la chimica di base in 30 pagine

8/10/2019 La Chimica Di Base in 30 Pagine

1/30

1

LA CHIMICA di base IN 30 PAGINE Questo testo stato scritto e pensato come strumento di ripasso per i corsi di Chimica di Ingegneria del primoanno. Anzi, lho scritto per il mio ripasso di Chimica, ma perch non condividerlo con tutti?Ci tengo a dire che non sostituisce il corso di Chimica e se non avete studiato non vi fornir tutte le nozioninecessarie per superare l esame (poi se ce la fate lo stesso meglio per voi). Non escludo la presenza di errori diortografia e concettuali. Se ne trovate e volete segnalarmeli, il mio indirizzo email [email protected] Lintero documento stato creato dalle sl ide fornite nel corso del prof. Gerbaldi.

Spero sar uno strumento utile per molti di voi. Imbocca al lupo!

Fabiano Sarcinella

SommarioNOMENCLATURA DEI COMPOSTI INORGANICI ................................................................................................... 2LA MATERIA CHE VEDIAMO............................................................................................................................... 2

MOLI&CO ........................................................................................................................................................ 3LA STRUTTURA DELLATOMO: OSSERVAZIONI CHE CONDUSSERO AL MODELLO NUCLEARE ATOMICO ................... 3

LA STRUTTURA DELLATOMO: LATOMO QUANTISTICO E LA SUA STRUTTURA ELETTRONICA .............. ........ ........ .CONFIGURAZIONE ELETTRONICA DEGLI ELEMENTI .............................................................................................

TAVOLA PERIODICA (TP) E PERIODICIT CHIMICHE ............................................................................................. 7

QUANDO CAMBIA IL N.O., BILANCIAMENTO DELLE REDOX ......... ......... ........ ....... ........ ......... ........ ....... ........ .......IL LEGAME CHIMICO (I): LE SOSTANZE COME PRODOTTO DELLE INTERAZIONI TRA ATOMI.............. ........ ....

IL LEGAME CHIMICO (II): TEORIA DEL LEGAME DI VALENZA, TEORIA VSEPR, TEORIA DEGLI ORBITALI MO..................................................................................................................................................................... 10

LO STATO GASSOSO E LE LEGGI DEI GAS .......................................................................................................... 12

LO STATO SOLIDO E LO STATO LIQUIDO ........................................................................................................... 14SOLUZIONI E PROPRIET COLLIGATIVE ............................................................................................................ 17

LEQUILIBRIO CHIMICO................................................................................................................................... 19LA CHIMICA IN SOLUZIONE ACQUOSA (I): ACIDI E BASI, PH E TITOLAZIONI ........ ......... ........ ....... ......... ........ ....

LA CHIMICA IN SOLUZIONE ACQUOSA (II): EQUILIBRI DI SOLUBILIT, KPS............................................................ 22TERMOCHIMICA E TERMODINAMICA............................................................................................................... 22CINETICA CHIMICA ......................................................................................................................................... 23

ELETTROCHIMICA ........................................................................................................................................... 25LA CHIMICA ORGANICA................................................................................................................................... 26
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]


2/30

2

NOMENCLATURA DEI COMPOSTI INORGANICI I Gruppi nella TPGruppo 1: metalli AlcaliniGruppo 2: metalli Alcalino-TerrosiGruppi 3-12: metalli di TransizioneGruppo 13,14,15: nome dellelemento con Z pi basso Gruppo 16: Calcogeni

Gruppo 17: AlogeniGruppo 18: Gas Nobil iElettronegativitcapacit relativa di un atomo di attrarre gli elettroni condivisi in un legame con un altro atomo; generalmente inversa al raggio atomico: aumenta.

Numeri di ossidazioneMetalli Alcalini: +1Metalli Alcalino-Terrosi: +2Gruppo 3 e 13: +3Gruppo 4: 4, (Ti +3, +4)

Alogeni: (Cl,Br: +-1,+3,+5,+7; I: +-1,+5,+7; F: -1)H: +1 (-1 idruri)

O: -2 (-1 perossidi; superossidi; +2 in OF2)C: +2,+4N: +1,+2,+-3,+4,+5;Fe: +2,+3

Cu: +1,+2

I CompostiMetallo + Ossigeno: Ossido basicoNMetallo + Ossigeno: Ossido acido (o Anidride)Ossido basico + H2O: Idrossido (Gruppo OH)Ossido acido +H2O: Ossiacido (o Acido)Alogeni(-1) (o S (-2)) + H: IdracidoMetallo + H(-1): Idruro (salino)NMetallo + H(-1): Idruro (colvalente) (PH3: fosfina; NH3 ammoniaca; AsH3 Arsina; CH4 metano)

Acido + Base: Sale (Metallo + Ione acido; NM: idrico -> uro, oso -> ito, ico -> ato; M: -oso, -ico)

Cr e Mn hanno un comportamento anfotero : basici a bassi n.o., acidi a alti n.o.

