By Giulia Fabrizi 2E De Filis
La Chimica Generale
´ La chimica è quella scienza che si occupa della struttura della materia e le trasformazioni che subisce ´ La fisica si occupa di quei fenomeni che riguardano la materia lasciandone inalterata la struttura
Fenomeni fisici La molla si allunga in funzione della forza che applichiamo su di essa; se cessa la forza essa ritorna allo stato iniziale
Nel passaggio di stato da solido a liquido dell’acqua la molecola di H2O non cambia perciò ci troviamo davanti ad una trasformazione fisica
Fenomeni chimici La combustione di un fiammifero comporta la trasformazione dello zolfo in anidride solforosa
S
+
O2
L’ossidazione del ferro comporta la sua trasformazione in ruggine
Miscugli e Soluzioni
I Miscugli I Miscugli possiedono le proprietĂ delle sostanze che lo formano
Le Soluzioni Una miscela omogenea viene anche definita s o l u z i o n e . In una soluzione il componente presente in quantitĂ maggiore viene definito solvente, gli altri soluti. A seconda dello stato fisico in cui si presentano, possiamo distinguere le soluzioni liquide, costituite da un solvente liquido che contiene disciolto un soluto solido, un liquido, oppure un gas, dando rispettivamente vita a : soluzioni del tipo solido in liquido, del tipo liquido in liquido, o gas in liquido. Esistono anche soluzioni in fase gassosa (aria) e in f a s e s o l i d a ( l e g h e ) .
Struttura dell’atomo Nel 1808, John Dalton spiegò i fenomeni chimici secondo i quali le sostanze sono formate dai loro componenti secondo rapporti ben precisi fra numeri interi, ipotizzando che la materia fosse costituita da atomi. Verso la fine dell'Ottocento (con la scoperta dell'elettrone) fu dimostrato che l'atomo non era indivisibile, bensì a sua volta composto da particelle più piccole (alle quali ci si riferisce con il termine "subatomiche"). In particolare, l'atomo è composto da un nucleo carico positivamente e da un certo numero di elettroni, carichi negativamente, che gli vibrano attorno senza un'orbita precisa, i cosiddetti gusci elettronici. Il nucleo è composto da protoni, che sono particelle cariche positivamente e da neutroni che sono particelle prive di carica: protoni e neutroni sono detti nucleoni.
L'atomo (dal greco àtomos -, indivisibile, così chiamato perché inizialmente considerato l'unita più piccola ed indivisibile della materia, risalente alla dottrina dei filosofi greci Leucippo, Democrito ed Epicuro, detta atomismo) è la più piccola parte di ogni elemento esistente in natura che ne conserva le caratteristiche chimiche. Struttura dell’atomo
´ I costituenti degli atomi sono sempre gli stessi ma non il loro numero perciò sarà proprio questo a distinguere un atomo dall’altro
• In particolare due atomi diversi avranno un diverso numero di protoni (e perciò anche di elettroni)
Tavola Periodica La tavola periodica degli elementi è lo schema col quale vengono ordinati gli atomi sulla base del loro numero atomico. Ideata dal chimico russo Dimitrij Mendeleev nel 1869, contemporaneamente ed indipendentemente dal chimico tedesco Julius Lothar Meyer (1830 -‐ 1895), inizialmente contava numerosi spazi vuoti, previsti per gli elementi che sarebbero stati scoperti in futuro, taluni nella seconda metà del 1900. La tavola periodica si articola in gruppi e periodi: Ø Ogni gruppo (colonne verticali della tavola) comprende gli elementi che hanno la stessa configurazione elettronica esterna (modo in cui gli elettroni si dispongono attorno al nucleo). All'interno di ogni gruppo si trovano elementi con caratteristiche simili. Ø Ogni periodo (linee orizzontali delle tabella) inizia con un elemento il cui atomo ha come configurazione elettronica esterna un elettrone di tipo s, o ns dove n è il numero quantico principale, e procedendo verso gli atomi successivi del periodo, il numero atomico Z aumenta di una unità ad ogni passaggio.
La tavola periodica degli elementi
LA LEGGE DEGLI ORBITALI
´ Nel 1913 il fisico danese Niels Bohr si prefisse l'obiettivo di modificare il modello atomico di Rutherford per eliminarne l'aspetto contraddittorio. Egli inizialmente accettò per buona l'idea del nucleo centrale con gli elettroni esterni, proposto da Rutherford, anche perché quel modello era il risultato di un fatto sperimentale inconfutabile. Poi però vi apportò delle modifiche sostanziali avvalendosi della teoria dei quanti di Planck. ´ Bohr affrontò il problema nella sua forma più elementare: la costruzione del modello dell'atomo dell'idrogeno. Scelse l'idrogeno sia perché si trattava dell'atomo più semplice di tutti (un nucleo centrale con carica positiva con un unico elettrone che gli gira intorno), sia perché lo spettro di quell'elemento si presentava anch'esso in forma molto semplice, con pochissime righe ben distanziate fra loro.
-
-
- - -
-
nucleo
-
-
-
- - -
-
Gli elettroni sono distribuiti intorno al nucleo in strati sferici concentrici e situati a varie distanze da esso.
Questi strati sono detti anche orbite o livelli energetici e rappresentano l’energia degli elettroni. PiÚ gli elettroni sono distanti, maggiore è la loro energia.
