Chimicain pillole

Per iniziare

La misura è la procedura con cui si assegna un valore numerico a qualche aspetto della materia

mentrela grandezza è la proprietà fisica di un sistema, come la lunghezza, il volume e il peso.Esistono grandezze indipendenti le cui unità dimisura sono dette unità fondamentali (lunghezza, massa, tempo, temperatura) e grandezze derivate, le cui unità di misura sono dette unità di misuraderivate (densità, forza, energia, pressione, caricaelettrica)

L'atomo

La materia è tutto ciò che occupa lo spazio e ha massa; un elemento è una sostanza sempliceformata da atomi dello stesso tipo; un atomo è la più piccola parte di un elemente che conserva tuttele proprietà chimiche dell'elemento.Una molecola è costituita dall'unione di due o piùatomi uguali o diversi, è la più piccola parte di un composto.L'atomo ha una parte centrale, nucleo, dove sitrovano protoni e neutroni, e una parte perifericadove si trovano gli elettroni.

Protoni = hanno carica positiva, il numero di protoni in un atomo è detto numero atomicoNeutrone = è elettricamente neutro, può essereconsiderato l'unione di protone e elettrone, ha la funzione di rendere stabile il nucleoElettroni = hanno carica negativa e hanno dimensionemolpo piccolaLa massa di un nucleo è uguale alla somma delle masse dei suoi costituenti (protoni e neutroni) e coincide con la massa dell'atomo intero.Il raggio di un atomo è molto più grande del raggio del suo nucleo perciò l'atomo è praticamente vuoto.Ogni elemento chimico ha un proprio simbolo, nellatavola periodica troviamo ogni elemento accompagnatoda numero di massa (in basso) e numero atomico (in alto)

Prime teorie sull'atomo

Il concetto di atomo è molto antico, già Democritoaveva proposto una sua teoria atomica. Le piùimportanti e in ordine cronologico sono:- Teoria atomica di Dalton (1802): tutti gli elementisono fatti diparticelle piccolissime chiamate atomi, nelle relazioni chimiche gli atomi conservano la loroidentità, atomi diversi si combinano tra loro creandocomposti.- Modello di Rutheford (1911): gli elettroni ruotanointorno al nucleo su orbite circolari, non si avvicina al nucleo per via della forza centrifuga [errato!]- Modello di Bohr (1913): gli elettroni si muovono suorbite stazionarie nelle quali non perdono energia, all'aumentare del raggio dell'orbita aumenta l'energiadell'elettrone.

Teoria odierna

- Modello ondulatorio dell'atomo (1930): l'elettrone simuove lungo un orbitale. Per orbitale si intende il luogodove vi è più del 90% delle probabilità di trovare un elettrone, perciò non si può parlare di traiettoria, cosìfacendo crea una nube di carica elettrica negativa.Esistono gli orbitali• s: orbitale a sfera, 7 sfere via via sempre più grandi.• p: 3 orbitali, ognuna a forma di 2 goccie unite al centro.• d: 5 orbitali• f: 7 orbitaliOgni orbitale non può contenere più di 2 elettroni; principio di Pauli. In più gli elettroni di uno stessoorbitale devono avere spin diverso, ovvero diversomovimento sull'asse.

Disposizione degli elettroni nell'atomo

L'ordine di riempimento degli orbitali segue anchel'ordine dato dalla loro energia.

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p...

Tavola periodica degli elementi

E' stata inventata da Mendeleev, in essa gli elementisono incasellati in ordine di numero atomico crescentein file orizzontali. Ogni riga orizzontale è detta periodoe corrisponde al riempimento degli orbitali di un livello. Ogni colonna è detta gruppo dove gli elementi hannostessa configurazione elettronica esterna.Il termine periodico sta ad indicare la periodicità dialcune caratteristiche degli elementi. Le proprietà chimiche e fisiche degli elementi non dipendono dal numero totale degli elettroni ma dallaconfigurazione elettronica esterna.Gli elementi dell'ottavo gruppo sono elementiestremamente stabili, sono gas poco reattivi e per questo detti gas nobili.

Alcuni gruppi della tavola periodica hannodenominazioni proprie:• I A : metalli alcalini;• II A : metalli alcalino-terrosi;• VII A : alogeni;• VIII A : gas nobili.

Isotopi

Gli isotopi sono atomi dello stesso elemento ma con diverso numero di massa perchè contengono un diverso numero di neutroni.Quindi sono atomi con stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni.Solo nell'idrogeno gli isotopi hanno nomi differenti:• prozio: 1 protone;• deuterio: 1 protone e 1 neutrone;• trizio: 1 protone e 2 neutroni.• Diversi sono gli isobari che hanno stesso numero di

massa ma diverso numero atomico, questi elementihanno proprietà chimiche e fisiche diverse.

