1° Modulo - Chimica

CHIMICA

Postulati di Dalton

• Ciascun elemento è costituito da particelle elementari molto piccole dette Atomi.
• Tutti gli atomi di uno stesso elemento sono identici.
• Gli atomi di elementi differenti hanno proprietà differenti.
• Le reazioni chimiche non riescono a mutare gli atomi di un elemento in quelli di un altro, nel corso delle reazioni chimiche gli atomi non si creano ne si distruggono.
• I composti traggono origine dalla combinazione di atomi di almeno 2 elementi.
• In un dato composto il numero relativo e la specie degli atomi sono costanti.

Leggi ponderali fondamentali della chimica

La massa non si distrugge ne si crea ma si trasforma; e in una reazione chimica un reagente reagisce con un altro reagente secondo quantità ben precise e definite.

esempio:

Carbonio [1gr] + Silicio [1gr] → (Carburo di Silicio [1,425gr]) Carbonio [0,575gr] Silicio [0,0gr]

Carbonio [0,425gr] + Silicio [1,5gr] → (Carburo di Silicio [1,425gr]) Carbonio [0,0gr] Silicio [0,500gr]

Possiamo notare che per ogni grammo di Silicio reagisce sempre 0,425 gr di Carbonio.

esempio

Se abbiamo Ferro (Fe) + Zolfo (S) ⟶ (FeS) Solfuro di ferro.

• Ferro [1 gr] + Zolfo [1gr] ⟶ Solfuro di ferro [1,57gr]
• Zolfo [0,43 gr]

oppure

• Ferro [1,5 gr] + Zolfo [0,57 gr] ⟶ Solfuro di ferro [1,57gr]
• Zolfo [0,9 gr]

Ovvero, per ogni grammo di ferro reagiscono 0,57 grammi di Zolfo

Legge delle proporzioni definite ^{[Legge di Proust]}

Due elementi si combinano tra loro secondo un rapporto in massa definito e costante

Legge delle proporzioni multiple

Quando due elementi si combinano in rapporti diversi per formare più composti differenti, le masse di un elemento si combinano masse dell’altro elemento che si trovano fra loro in un rapporto semplice e intero.

Particelle Subatomiche

Numerosi esperimenti condotti fin dalla fine del XIX secolo hanno evidenziato che gli atomi sono costituiti da particelle più piccole chiamate subatomiche.

• protoni
• neutroni
• elettroni

Esperimento per determinare i Protoni

Esperimento di Goldstein _[1886-1940] nel _[1911] con un tubo catodico con un catodo modificato, su cui venivano realizzati dei fori che permettevano il passaggio alle cariche positive che dotate delle giuste energie urtavano la parete terminale del tubo dove era presente uno schermo fluorescente al solfuro di zinco che veniva reso luminoso delle collisione di queste ioni.

Massa del protone = 1.67 x 10^-27 Kg [1836 volte l'elettrone]

Carica del protone = +1.6 x 10^-19 C

Spettrometro di Massa

Obiettivo: determinare la massa del protone

Composto da:

1. Una parte iniziale: dove si introduce il gas, una pompa che lo rende perfetto, inseriti due elettrodi che generano un campo elettrico, in grado di accelerare particelle elettriche.
2. Seconda parte, collimatore, che collimava le particelle, e permetteva il passaggio delle particelle attraverso una zona dove è presente un campo elettrico e un campo magnetico. Questi ultimi vengono aggiustati in tal modo da permettere che il cammino delle particelle sia lineare [ovvero che le forze magnetiche e quelle elettriche si equilibrino e contrapponino].
3. Terza parte, zona dove è presente solo un campo magnetico quindi particelle soggette solo alle forze di Lorence che le portò ad avere una traiettoria circolare.

Il raggio di tale traiettoria è una funzione legata alla massa; tanto maggiore è la massa, tanto minore è il raggio di curvatura.

_{r = ^m/q dove He, Hm sono due campi magnetici.}

Massa Atomica Relativa o Peso Atomico

u.m.a = 1.6605 x 10^-24 g ovvero 1.6605 x 10^-27 Kg

Protone = massa pari a 1.0073 u.m.a ovvero 1.6726 x 10^-24 g

Neutrone = massa pari a 1.0087 u.m.a ovvero 1.6749 x 10^-24 g

Massa Atomica Relativa [MAR] [o peso Atomico] di un nuclide è il rapporto tra la massa effettiva dell'elemento considerato e la massa campione pari a 1/12 della massa del ¹²C [1.6605 x 10^-24 g]

MAR = numero Adimensionale che dice quante volte il nuclide considerato pesa più dell'unità chimica di massa.