LA MATERIA CHE VEDIAMO Sistema : parte sottoposta allo studioEquilibrio : sistema nel quale le propriet macroscopiche e microscopiche sono costantiFase : parte di un sistema separata del resto da superfici limitantiSostanza elementare : sostanza costituita da atomi dello stesso elementoNumero atomico Z : # di protoni di un atomoNumero di massa A : # protoni + neutroniIsotopo : atomi di un dato elemento aventi uguale Z ma diverso A (quindi diversa massa)Molecola : unit fondamentale delle sostanze, sistema costituito da uno o pi atomiIone : atomo o molecola con caricaMateriale : corpo costituito da una o pi sostanzeMiscela : sistema costituito da una sola fase e pi sostanzeMiscuglio : insieme di 2 o pi sostanze che mantengono le loro caratteristiche originarieSistema omogeneo : sistema costituito da una sola faseSistema eterogeneo : sistema costituito da 2 o pi fasiSistema puro : costituito da una singola sostanza

Unpassaggio di stato avviene a T costante finch non completamente compiuto

Metodi di separazione fisici : fi ltrazione, centrifugazione


3/30

3

Metodi di separazione chimico-fisici : cromatografia, cristallizzazione frazionata, distillazione

Reazione chimica : trasformazione della sostanze che comportano un cambiamento a livello di atomi e molecole

Grandezza estensiva :dipende dalle dimensioni (es. volume, massa.. ..)Grandezza intensiva :non dipende dalle dimensioni (es. temperatura, pressione)

Energia : capacit di un corpo di compiere un lavoro e trasferire calore; cinetica : associata al movimento dei corpi;potenziale : posseduta dai corpi in virt della loro posizione

Calorimetro : strumento che misura la quantit di calore (slide 64)

MOLI&COIsomeri : sostanze aventi medesima composizione atomica ma natura e propriet chimiche differentiMassa atomica : massa di un elemento relativa allatomo di 12Cuma : 1/12 del la massa del 12CMassa molecolare : somma della masse atomiche che compaiono nella molecola

Legge di Lavoisier : in una reazione chimica la somma delle masse dei prodotti formatisi uguale alla somma dellemasse delle sostanze che hanno reagito

Numero di Avogadro : 6.022 x 1023 [particel le/mol], il numero di atomi contenute in 12g di 12CMole : quantit di sostanza che contiene un numero di particelle elementari uguali al numero di Avogadro#moli = massa del campione (g)/massa molare (g/mol)

Coefficiente stechiometrico : numero di moli di una sostanza che reagisce o viene prodotta in una reazione

LA STRUTTURA DELLATOMO: OSSERVAZIONI CHE CONDUSSERO AL MODELLO NUCLEARE

ATOMICO Legge di Lavoisier : (vedi Lez 3)

Legge di Proust (delle proporzioni semplici o definite) : gli elementi si combinano tra loro secondo rapporti inmassa definiti e costanti esprimibili da numeri piccoli e interi

Legge di Dalton (o delle proporzioni multiple) : quando due elementi si combinano per formare diversi composti,le masse di un elemento che si combinano con una data massa dellaltro, stanno tra loro in rapporti che sipossono esprimere con numeri interi

Teoria atomica di Dalton :- materia formata da atomi, piccolissimi, indivisibili e indistruttibili- atomi di uno stesso elemento sono identici- composti si formano dalla combinazione di atomi differenti- le reazioni chimiche consistono nel trasferimento di atomi tra composti

Problemi della teoria di Dalton : latomo indivisibile non spiegava lesistenza di particelle subatomiche cariche elettricamente

Faraday : scopr che la carica elettrica era una propriet essenziale della materia (per non scopr e -)

Thomson : scopr gli elettroni attraverso l esperimento coi tubi catodici : il tubo di vetro contiene gas rarefatto,tra anodo e catodo si applica una DDP di 10.000 V, si formano i raggi catodici che dal catodo fluivano versolanodo.


4/30

4

Raggi catodici : erano identici indipendentemente dal metallo con cui era fatto il catodo: sono costituiti daparticelle cariche negativamente che si manifestano quando urtano le particelle di gas nel tubo, scoperti glielettroni

Cade il modello atomico di Dalton: l atomo divisibile

Millikan determin la carica dellelettrone (-1.602 x 10-19 C) e la suamassa (9.109 x 10-28g) attraversolesperimento delle goccioline dolio fatte cadere in un campo elettrico, notando la diversa velocit di cadutavariando lintensit del campo

Data lesistenza degli elettroni ( -) doveva esistere una particella (+). Con un esperimento simile a quello diThomson si scoprirono iprotoni, particella cariche positivamente , con massa ca. 1800 volte maggiore di quelladelle -

Modello atomico di Thomson : sfera di materia diffusa di carica positiva in cui sono dispersi gli elettroni(similitudine con panettone )

Bequerel scopr la radioattivit : not che un pezzo di uranio produceva la sua immagine su una lastra fotograficain assenza di luce

Rutherford classific le radiazioni :- raggi alfa ( ): emissioni dinuclei (privi di elettroni) di elio - raggi beta (): emissione di elettroni veloci (p+ si trasforma in e -)- raggi gamma ( ): radiazioni elettromagnetiche a grande energia

Rutherford scopr che latomo ha nucleo (esperimento lamina doro bom bardata con particelle alfa)

Modello atomico di Rutherford : latomo composto da un nucleo ove vi concertata carica posi tiva e massa,mentre gli elettroni occupano lo spazio vuoto attorno al nucleo e vi intorno come pianeti; in #elettroni bilancia lacarica del nucleo (similitudine con sistema solare )

Rutherford non spiegava il neutrone

Chadwick bombard una lamina di berillio con particelle alfa notando lemissione di particelle che non eranodeviate da campi magnetici: dovevano quindi essere neutre. Scopr il neutrone

Si giunse al modello di Rutherford + neutrone (nel nucleo) ma,perch lelettrone non collassava sul nucleo? Sidetermin che a livello atomico le leggi della meccanica classica non erano pi valide, e vennero sostituite daquelle della meccanica quantistica . Una delle conseguenze fondamentali di questa meccanica che i sistemilegati (cio quelli composti da due o pi particelle che non possono allontanarsi oltre un certo limite o, per esserepi rigorosi, quelli in cui le interazioni danno luogo a stati con energia negativa)possono esistere solo per valoridiscreti di energia