La mole

Una mole di qualsiasi sostanza contiene unitàelementari di quella sostanza. Quindi una mole di un elemento corrisponde alla quantità di sostanza il cui peso, espresso in grammi, è pari numericamente al suopeso atomico (o peso molecolare, o peso formula).- una mole di C, pesa 12 g e contiene atomi dicarbonio- una mole di acqua pesa 18 g e contiene molecole di acquaLa mole si calcola attraverso una formula

dove PM sta per peso molecolare, ovvero la somma deipesi atomici degli atomi che compongono la molecola

Formule chimiche

Esistono diversi tipi di formule:• Formula bruta: formula che indica esclusivamente il

tipo e il numero di atomi che compongono la molecola.

• Formula di struttura: indica la disposizione spazialedegli atomi della molecola, mostrando come gliatomi sono legati tra loro e con quale tipo di legame

E' possibile calcolare la formula minima di una molecola attraverso la percentuale in peso di ogni elemento:

Oppure fare il procedimento inverso e ricavarne le percentuali:

I legami chimici

Nella formazione di legami chimici sono coinvolti glielettroni esterni, ogni elemento cerca diraggiungere l'ottetto, ovvero la configurazione piùstabile tipica dei gas nobili.L'ottetto viene raggiunto attraverso la condivisionedi elettroni (legame covalente) o attraverso la perdita o acquisizione di elettroni (legame ionico).

Legame covalente

Legame covalente: 2 atomi con uguale elettronegativitàcondividono una coppia di elettroni per raggiungerel'ottetto; in base al numero di elettroni condivisi siavranno legami semplici, doppi o tripli.• legame covalente α: quando l'orbitale degli elettroni

condivisi corconda l'asse che congiunge i 2 nuclei.• legame covalente π: quando l'orbitale degli elettroni

condivisi ha una sovrapposizioni laterale (formato da un orbitale a 2 lobi)

Legame dativoE' una forma particolare di legame covalente, in questocaso si ha un atomo con un doppietto di elettroni liberoe un atro atomo che ha un orbitale vuoto.

Ibridazione

L'ibridazione è un fenomeno per cui orbitali esterni con diversa energia si combinano tra loro per formare orbitali ibridi.Un semplice esempio è dato dal carbonio:

L'ibridazione può essere di 3 tipi:• Ibridazione sp3: quando un orbitale s e treorbitali p di uno stesso atomo si combinano

formando 4 orbitali ibridi.• Ibridazione sp2: quando due orbitali p e un

orbitale s di uno stesso atomo si combinanoformando tre orbitali ibridi.

• Ibridazione sp: coinvolge un orbitale p e un orbitale s e forma due orbitali ibridi.

L'ibridazione è un processo spontaneo in quanto favorisce la stabilità delle molecole.

Legame ionico e legame metallico

E' un legame che si forma tra atomi con elevatadifferenza di elettronegatività; è un attrazione di tipoelettrostatico tra due ioni di carica elettrica opposta. Nel caso del legame ionico non si formano né orbitalimolecolari, né molecole. I composti ionici sonoinvariabilmente solidi.

Legame metallico.Il legame tra gli atomi del metallo non è né ionico nécovalente, un pezzo di metallo è un insieme di cationi; ovvero un atomo che cede degli elettroni e quindi la carica del nucleo non è più bilanciata, contrario è l'anione, ovvero un atomo che riceve elettroni.I metalli hanno un elevata conduttività elettrica e termica.

Legame a idrogeno

E' un legame elettrostaticoche si forma tra un atomo di idrogene già legato covalentemente e un altro atomo molto elettronegativo.E' un legame molto debole che richiede pocaenergia per essere spezzato, è il legame tipico dellemolecole d'acqua. Nel caso dell'acqua il legame ad idrogeno determina che allo stato solido il ghiaccioabbia una struttura cristallina e occupi maggiorespazio rispetto allo stato liquido.

Le soluzioni

Una soluzione è una miscela omogenea tra 2 componenti: il solvente, componente più abbondante; e il soluto, componente meno presente.L'acqua è un buon solvente per la maggior parte deicomposti ionici.Soluzione satura: una soluzione che contiene la massima quantità di un dato soluto che il solvente è in grado di sciogliere.La solubilità è influenzata da: la natura del solvente e del soluto (simile scioglie simile), la temperatura(processo endotermico aumenta con la temperatura,processo esotermico diminuisceall'aumentare della temperatura), la pressione nellasolubilità tra gas e liquidi.