Cenni Storici:

Prima usarono l'Idrogeno [H]Poi l'ossigeno [O] ma ci sono troppi isotopi e si creavano scale diversePoi cambiarono nel Carbonio ¹²C e lo divisero per 12.

Esempio:

Calcolati il peso atomico dell'"N" la cui massa per atomo è 2.3252 x 10^-23 g

MAR = ^{2.3252 x 10-23}/_{1.6605 x 10^-24} = 14,003

CHIMICA

Lezione 28/02/2022

L'Atomo

Nel 1910 Rutherford (1871-1937), per studiare la struttura atomica, bombardò una lamina d'oro con particelle α (atomi di elio con 2 cariche positive).

Osservò:

• gli atomi fossero costituiti da spazi vuoti, e che
• tutta la massa fosse concentrata in una zona piccolissima, carica positivamente: NUCLEO

Configurazione Elettronica

Modello atomico di Bohr-Sommerfeld (1913)

Legge fondamentale della meccanica classica

• Forza di Coulomb: \( \frac{1}{4 \pi \varepsilon_0} \frac{qq'}{r^2} = \text{centripeta} = \frac{mv^2}{r} \)
• dove \( \varepsilon_0 = 8.85 \times 10^{-12} \, \text{F/m} \)
• è constante dielettrica del vuoto

1) ^{e^2}/_k = m_v²/r

• r = ^{e^2}/_mv²
• v = ^e/_^kvm

2) Quantizzazione momento angolare

• mvr = n \frac{h}{2 \pi}
• dove h = 6.626 \times 10^{-34} \, \text{J/sec}

Secondo Numero Quantico [l]

detto anche Numero Quantico Angolare

b = semiasse minore   a = semiasse maggiore

l = 0

• 0 < b/a ≤ 1

l = 1

• 0 < K/(K + l) ≤ 1   n = K + l

l = 2

• 0 < (n - l)/n ≤ 1   ⇒ l < n
• n - l ≤ n   ⇒ l ≥ 0

0 ≤ l ≤ n - 1

esempio

• per n = 1   ⇒ l = 0
• per n = 2   ⇒ 0 ≤ l ≤ 1   ⇒ l = 0, 1
• per n = 3   ⇒ 0 ≤ l ≤ 2   ⇔   l = 0, 1, 2

n = K + 1   e   0 ≤ l ≤ n - 1

Principio di Indeterminazione di Heisenberg

Δx · Δp_x ≥ ^h/₂

Tale principio di indeterminazione afferma che non è possibile determinare con certezza contemporaneamente la posizione e la quantità di moto di una particella, in particolare dell'elettrone intorno al nucleo.

Tipi di Orbitali

Orbitale di Tipo S

[ n = 1, 2, 3,   l = 0   m = 0 ]

Orbitale di Tipo P

[ n = 2, 3,   l = 1   m = -1, 0, +1 ]

• m_z = +1
• m_z = -1
• m_z = 0

Nel passare degli elementi del VII gruppo a quelli dell'VIII si ha un aumento del raggio atomico (dal VII ai gas nobili); infatti la configurazione elettronica stabile porta l'atomo ad avere minor contenuto di energia.

Calcolo della Carica Nucleare Effettiva Zeff

Regola di Slater

1. Elettroni che appartengono a livelli superiori rispetto a quello dell'elettrone in esame non danno nessun contributo alla schermatura.
2. Se l'elettrone in esame è in un orbitale ns, np, allora valgono le seguenti considerazioni.
   1. Ogni elettrone del livello ns, np dà un contributo pari a 0.35 alla schermatura, tranne per il livello 1s che dà contributo pari a 0.3.
   2. Ogni elettrone del guscio (n-1) dà un contributo pari a 0.85.
   3. Ogni elettrone del guscio (n-2) o inferiori dà un contributo pari a 1.00.
   4. Se il livello esterno è completo per ciascun elettrone appartenente allo stesso livello il coefficiente è uguale a 0.85 mentre per tutti quelli più interni è pari a 1.
3. Se l'elettrone in esame è in un orbitale nd, nf valgono le seguenti considerazioni.
   1. Gli elettroni del gruppo nd, nf danno un contributo pari ad 0.35.
   2. Tutti gli altri elettroni del livello e sottostanti contribuiscono con coefficiente pari a 1.00.