. Per via delll'esistenza degli isotopi la massa atomica viene calcolata come:

MASSA ATOMICA = MASSA ISOTOPICA X ABBONDANZA RELATIVA

ATOMI POLIELETTRONICI

Ogni elettrone si muove in un certo campo dovuto all'attrazione nucleare e alla repulsione degli altri elettroni.

Gli orbitali atomici sono più ricchi dei corrispondenti orbitali atomici dell'atomo di idrogeno.

Gli elettroni degli atomi polielettronici si dispongono a strati. Gli strati più lontani dal nucleo hanno energia più elevata.

Occorre tenere conto della _n che è energia cinetica!!!

Si ha la precedenza di degenerazione fra gli orbitali:

• h_s, h_p, ind, annesso

- Delle tassonomie di Lewis vengono rappresentati solo gli elettroni dello stato di valenza. Gli elettroni degli strati interni non sono menzionati.

Teoria VSEPR (geometria della molecola)

“Teoria della repulsione delle coppie elettroniche dello stato di valenza”

- La geometria di una molecola è legata alla sua struttura elettronica e quindi alle sue proprietà.

- La teoria VSEPR fornisce risultati approssimativi su:

• Distanze di legame
• Angoli di legame

- Le coppie di elettroni di legame si respingono e quindi si collocano il più lontano possibile tra loro per minimizzare la repulsione.

- Le disposizioni di minima energia sono:

• Lineare < SR=2
• Triangolare planare < SR=3
• Tetraedrica < SR=4
• Bipiramidale trigonale < SR=5
• Ottaedrica < SR=6

- Mentre i tipi di repulsione in ordine di forza sono:

• Tra coppie solitarie
• Tra coppia solitaria e elettroni di legame
• Tra elettroni di legame e elettroni di legame

- Sono quindi le coppie solitarie a determinare la geometria della molecola.

Gas Ideale

• particelle in continuo movimento che occupano in modo omogeneo tutto lo spazio a disposizione.
• Le particelle non hanno volume proprio (trascurabile rispetto alla distanza tra loro).
• Le particelle non interagiscono tra loro.
• Gli urti tra particelle sono totalmente elastici.

Condizioni di un Sistema

• STANDARD: T: 25°= 298,15 K e P: 101,325 kPa = 1 Atm
• NORMALI: T: 0° = 273,15 K e P: 101,325 kPa = 1 Atm

Legge di Boyle (isotermo)

Se nell'ambiente circostante la temperatura rimane invariata, pressione e volume variano a scapito: PV = C con C= costante. P= \frac{C}{V} = C*( \frac{ 1 }{ V }

Se all'interno di un sistema CHIUSO all'istante t₁ e t₂ variamo pressione e volume vale: P₁V₁ = P₂V₂

Legge di CHARLES (isobara)

A pressioni sufficientemente basse tutti i gas, raddoppiando il volume, temperatura immutata e avvicinandosi alla stana limite si trasformano alla stane quantità. V = V₀( 1 + \frac{ T }{ 273,15° C}

Il volume di un gas varia linearmente con la temperatura.

Legami Chimici

Legame Covalente

egame generalmente tra non metalli, uguali e aventi una differenza di elettronegatività ridotta (0/0,4). Si realizza mediante condivisione di elettroni provenienti da orbitali esternamente riempiti.

cov.- pure > tra atomi di elementi uguali , mole elettroneca distribuita uniformemente

cov.- polare > tra atomi di elementi diversi tra cui re e una differnza di elettronegatività tra 0,4 e 1,7. In questo caso gli elettroni saranno maggiormente attratti dall’ atomo piu elettronegativo con conseguente distorsione della nube elettronica

cov.- dativo > entrambe gli elettroni di uno e qui’ legame vengono donati da un unico atomo detto donatere che doma vinadi un so lone paire.

Legame Ionico

egame tra ioni con carica di segno opporto. Gil elementi nonovom gumai avere una forte differenza di elettronegativito alche il legame sia iovrte.

elettronegativo elettro positivo

Caratteristiche dei camparti ionici:

• Il legame iorico non è dizrezionole
• Sono saldi a temperatura ambiente
• Hanno temperature de fusione ed ebollerione elevotksame
• Buna conducibilità ddo stato solido cd allo do stato liquido
• Sono solubili in aqua e zen dono ia solzione conoddttivo
• Sono comprati molto trasferi

PARAMETRI DI CELLA

a, b, c → lunghezze

α, β, γ → angoli

• CUBICO → a = b = c / α = β = γ = 90°
• TETRAGONO → a = b ≠ c / α = β = γ = 90°
• ORTOROMBICO → a ≠ b ≠ c / α = β = γ = 90°
• ROMBOEDRICO → a = b = c / α = β = γ ≠ 90°
• ESAGONALE → a = b ≠ c / α = β = 90° / γ = 120°
• MONOCLINICO → a ≠ b ≠ c / α = γ = 90° / β ≠ 90°
• TRICLINICO → a ≠ b ≠ c / α ≠ β ≠ γ ≠ 90°

CRISTALLI IONICI

- Atomi con differenza di elettronegatività elevata

- I e II gruppo con VI e VII → immagazzinano elettroni (non solo)

- Quasi sempre ossido calcico (ione circondato da 6 ioni)

Reticolo = cationi + anioni (tutti carichi)

Se 0,414 < sup>R_cat/R_an < 0,732 → ione circondato da 6 ioni

Se sup>R_cat/R_an > 0,732 → 8 alle celle centrate (ioni più grandi)

CRISTALLI COVALENTI

- Cristalli in cui gli atomi sono legati tra loro da legami covalenti

DIAMANTE => CF₈