Domande aperte di Chimica generale e organica - modulo 1

Isotopi e la tavola periodica degli elementi

Z, hanno lo stesso numero di protoni e di elettroni, ma differiscono per il numero dineutroni. Gli isotopi hanno quindi diverso numero di massa A e diversa massaatomica. Un esempio di isotopi naturali sono quelli dell’idrogeno: il prozio 1H, moltopiù abbondante rispetto agli altri due suoi isotopi, e composto da un protone e unneutrone (A=1); il deuterio 2H composto da un protone, un neutrone ed un elettrone(A=2); e il trizio isotopo radioattivo 3H composto da un protone, un elettrone e dueneutroni (A=3); la massa atomica dell’idrogeno sulla tavola periodica, come per tuttigli altri elementi, è indicata tenendo conto dell’abbondanza isotopica in natura.

Descrizione della tavola periodica

La tavola periodica degli elementi fu ideata da Mendeleev allo scopo di ordinare i varielementi. La tavola periodica è composta da righe (periodi) e colonne (gruppi) ed ognielemento è disposto uno accanto all’altro secondo numero atomico Z.

La tavola periodica degli elementi è un sistema di organizzazione degli elementi chimici in base al loro numero atomico (numero di protoni contenuti nel nucleo, che corrisponde anche al numero di elettroni che lo orbitano). Si dice "periodica" perché le proprietà fisiche e chimiche degli elementi variano periodicamente in funzione del numero atomico. Le 7 righe di cui è composta la tavola si chiamano periodi ed indicano il livello principale di energia sul quale è possibile trovare gli elettroni di valenza degli elementi del periodo. Le colonne chiamate gruppi hanno una doppia numerazione: da uno a 18 e una in numeri romani da I a VIII; questi ultimi indicano il numero degli elettroni di valenza; gli elementi dello stesso gruppo hanno la stessa configurazione elettronica esterna. Altre proprietà periodiche sono l'elettronegatività che cresce da sinistra verso destra e dal basso verso l'alto; l'energia di ionizzazione e l'affinità elettronica che crescono analogamente all'elettronegatività; e il raggio.

atomico che aumenta dall'altro verso il basso e da destra verso sinistra.

7) Descrivere le principali scoperte ed accennare le leggi che hanno rivoluzionato la chimica nei primi del Novecento.

Durante il Novecento la scienza è stata protagonista di grandi scoperte e cambiamenti. Maxwell descrive la luce come onde elettromagnetiche, dotate di lunghezza d'onda e frequenza da cui nasce l'equazione c=h*v dove c è la velocità della luce nel vuoto che rimane costante, h è la lunghezza d'onda e v è la frequenza. Planck formula l'equazione E=h*v dove h è la costante di Planck, E l'energia e v la frequenza; praticamente afferma che l'energia è un'onda che si propaga in quanti tutti della stessa dimensione. Bohr postulò la teoria per cui gli elettroni si trovassero in determinate zone chiamate orbitali ed Heisemberg affermò che non si può sapere nello stesso momento la posizione di un

Il elettrone e la sua energia.

Fornire una descrizione degli orbitali di un atomo:

Un orbitale atomico è una porzione di spazio attorno al nucleo in cui si ha la più alta probabilità di trovare un elettrone. Negli atomi non eccitati esistono quattro tipi di orbitali stabili: s, p, d, f. Per il principio di indeterminazione di Heisemberg non si può conoscere contemporaneamente sia l'energia di un elettrone che la sua posizione. Gli orbitali sono descritti da tre numeri quantici: n (da 1 a infinito, valori interi) indica la dimensione dell'orbitale e l'energia dell'elettrone; l (da 0 a n-1) fornisce la forma dell'orbitale, m (da 0 a +-l) descrive l'orientamento dell'orbitale.

Scrivi la configurazione elettronica mediante quadratini e freccette di un atomo avente configurazione 1s² 2s² 2p³. Di che atomo si tratta?

Nel primo quadrato 1s² ci sono due freccette con verso opposto, nel secondo quadrato 2s² ci sono due freccette con...

mediante quadratini e freccette di un atomo avente configurazione 1s2 2s2 2p3. Di che atomo si tratta? Nel primo quadrato 1s2 ci sono due freccette con verso opposto, nel secondo quadrato 2s2 ci sono due freccette con verso opposto, negli ultimi tre quadrati 2p3 ci sono una freccetta per ogni quadrato tutte con lo stesso verso. Per sapere di che atomo si tratta mi basta contare quante freccette ci sono in totale che corrispondono al numero di elettroni dell'atomo; essendo un atomo con 7 elettroni posso affermare che si tratta di un atomo di azoto (N) con numero atomico 7.

dell'atomo di Fluoro, F, con la rappresentazione mediante quadratini e freccette

L'atomo di fluoro ha numero atomico 9 per cui ha 9 elettroni; le freccette corrispondono agli elettroni quindi dovrò avere 9 freccette. Nel primo quadrato 1s² ci sono due freccette con verso opposto, nel secondo quadrato 2s² ci sono due freccette con verso opposto, negli ultimi tre quadrati 2p⁵ ci sono nei primi due, due freccette ciascuna con verso opposto e nell'ultimo una sola freccetta.

12) Descrivere le regole per la definizione della configurazione elettronica di un elemento.