Planck attraverso lesperimento del corpo nero dimostr che gli atomi di un corpo a elevata T emettevano solocerte quantit di energia multiple di una quantit minima. Si giunse alla conclusione che l energia fossequantizzata

Come si determin l energia caratteristica dei vari livelli atomici ?Attraverso leffetto fotoelettrico : lemissione di elettroni da una superfice metallica quandessa viene irradiata da una luce monocromatica (frequenza opportuna) di sufficiente energia.Einstein consider lirraggiamento luminoso come un fascio di particelle (e non di onde) dette fotoni , i qualiurtando il metallo cedevano la propria energia ad un elettrone . Se questa energia era sufficiente, lelettronevenivaemesso dallat omo


5/30

5

Eccitando determinati materiali con una fiamma, essi colorano la fiamma. Questa colorazione dovutaallemissione degli elettroni eccitati sotto leffetto della fiamma; colorazioni different i corrispondono a frequenzedi energia diverse. Scomponendo questa luce emessa attraverso un prisma si nota uno spettro di emissionediscontinuo , nel quale, le fasce corrispondono ai livelli energetici caratteristici dellatomo .(spettro di assorbimento: l uce bianca che irraggia vapori della sostanza, oltre c un prisma che scompone la lucebianca alla quale mancheranno alcune fasce che risulteranno nere perch assorbite dalle -)

Ci fece concludere che ogni atomo emette ed assorbe solo determinate quantit di energia (fotoni)caratterizzata da una specifica frequenza; ci comporta che, dato che lemissione data dagli elettroni, essipossiedono valori di energia ben definiti

Non esistendo livelli energetici inferiori, lelettrone non pu collassare sul nucleoLatomo dunque un sistema quantizzato , non possono esistere elettroni con energia intermedia tra quella didue livelli adiacenti.

Modello atomico di Bohr (revisione di quello Rutherford, ancora limiti):- elettrone persiste su orbite circolari attorno al nucleo- queste orbite sono caratterizzate da valori di energia fissi (n) e immutabili- un elettrone che persiste su unorbita non emette energia - lelettrone che passa da unorbita pi interna (E) assorbe energia , viceversa la

emette sotto forma di fotone- lenergia del fotone (emesso o assorbito) corrisponde al E tra le due orbite

I numeri quantici Numero quantico principale (1


6/30

6

Davisson e Germer evidenziarono tale comportamento dualistico dellelettrone attraverso un esperimento : unfascio di elettroni fatti incidere su un sottile foglio di Al davano luogo ad una figura di diffrazioneQuesto effetto ondulatorio caratteristico della materia osservabile solo a livello subatomico

Principio di indeterminazione di Heisemberg: impossibile conoscere simultaneamente la posizione esatta elesatta quantit di moto di una particella sub -atomica. Quanto maggiore sar la precisione con cui determiniamola posizione dellelettrone , tanto minore sar la precisione con la quale determiniamo la sua velocit , e viceversa

La teoria di Bohr non rispetta il principio di Heisemberg

Dato che l elettrone in un atomo pu assumere solo determinati valori di energia, Schrodinger associallelettrone in movimento una funzione d onda , che corrisponde alla variazione periodica della densit diprobabilit di trovare lelettrone in un certo punto dello spazio

Quindi perch lelettrone non collassa? Perch sta su unorbita a energia quantizzata, percorrendola non perde lasua energia intrinseca e quindi non collassa. Inoltre in un atomo lo stato fondamentale deve corrispondere ad unostato a distanza finita dal nucleo: non essendoci stati a energia inferiore, lelettrone non pu cadere sul nucleo

Il quadrato della funzione donda rappresenta la densit di probabilitGli elettroni si muovono in modo casuale allinterno di uno spazio definito orbitale , che la soluzione alleq diSchrodinger, ed caratterizzato dai numeri quantici

Orbitali atomici (nei grafici si riporta la probabil it sulle ordinate e il raggio sulle ascisse)- tipo s ( l=0): orbitale sferico, simmetria sferica, densit elettronica dipendente dal raggio (tra 2 sfere 0,

superfici nodali)- tipo p (l=1): tre orbitali lobati (m = -1, 0, +1), simmetria rispetto ad un asse per ciascuno, densit

elettronica dipendente dalla direzione (vicino al nucleo 0, piani nodali)- tipo d (l=2): cinque orbitali (m = -2, -1, 0, +1, +2), densit elettronica dipende sia dalla distanza dal nucleo

sia dallorientazione nello spazio dellorbitale Gli orbitali con lo stesso numero quantico n, possiedono uguale energia e vengono detti orbitali degeneri

CONFIGURAZIONE ELETTRONICA DEGLI ELEMENTI Elementi con configurazioni elettroniche esterne analoghe vengono incolonnati gli uni sotto gli altri nella TP

In un atomo polielettronico, orbitali con stesso n presentano energie diverse (s


7/30

7

TAVOLA PERIODICA (TP) E PERIODICIT CHIMICHE Mendeleev ordin gli elementi secondo il peso atomico ma la TP mostrava delle anomalie: questo perch innatura esistono gli isotopi! Mosely corresse la TP di Mendeleev dimostrando che le propriet chimiche deglielementi erano una funzione periodica del numero atomico

7 Periodi (), 18 Gruppi ()

Propriet fisiche e chimiche variano con gradualit lungo un periodo; sono simili lungo un gruppo (perch glielementi hanno simili configurazioni elettroniche dei gusci esterni)