Niels Bohr scoprĂŹ anche che ogni orbita poteva contenere un numero massimo di elettroni secondo la relazione:
Numero massimo elettroni in un’orbita = 2n2 dove n rappresenta il livello energetico Livello energetico 1
Numero massimo di elettroni
K
2 * 12 = 2
2
L
2*
22
3
M
2 * 32 = 18
4
N
2 * 42 = 32
5
O
2 * 52 = 50
6
P
2 * 62 = 72
7
Q
2 * 72 = 98
=8
In realtà questa relazione è valida solo per i primi 4 livelli energetici
Il Legame Chimico
Si dice molecola qualsiasi aggregato elettricamente neutro di atomi, tenuti assieme abbastanza fortemente così da essere considerati come una sola entità. L’attrazione netta tra due atomi entro una molecola è detta legame chimico. In altri casi, invece, non è possibile individuare un tale aggregato discreto di atomi. Le proprietà chimiche e fisiche di elementi e di composti sono determinate non solo dalla loro composizione chimica, ma anche dal modo in cui i loro atomi sono legati.
Legame Ionico Quando due o più atomi si uniscono per formare una molecola, può esserci competizione per gli elettroni disponibili tale da avere il quasi completo trasferimento d'uno o più elettroni da un atomo all'altro. In tal modo gli atomi risultano carichi e sono legati fortemente dalle forze elettrostatiche esistenti tra gli anioni negativi e i cationi positivi. La formazione di un legame ionico l'asportazione un elettrone di da La formazione di un comporta legame ionico comporta di l'asportazione un elettrone atomo, unda processo chiamato ionizzazione, e l'energia un atomo, un processo chiamato ionizzazione, necessaria è il potenziale di ionizzazione di quell'atomo e l'energia necessaria è il potenziale di ionizzazione di (v. ioni; ionizzazione). atomo acquista un elettrone e la quell'atomo (v. ioni; L'altro ionizzazione). L'altro atomo acquista un misura della capacità farlo è dettadiaffinità elettrone e lasua misura della di sua capacità farlo èelettronica detta affinità dell'atomo. dell'atomo. Quando un atomo di sodio e uno di cloro elettronica interagiscono, per esempio, forma il sale da cucina. per Quando un atomo di sodio e siuno di cloro interagiscono, esempio, si forma il sale da cucina.
Legame Covalente Quando la competizione per gli elettroni di legame non è tanta quanta nel legame ionico, gli elettroni esterni vengono condivisi e si forma una legame covalente. Gli elettroni esterni che partecipano al legame si chiamano elettroni di valenza. Per esempio, due atomi di idrogeno, ognuno con valenza uno, possono combinarsi per formare la molecola biatomica di idrogeno, mettendo in compartecipazione due elettroni. Mentre i due atomi si avvicinano la nuvola elettronica di un atomo risente della forza attrattiva del nucleo dell'altro.
Antoine Lavoisier fu uno dei padri fondatori della chimica moderna perché scoprì e verificò delle leggi chimiche. Il principale contributo che Lavoisier diede alla chimica fu quello di dimostrare che , nelle reazioni chimiche la massa dei prodotti che si formano è uguale alla massa dei reagenti che si trasformano. Questa regolarità trova espressione nella LEGGE DELLA CONSERVAZIONE, detta anche LEGGE DI LAVOISIER.
Lavoisier
Legge delle proporzioni definite (o legge di Proust)
Un composto puro, qualunque sia l’origine o il modo di preparazione, contiene sempre quantità definite e costanti degli elementi proporzionali alla loro massa Anidride Carbonica CO2: 100 g di CO2 contengono sempre 27,3 g di carbonio e 72,7 g di ossigeno: 27,3% di C e 72,7% di O
Monossido di Carbonio CO: 100 g di CO contengono sempre 42,9 g di carbonio e 57,1 g di ossigeno: 42,9 % di C e 57,1 % di O
Le Ossidazioni METALLO + OSSIGENO
OSSIDO BASICO (OSSIDO)
NON METALLO + OSSIGENO
L’ossidazione è una reazione chimica in cui un elemento o un composto si combina con l’ossigeno
OSSIDO ACIDO (ANIDRIDE)
L’ossidazione dipende dal cosiddetto « numero di ossidazione» cioè il numero di elettroni che un atomo mette in gioco durante la reazione con l’ossigeno
Acidi e Basi Acidi e basi sono tra le sostanze pi첫 comuni presenti in natura e sono normalmente presenti nelle nostre case. A
B
Acidi e soluzioni acide (A) e basi e soluzioni basiche (B) sono comunemente utilizzati per la pulizia della casa e nel settore alimentare.
27
Proprietà degli acidi e delle basi Nel 1675 Boyle descrisse gli acidi come le sostanze che: hanno sapore aspro; reagiscono con i metalli liberando idrogeno; sono solventi; danno reazione di neutralizzazione con le basi; colorano di rosso la cartina tornasole. Le basi invece: sono amare; danno reazione di neutralizzazione con gli acidi; colorano di blu la cartina tornasole.
Ossido acido +acqua àacido
Ossido basico +acqua àbase (idrossido) 28
Riconoscere acidi e basi ´ Per sapere se si è in presenza di una base o di un acido si possono usare degli Indicatori, particolari sostanze che hanno la capacità di assumere colorazioni diverse a seconda dei composti con cui si mettono a contatto.
Ph di alcune sostanze
I Sali Mescolando soluzioni acquose di un acido e una base, si sviluppa una reazione detta di neutralizzazione, che ha la caratteristica di procedere rapidamente e di produrre un sale. Il cloruro di sodio si può ottenere in laboratorio facendo reagire l’acido cloridrico (HCL) con l’idrossido di sodio (NaOH) secondo la reazione:
HCl+NaOH
NaCl +H2O
L’acido solforico e l’idrossido di sodio NaOH, ad esempio, producono acqua e solfato di sodio secondo la reazione:
H2SO4+2NaOH
2H2O+Na2SO4