Vi sono poi anche fattori che aumentano la velocità didissoluzione come l'agitazione, la temperaturae il grado disidduvisione del soluto.Le proprietà chimiche di una soluzione dipendono dallaconcentrazione e non dalla natura chimica del soluto; nellesoluzioni viene variata la temperatura di ebollizione e di gelo, infatti una soluzione gela al di sotto dei 0° e bolle al di sopradei 100°.L'osmosi è quel fenomeno per cui si ha la migrazionespontaneo delle molecole del solvente da una soluzione piùdiluita verso una più concentrata. La pressione osmotica è la pressione che bisogna applicare alla soluzione, a contatto con il solvente tramite una menbrana semipermeabile, perchè la soluzione non venga diluita.Due soluzioni con pressione osmotica uguale sono detteisotoniche.

Composti inorganici e nomenclatura

Il numero di ossidazione di un atomo di un elementoindica il numero di elettroni che l'atomo ha in difetto o in eccesso rispetto all'atomo allo stato isolato (ugualnumero di protoni ed elettroni). In genere il numero diossidazione dell'ossigeno è -2 mentre quellodell'idrogeno è +1.La cessione di elettroni si chiama ossidazione mentrel'acquisto si chiama riduzione; un atomo si ossida se aumenta il suo numero di ossidazione e si riduce se ilnumero di ossidazione diminuisce.Gli elementi però possono avere più numeri diossidazione, nella maggior parte dei casi sono i metallidi transizione e alcuni dei gruppi IV A e V A. In questicasi è necessario distinguere i diversi composti che un metallo può formare insieme ad uno stesso non metallo.

Nel caso di 2 diversi numeri di ossidazione: • desinenza -oso, per il numero di ossidazione minore

(ferroso, rameoso, piomboso)• desinenza -ico, per il numero di ossidazione maggiore

(ferrico, rameico, piombico)Nel caso in cui vi siano vi siano più di 2 numeri di ossidazionesi usa questa nomenclatura:• +1 o +2; ipo- -oso, acido ipocloroso• +3 o +4; -oso, acido cloroso• +5 o +6; -ico, acido clorico• +7; per- -ico, acido perclorico

Ossidi

Gli ossidi sono composti binari formati dallacombinazione di un elemento (tranne i gas nobili e ilfluoro) con l'ossigeno. Esistono gli ossidi dei metalli, ossidi basici; e gli ossidi dei non metalli, ossidi acidi o anidridi.Ossidi basici: composti ionici binari formati da un catione metallico (elemento con n° di ossidazione +n) e dallo ione ossido (l'ossigeno con n° di ossidazione -2).Anidridi: composti binari formati da un non metallo e ossigeno; in questo caso se il numero di ossidazionedell'elemento è unico allora il nome del composto sarà:anidride+radice del nome del non metallo+ desinenza -ica (anidride carbonica)

Idracidi

Sono composti binari formati da H (idrogeno) e unodei seguenti non metalli S (zolfo), F (fluoro), Cl(cloro), Br (bromo) e I (iodio).Questi compostipossono essere sciolti in acqua e in questo caso sicomportano come gli acidi.Il nome viene attribuito aggiungendo la desinenza -idrico alla radice del nome del non metallo, preceduto dalla parola acido.

Idrossidi o basi.

Composti ionici ternari (ovvero tre elementi) formati da un catione metallico (numero ossidazione+) e da tanti ioni idrossido (OH-) quanti ne occorrono per neutralizzare la carica del catione.

es. idrossido di calcioGli idrossidi si preparano facendo reagire gli ossidibasici con l'acqua.La nomenclatura in questo caso si ottienesostituendo la parola idrossido a quella dell'ossidocorrispondente.

Ossiacidi o acidi ossigenati

Composti ternari molecolari formati da idrogeno, un non metallo oppure un metallo di transizione e ossigeno, scritti nella formula in quest'ordine.La nomenclatura deriva da quella degli anidridi, sostituendo alla parola anidridi la parola acidomantenendo invariati prefissi e desinenze.

es. acido borico; acido carbonico...

Sali

Sono composti ionici formalmente derivati dagliacidi per sostituzione totale o parziale degli atomidi idrogeno con uno o più cationi metallici.

Schema generale:

Bilanciamento delle reazioni chimiche

Nelle reazioni chimiiche la massa dei reagenti deveessere uguale a quella dei prodotti; per questo deveessere bilanciata. Per bilanciare un'equazionebisogna seguire delle regole:• il numero di atomi di un dato elemento presente nel

lato reagenti e nel lato prodotti deve essere lo stesso.

• il coefficiente 1 non si indica.• tutti i coefficienti devono avere il minimo valore

intero possibile.