Gli elementi del blocco s (1,2 Gruppo) e p (da 13 a 18 gruppo) presentano lungo un gruppo configurazionielettroniche identiche

Nei gruppi 1,2 e dal 13 al 18, ilnumero del gruppo uguale al # di elettroni di valenza del guscio esterno (per igruppo da 13 al 18 si sottrae 10)

Dalla lettura della TP si possono estrarre tre tipologie di elettroni :- interni : quell i apparteneti alla configurazione elettorinca del gas nobile che precede lelemento - esterni : quelli nel livello energetico pi alto

valenza : quelli che intervengono nella formazione di legami3 propriet dellatomo sono periodiche dipendenti dalla configurazione elettronica :

- raggio atomico: diminuisce lungo un periodo () , la Zeff predomina; aumenta lungo un gruppo () ,allaumentare del numero quantico n, aumenta la distanza degli e - dal nucleo. Gli elementi di transizionenon presentano notevoli variazioni di raggio atomico a causa dellazione schermante

- energia di ionizzazione (>0) : energia necessaria a strappare completamente ad un atomo neutro in fasegass un e -, trasformandolo cosi in un catione. La sua periodicit (ovviamente) inversa a quella del raggioatomico: aumenta lungo un periodo () ,la Zeff predomina trattenendo maggiormente gli e -, diminuiscelungo un gruppo () , e- pi lontani dal nucleo e quindi meno energia per strapparli

- affinit ele ttronica (


8/30


9/30


10/30

10

Tali forze sono delle forze di tipo attrattivo e determinano lo stato di aggregazione di un composto (forti: soldio,medie: liquido, deboli: gas; rimangono comunque pi deboli delle forze intra molecolari) Possono essere forze di van der Waals :

- interazione dipolo dipolo : avvengono tra i dipoli permanenti delle molecole polari, che tendono aorientarsi con l estremit positiva di un dipolo verso quella negativa e viceversa

- interazioni dipolo permanente dipolo indotto : avvengono in una miscela di molecole polari e apolari ,ove i gusci elettronici delle molecole apolari si deformano a causa della vicinanza con i dipoli

permanenti, creando un dipolo indotto (deformazione temporanea)- interazione dipolo istantaneo dipolo indotto (o forze di dispersione di London ): avvengonotramolecole apolari , nelle quali per per un istante la nuvola elettronica di un atomo pu addensarsimaggiormente da un lato formando un dipolo istantaneo, il quale influenzer la molecola apolareadiacente creando in essa un dipolo indotto

oppure possono essere legame idrogeno : si stabilisce tra unatomo di idrogeno , legato ad un elemento moltoelettronegativo , e un elemento molto elettronegativo di un altra molecola. Questo accade perch la parzialecarica positiva + dellidrogeno attrae un altro atomo elettronegativo caratterizzato da forte carica negativaparziale - (il legame a idrogeno anche intra molecolare)

IL LEGAME CHIMICO (II): TEORIA DEL LEGAME DI VALENZA, TEORIA VSEPR, TEORIA DEGLIORBITALI MOLECOLARILa teoria VB (Valence Bond) o dei legami di valenzaLa teoria VB descrive illegame covalente come una sovrapposizione degli orbitali atomici che ospitano i 2e - spaiati da condividere; le funzioni donda dei due orbitali si sommano per dare una nuova funzione donda chedescrive un nuovo orbitale appartenente a entrambi gli atomi e ospita 2e - a spin anti paralleloLasovrapposizione degli orbitali di tipo p , genera 2 tipi di legame di differente intensit:

- legame (covalente singolo): generato dalla sovrapposizione di 2 orbitali p di segno uguale lungo lacongiungente dei 2 nuclei (solitamente si considerano i p x), ha una notevole intensit in quanto lasovrapposizione tra i 2 lobi alta. Non ha una struttura rigida, permette la rotazione

- legame (covalente doppio o triplo): generato dalla sovrapposizione di 2 orbitali p dispostiin modoparallelo (soli tamente si considerano p y e pz), lasovrapposizione scarsa e quindi hanno meno intensit rispetto ai legami . Inoltre la presenza dei legami impedisce la libera rotazione lungo lasse di legame

Legame covalente singolo: 1 legame Legame covalente doppio: 1 legame + 1 legame Legame covalente triplo: 1 legame + 2 legami La formazione di legami stabilizza la molecola al punto che, in alcuni casi, un atomo pu assumere configurazionielettroniche meno stabili che tuttavia gli consentono di formare un maggior numero di legami: questo fenomeno chiamato promozione elettronica , e il carbonio ne un esempio

Ibridazione degli orbitali Per formare legame, gli atomi possono ricombinare gli orbitali atomici (s,p,d) per formare un ugual numero diorbitali atomici detti orbitali ibridi . Libridazione interessa gli orbitali di valenza con energie simili. I nuovi orbitalihanno stessa forma ed energia e si orientano in modo da interferire il meno possibile fra di loro,massimizzandola reciproca distanza . Gli orbitali ibridi sono costituiti da2 lobi di dimensione diversa e segno opposto, dei quali ilpi grande viene usato nei legamiTipo di ibridazione :

- ibridazione sp : nascono dalla cambinazione di 1 orbitale s + 1 orbitale p , e danno origine a 2 orbitali sp (e2 orbitali p rimangono invariati) che si dispongono a180 luno dallaltro, geometria lineare dellamolecola