La prima regola è che si riempiono prima gli orbitali con livelli energetici più bassi, ogni sottolivello di un orbitale può contenere al massimo due elettroni aventi spin opposto. I tipo di orbitali in ordine crescente di livello energetico sono s, p, d, f. Negli orbitali s dotati di un solo sottolivello posso stare al massimo due elettroni con spin opposto; negli orbitali p dotati di tre

sottolivelli con la stessa energia potranno stare 6 elettroni in tutto (due elettroni in ogni sottolivello con spin opposto), avendo stessa energia i 3 sottolivelli degli orbitali p si riempiranno prima con un elettrone ciascuno; negli orbitali d dotati di 5 sottolivelli equi energetici possono stare al massimo 10 elettroni e lo riempimento elettronico è analogo a quello degli orbitali p; negli orbitali f dotati di 7 sottolivelli equi energetici posso stare al massimo 14 elettroni con riempimento analogo agli orbitali p ed d.

13) Scrivi la configurazione elettronica dell'atomo di Ossigeno, O, con la rappresentazione mediante quadratini e freccette

L'atomo di ossigeno ha numero atomico 8 per cui ha 8 elettroni; le freccette corrispondono agli elettroni quindi dovrò avere 8 freccette. Nel primo quadrato 1s² ci sono due freccette con verso opposto, nel secondo quadrato 2s² ci sono due freccette con verso opposto, negli ultimi tre quadrati 2p⁴ ci sono nel primo, due freccette.

14) Descrivere per grandi linee la periodicità degli elementi.

La periodicità degli elementi chimici nella tavola periodica è data dal fatto che le proprietà fisiche e chimiche degli elementi variano periodicamente in funzione del numero atomico. Le 7 righe di cui è composta la tavola si chiamano periodi ed indicano il livello principale di energia sul quale è possibile trovare gli elettroni di valenza degli elementi del periodo. Le colonne chiamate gruppi hanno una doppia numerazione: da uno a 18 e una in numeri romani da I a VIII; questi ultimi indicano il numero degli elettroni di valenza; gli elementi dello stesso gruppo hanno la stessa configurazione elettronica esterna. Altre proprietà periodiche sono l’elettronegatività che cresce da sinistra verso destra e dal basso verso l’alto; l’energia di ionizzazione e l’affinità elettronica.

che crescono analogamente all'elettronegatività; e il raggio atomico che aumenta dall'alto verso il basso e da destra verso sinistra. 15) Fornire una descrizione del legame chimico. Il legame chimico è un'attrazione che si verifica tra due atomi quando i loro elettroni di valenza si organizzano in modo da creare una forza elettrostatica che li tiene uniti. Esistono 3 tipi di legami chimici: legame covalente, legame ionico e legame metallico. Nel legame covalente gli elettroni di valenza vengono condivisi tra i due atomi quindi si crea quando la differenza di elettronegatività tra i due atomi coinvolti non è troppo alta, solitamente deve essere minore di 1,9; gli esempi più classici di legami covalenti sono quelli che si creano nelle molecole biatomiche dello stesso elemento come O2, Cl2, ecc. in cui la differenza di elettronegatività è 0 per cui non si creano cariche parziali tra i diversi atomi. Nel legame ionico gli elettroni divalenza si sovrappongono e si combinano per formare nuovi orbitali ibridi. Questi orbitali ibridi sono orientati nello spazio in modo da massimizzare la sovrapposizione degli elettroni di valenza e formare il legame chimico. La teoria del legame di valenza spiega anche la natura direzionale dei legami chimici, cioè la preferenza degli atomi di formare legami in determinate direzioni nello spazio. Questa preferenza è determinata dalla geometria degli orbitali ibridi e dalle forze di repulsione tra gli elettroni. Inoltre, la teoria del legame di valenza tiene conto della polarità dei legami chimici, cioè della distribuzione asimmetrica degli elettroni tra gli atomi. La polarità di un legame dipende dalla differenza di elettronegatività tra gli atomi coinvolti. In sintesi, la teoria del legame di valenza fornisce una spiegazione dettagliata del modo in cui gli atomi si legano tra loro per formare molecole, tenendo conto della sovrapposizione degli orbitali, della geometria molecolare e della polarità dei legami.

valenza si uniscono creando un nuovo orbitale, attorno a tutti e due gli atomi, che contiene tutti gli elettroni di valenza dei due atomiche verranno quindi condivisi. Secondo questa teoria se si vengono a sovrapporre due orbitali frontalmente si crea un orbitale sigma più forte, mentre se i due orbitali si uniscono lateralmente si verrà a creare un legame pi greco meno forte. Secondo la teoria degli orbitali molecolari, invece, durante un legame, tutti gli elettroni di ciascun atomo concorrono nella formazione del legame e vengono ridistribuiti in orbitali molecolari con diversi livelli energetici. La prima teoria descrive meglio i legami da un punto di vista qualitativo e per molecole allo stato fondamentale, invece la teoria degli orbitali molecolare descrive meglio i legami quantitativamente e per molecole eccitate.

17) Descrivere la teoria degli orbitali molecolari.

Secondo la teoria degli orbitali molecolari durante un legame, tutti gli elettroni di ciascun atomo concorrono

nella formazione del legame σ e π vengono ridistribuiti gli elettroni negli orbitali molecolari con diversi livelli energetici.