11/30

11

- ibridazione sp 2: nascono dalla cambinazione di 1 orbitale s + 2 orbitale p , e danno origine a 3 orbitali sp (e 1 orbitale p rimane invariato) che si dispongono a 120 luno dallaltro, geometria trigonale planare della molecola

- ibridazione sp 3: nascono dalla cambinazione di 1 orbitale s + 3 orbitale p , e danno origine a 4 orbitali sp che si dispongono a 109.5 luno dallaltro, geometria tetraedrica della molecola

TEORIA VSEPR La geometria delle molecole : i doppietti di e - di valenza , essendo carichi negativamente, sirespingono, tendendo a disporsi il pi lontano possibile gli uni dagli altri , in modo da rendere minima la forza

repulsiva e pi stabile lintera molecola . Inoltre i doppietti di e-

spaiati, esercitano una maggior forza repulsiva,occupando un volume maggioreNella teoria VSEPR la geometria di una molecole dipende dalnumero stericoNS = numero di legami + numero di coppie solitarie , con numero di legami si intende il numero di atomi legati,ossia un legame singolo tra 2 atomi calcolato come 1, un legame triplo sempre calcolato come 1

Geometria in base al NS: - NS = 2: 2 legami e 0 doppietti solitari , geometria lineare, angoli 180 , es CO2 - NS = 3:

- 3 legami e 0 doppietti solitari , geometria trigonale planare, angoli 120 , es BCl3, H2CO - 2 legami e 1 doppietto solitario , geometria angolata planare, angolo


12/30


13/30

13

Si definiscegas perfetto (o ideale) un gas descritto come un insieme di particelle puntiformi tra le quali non vi alcun tipo di interazione (attrazione o repulsione, urti completamente elastici)I gas reali possono approssimare un gas perfetto in condizioni di rarefazione, alta T e bassa P e in tali condizioni,tutti i gas hanno medesimo comportamento fisico indifferentemente dalla loro natura chimicaUn gas perfetto soddisfa le leggi dei gas perfetti :

- legge di Boyle: PV = k a T e n costanti- legge di Charles: V/T = k a P e n costanti- legge di Gay-Lussac: P/T = k a V e n costanti- principio di Avogadro V/n = k T e P costanti

Legge di Boyle (o delle isoterme) : il volume di una q.t fissa di gas ad una data temperatura, inversamenteproporzionale alla pressione esercitata dal gas Ci significa cheaumentando la pressione, il volume diminuir ; viceversadiminuendo la pressione, il volumeaumenter . A T e n costanti,il prodotto tra il valore della P e il valore del V costante Questo significa che, essendo noto il prodotto di P e V nella condizioni 1, il prodotto di P e V nelle condizioni 2sar uguale, e quindi possiamo scrivere P1V1 = P2V2 Legge di Charles (o delle isobare) : il volume di una quantit fissa di gas a pressione costante, diminuisce aldiminuire della temperatura

Significa che il volume direttamente proporzionale alla temperatura, a pressione costante: aumentando latemperatura, il volume aumenter ; viceversadiminuendo la temperatura, il volume diminuir .Questo significa che, essendo noto il rapporto di V e T nella condizioni 1, il rapporto di V e T nelle condizioni 2 saruguale, e quindi possiamo scrivere V1/T1 = V2/T2 Legge di Gay-Lussac (o delle isocore) : la pressione di una quantit fissa di gas, mantenuta a volume costante,decresce al diminuire della temperaturaSignifica che la pressione direttamente proporzionale alla temperatura, a volume costante: aumentando latemperatura, aumenter la pressione ; viceversadiminuendo la temperatura, diminuir la pressione Questo significa che, essendo noto il rapporto di P e T nella condizioni 1, il rapporto di P e T nelle condizioni 2 saruguale, e quindi possiamo scrivere P1/T1 = P2/T2Principio di Avogadro: alle stesse condizioni di temperatura e pressione, volumi uguali di gas diversicontengono lo stesso numero di particelleIlvolume di una mole di gas chiamato volume molare e a 0 e 1atm vale 22,4 L/molCombinando le 4 leggi sopra enunciate si arriv ad enunciare l equazione di stato dei gas ideali :PV = nRT, dove R la costante universale dei gas e ha valori differenti a seconde delle unit di misura utilizzate:

(NTP): condizioni normali, ovvero a 0C e 1atm (STP): condizioni standard, ovvero 25C e 1atmLegge delle pressioni parziali di DaltonLesper imento : 2 recipienti contenenti gasa P nota e collegati tra loroma separati da unavalvola; riemp il 1 di olioin modo da svuotarlo deltutto verso il 2,consentendo il passaggiodel gas aprendo la valvola.Risultato, la pressione nel

2 recipiente risul tavauguale alla somma delle


14/30

14

pressioni parziali dei 2 gasLa formula :Ptot = P1 + P2 + + PnSi arriv anche a dire che la in una miscela di gas, lapressione parziale di un gas uguale alla sua frazione molareper la pressione totale : Pi = XiPtot (eguagliando Pi/P tot alla stessa scrivendo P con la legge dei gas)Legge di Henry (solubilit dei gas nei liquidi) :a temperatura costante, la concentrazione (c) di un gas disciolto inun liquido direttamente proporzionale alla sua pressione parziale . c = kPi Cos leffusione gassosa ? il movimento diffusivo di un gas attraverso una sottile apertura, da un recipiente adun altro in cui la pressione pi bassaGrahm scopr che le molecole dei gas pi leggere effondevano pi velocemente di quelle di gas con molecole pipesanti perch le prime hanno velocit maggiore, quindi urti con le pareti maggiori e quindi maggiori possibilit dipassare attraverso lapertura Tramite la diffusione gassosa i gas si mescolano tra loro per occupare lo spazio a disposizione in maniera darendere la loro pressione parziale uniformeLadissociazione gassosa il processo tramite il quale sostanza gassose si dissociano in altre sostanze gassose pereffetto del riscaldamento (es.: PCl 5(g) PCl 3(g) + Cl2(g))Si definiscegrado di dissociazione ( ) ilrapporto tra il numero di moli di sostanza dissociata e il numero di moliiniziali della stessa sostanza . una quantit sempre compresa (o uguale) tra 0 e 1 .In questi casi la legge dei gas va corretta con un termine che la moltiplica detto fattore di v ant Hoff pari a[1+( -1)] dove il grado di dissociazione della specie e numero di molecole in cui una molecola si dissocia ,PV = [1+( -1)]nRTLadifferenza tra un gas ideale e uno reale che il gas reale composto da particelle con volume proprio tra lequali avvengonourti anelastici a causa delle interazioni tra di esse. In un gas reale, la dimensione finita delleparticelle riduce il volume effettivo a disposizione del gas e le interazioni tra le particelle fanno si che la pressionein un gas reale, alle medesime condizioni, sia inferiore di quella di un gas ideale.

LO STATO SOLIDO E LO STATO LIQUIDO Lostato di aggregazione della materia una conseguenza diretta dell intensit delle forze inter molecolari

Solidi Liquidi- forze coesive alte - forze coesive deboli- forte impacchettamento - forte impacchettamento- disposizione spaziale irregolare - disposizione spaziale irregolare- mobilit molto bassa - mobilit alta

LO STATO SOLIDO Allo stato solido le particelle occupanoposizioni fisse in reticoli cristalliniCriterio principale diclassificazione dei solidi basato sul tipo di legame che unisce le molecole, si possonoindividuare 4 tipi di solidi : ionici , reticolari , molecolari , metallici

Si pu fare anche una classificazione i solidi anche in base alla lorostruttura , e si distinguono solidicristallini oamorfi

Solidi cristalliniI solidi cristallini sono caratterizzati da unadistribuzione regolare delle particelle nello spazio che sono dispostein un reticolo tridimensionale . Lunit base del reticolo chiamata cella elementare e ha la caratteristica diavere un volume minimo possibile e angoli piprossimi ai 90 , inoltre si cerca di far si che abbia lestessepropriet simmetriche del cristallo macroscopico . Esse viene scelta in modo che ciascuno atomo (o ione ) che sitrovi al suo interno sia circondato dal medesimo intorno . In un reticolo cristallino la cella elementare si ripete intutti i l cristallo senza lasciare lacune.Le strutture cristalline possono essere ricondotte a 7 celle elementari fondamentali :

- cubica (NaCl, Cu)- tetragonale- rombica


15/30

15

- trigonale- esagonale (grafite, quarzo)- monoclina- triclina

Brevis dimostr che vi sono in tutto 14 possibil i distribuzioni spaziali degli atomi nei 7 sistemi cristallografici distinguibili in questo modo:

- primitivo o semplice- a facce centrate- a corpo centrato- a base centrata

Ilnumero di coordinazione il numero di atomi o ioni legati all atomo centrale (tutti i composti ionici binariformati da metalli alcalini e da un alogeno, ad eccezione del Cs, hanno una struttura simile a quella del cloruro disodio con numero di coordinazione 6)Lastruttura dei solidipu essere derivata dal modello di impaccamento degli atomi , considerandoli come sfererigide che sono poste a contatto. Le 2 strutture compatte sono quella cubica a facce centrate e quella esagonale(n.c. = 12, 74% occupato del V totale)

I tipi di impaccamento principali:- cubico compatto (molti piani cristallini densamente popolati): metalli molto malleabili (Au, Ag)- esagonale compatto o cubico a corpo centrato (pochi piani densamente popolati): metalli duri e fragili

(Mo, W)- tetraedrico

%fattore di impaccamento = =[ ]

Solidi amorfiLostato amorfo corrisponde ad una condizione termodinamica di liquido sottoraffreddatoI solidi amorfi possono esistere in due fasi distinte , quella gommosa e quella vetrosaIn un solido amorfo, la disposizione degli atomi come ladisposizione degli atomi di un liquido in undeterminato istantePrincipalicaratteristiche : non fondono a T definite main certi intervalli di T , sifratturano in frammenti disvariate dimensioni

Solidi ioniciPrincipali caratteristiche :

- rigidit e durezza, ma facile sfaldabilit

- punti di fusione elevati- cattiva conducibilit elettrica- buona conducibilit allo stato fuso o in soluzione

Solidi metallici Principali caratteristiche :

- elevata conducibilit elettrica e termica- effetto fotoelettrico- malleabilit e duttilit

Solidi molecolari

Sono costituiti da molecole tenute insieme da forze di van der Waals o da legami a idrogenoPrincipali caratteristiche :- consistenza tenera

Volume totale sfere nel cuboVolume totale cubo


16/30

16

- bassi punti di fusione- bassi punti di ebollizione- cattiva conducibilit elettrica

un esempio di solido molecolare il ghiaccio secco

Solidi covalentiSono solidi costitui ti da atomi tenuti insieme da forti legami covalentiPrincipali caratteristiche :

- consistenza dura- alti punti di fusione- alti punti di ebollizione- cattiva conducibil it termica

un esempio di solido covalente il diamante o la grafite o ancora il quarzo

Le leghe Il termine lega si usa per quei materiali nei quali le aggiunti di altri elementi hanno lo scopo di modificarne,migliora ndole, alcune particolari propriet . La maggio parte delle leghe presenta una struttura omogenea

Lallotropia e il polimorfismo la propriet di alcune sostanze di esistere in diverse forme . Lallotropia si riferiscealla struttura tra atomi di uno stesso tipo , ilpolimorfismo si pu riferire pi genericamente ai composti Esempio di un allotropo il Carbonio (grafite, diamante, fullerene)LO STATO LIQUIDO Nello stato liquido leparticelle interagiscono tra di loro come in un solido ma senza un particolare ordine nelladisposizione spaziale . In questo stato le forze inter molecolari (sono deboli) non sono abbastanza elevate datrattenere le molecole in un reticolo cristallino: in un liquido infatti le molecole scorrono le une sulle altre senzasepararsi . Per questo motivo i liquidi sono incomprimibili , presentano un volume proprio ma si adattano allaforma del recipiente che li contieneAnche i liquidi hanno la capacit di diffondere e con i gas vengono denominati fluidi

Propriet dello stato li quido :- fluidit : capacit delle molecole di scorrere le une sulle altre- elasticit :capacit di riacquistare la propria forma una vol ta terminato leffetto di una forza - tensione superficiale : tensione che si sviluppa lungo la superficie di separazione e che si oppone

allaumento di superficie - bagnabilit

Una caratteristica dovuta alla bagnabilit di un fluido la formazione del menisco : il menisco unaconcasuperficiale che un liquido forma in qualsiasi contenitore ; esso maggiormente visibile se il contenitore pipiccolo. Ilmenisco concavo si forma quando le forze di adesione (alla superficie del recipiente) sono maggioridelle forze di coesione (tra le molecole del liquido); ilmenisco convesso si forma quando le forze di adesione (allasuperficie del recipiente) sono inferiori delle forze di coesione (tra le molecole del liquido)

Concetto di fase (o stato )Lafase una porzione di materia caratterizzata in ogni punto dalle stesse propriet fisiche e chimicheLetransizioni di fase (o passaggi di stato) sono dei processi di equilibrio fisico in cui una sostanza cambia ilproprio stato di aggregazione, avviene a T costante

Entalpia (H): la quantit di calore necessaria affinch una mole di una sostanza cambi il suo stato diaggregazione a P cost; ogni passaggio di stato di una determinata sostanza a una determinata P possiede un certoH

Processo ENDOtermico : un processo che avviene con assorbimento di energia/calore, ovvero necessit dienergia per poter avvenire. Il suo H > 0


17/30

17

Processo ESOtermico : un processo che avviene con rilascio di energia/calore, ovvero libera energia mentreavviene. Il suoH < 0I passaggi di stato tra 2 fasi hanno H uguale e opposto.. per esempio il H di liquefazione di una sostanza a uncerta P uguale al H di evaporazione

Lapressione di vapore di equilibrio di una qualsiasi sostanza una misura della tendenza delle sue molecole asfuggire dalla fase liquida e passare in fase vapore a una data T. Se poniamo un liquido allinterno di un recipientechiuso in cui abbiamo precedentemente fatto il vuoto, lo spazio non occupato dal liquido viene via via occupatodal suo vapore. Man mano che levaporazione procede, il vapore che sovrasta la superficie del liquido si fa semprepi concentrato e la pressione allint erno aumenta gradualmente finch non viene raggiunto un equilibrio traevaporazione e condensazione che sar caratterizzato da una pressione, la pressione di vapore

Una sostanza raggiunge il punto di ebollizione quando la pressione di vapore uguale all a pressione esterna

A determinate condizioni di P e T (elevate ) linterfaccia tra la fase liquida e quella vapore scompare : la sostanzaha densit di un liquido data laltissima P e mantiene la viscosit di un gas . Tali condizioni vengono raggiunte alpunto critico , e la sostanza viene chiamata fluido supercritico

Diagramma di stato (o fase ): lungo ogni tratto che separa una fase da un altra, convivono

entrambe le fasi nelpunto triplo convivonotutte e 3 le fasi oltre ilpunto critico si ha un fluido supercritico i tratti hanno pendenza positiva si nota una proporzionalit diretta tra pressione e temperatura NB: nel diagramma di stato dellH 2O, il tratto solido liquido ha una

pendenza negativa: ci dovuto al fatto che l H2O passando daliquido a solido aumenta di volume ( V negativo, pendenza = dP/dT= H/ V) contrariamente a quanto succede nelle altre sostanze. Trapressione e temperatura, lungo quel tratto, vi una proporzionalitinversa. (ci si ricordi che un aumento di P corrisponde a unadiminuzione di V)

Ci accade per il principio dellequilibrio mobile di Le Chatelier (vedi equilibri)

SOLUZIONI E PROPRIET COLLIGATIVE Una soluzione una miscela omogenea di due o pi componenti in ununica fase. Il/i componente disperso chiamato soluto ; il componente disperdente chiamato solvente , e generalmente la sostanza presente inmaggior quantit. In una miscela omogenea ogni porzione della soluzione possiede le stesse propriet chimico fisiche

Le soluzioni possono essere:- gassose , sono sempre omogenee in quanto i gas sono miscibili in qualunque proporzione- liquide , si ottengono sciogliendo in un l iquido un gas, solido o altri liquidi- solide , miscele di pi solidi (leghe)

detta concentrazione la quantit di soluto che si trova disciolta in una data quantit di solventeUna soluzione si dicesoluzione satura quando ad una certa temperatura la quantit di soluto disciolto nelsolvente arrivata alla quantit massima ( solubilit , del soluto). In certe condizioni si riescono a raggiungeresituazioni in cui la concentrazione di soluto nel solvente superiore rispetto a quella nella soluzione satura, siparla in questi casi di soluzione sovrasatura


18/30

18

Misura delle concentrazioni :- %peso* = %W = % - %volume* = %V = % - %massa/volume* = %w/V = % - fraz. molare = X = adimensionale

-

molarit = M =

mol/L - molalit = m = mol/Kg - normalit = N =

*per convertire ununit massa/massa in ununit massa/volume necessario convertire la massa in volume eviceversa utilizzando la densit

Per solvatazione si intende l interazione tra soluto e solvente in una soluzione, la quale porta le singole molecoledi soluto disciolto a circondarsi di molecole di solvente , un processo esotermico . Linsieme molecole disolvente + molecola di soluto si chiama sfera di solvatazione . (in base dello ione disciolto le molecole di solvente

si orienteranno di conseguenza: esempio NaCl in acqua)

Ladissoluzione spiega pi nel dettaglio cosa avviene quando sciogliamo un soluto (es NaCl) in un solvente (esacqua):

- soluto (aggregato) + calore --> soluto (separato), H > 0- solvente (aggregato) + calore --> solvente (separato), H > 0- soluto (separato) + solvente (separato) --> soluzione + calore, H < 0

ilH(soluzione) =H(solvente) +H(soluto) +H(mescolamento), pu essere a seconda dei valori di H, eso oendotermico

Lasolubilit di un solido in H2O generalmente aumenta con laumentare della T Lasolubilit di ungas in H2O generalmente diminuisce con laumentare della T (aumenta volatili t )Lasolubilit di un solido o di un liquido in H2O non dipende generalmente dalla P essendo questultimiincomprimibili Lasolubilit di ungas in H2O aumenta allaumentare della P perch aumentano gli urti tra gas e superficie delliquido

Propriet colligative delle soluzioniUna propriet coll igativa una propriet che non dipende dalla natura chimica delle soluzioni masolo dalnumero di particelle distinte (molecole o ioni)

Le pi rilevanti sono (condizioni studiate in presenza di un soluto non volatile):- abbassamento della tensione di vapo re: P solv = -Xsoluto Psolv (i)* (Legge di Rault)** - innalzamento ebull ioscopico: T eb = Keb m (i)*- abbassamento crioscopico: T cr = Kcrm (i)*- pressione osmotica: = MRT (i)*

*nel caso in cui la dissociazione dia # di molecole differente tra inizio e fine si moltiplica le formule sopraindicateper la i di vant Hoff ricordando che = 1+( -1)nelle formule sopra elencate M sta per molarit ( una P, si ricava dalla legge dei gas, M = n/V), m sta permolalit, P la tensione di vapore del solvente puro**la legge di Rault afferma che nel caso in cui anche il soluti sia volatile, la tensione di vapore P di una soluzione

uguale alla somma delle pressioni parziali.


19/30

19

Latensione di vapore si abbassa perch le molecole di solvente interagiscono anche con quelle di soluto, le qualile trattengono maggiormente, diminuendone levaporazione Conseguenza diretta dellabbassamento della tensione di vapore l innalzamento della T di ebollizione

Il processo di osmosi e la pressione osmotica Quando due soluzioni con lo stesso solvente ma a concentrazioni diverse sono separate da una membranasemipermeabile, le molecole di solvente si spostano dalla soluzione meno concentrata a quella pi concentrataper cercare di uguagliare le due concentrazioni. Il flusso selettivo di molecole di solvente attraverso unamembrana semimpermeabile chiamato osmosi e lapressione esterna che bisogna applicare per impedirelosmosi chiamata appunto pressione osmotica

Gli elettroliti (in H2O)Gli elettroliti sonospecie chimiche che in soluzioni si scindono completamente o parzialmente in ioni ; essihanno la capacit di condurre corrente elettrica

Un elettrolita si dissocia se era un composto ionico , siionizza se era un composto covalenteMaggiore il grado di dissociazione, maggiore sar la capacit di condurre elettricitGli elettroliti si classificano come:elettrolita forte (=1) se si ha una dissociazione completa (sali, acidi forti, basiforti), elettrolita debole (


20/30

20

Significato della Keq: conoscendo il suo valore sappiamo qualitativamente se la reazione (alleq) pi spostataverso i prodotti (valore alto di Keq) o i reagenti (valore basso di Keq)Definiamo ilquoziente di reazione (Q ) allo stesso modo della Keq ma al posto delle concentrazioni allequilibrio siusano quelle note in un determinato istante. In questo modo, conoscendo K eq e Q possiamo prevedere in chedirezione andr la nostra reazione. intuitivo dedurre che se: K > Q , la reazione si sposter verso destra(prodotti );K < Q , la reazioni si sposter verso sinistra (reagenti );K = Q , la reazione all equilibrio

Perturbazione di un equilibrioIl principio di Le Chatelier : se lo stato di una reazione allequilibrio viene modificato, la reazione si sposterdallequilibrio e proceder in una direzione o nellaltra fino a raggiungere un nuovo stato di equil ibrio Un equilibrio pu essere turbato in 3 modi: cambiando la T , cambiando la concentrazione di un reagente o di unprodotto , modificando la pressione (pi in generale, modificando il volume del recipiente)Aggiungendo prodotti la reazione si sposter verso i reagenti. Sottraendo prodotti la reazione si sposter verso iprodottiNel caso in cuiaumentiamo la T di un sistema allequilibrio, la reazione si sposter dalla parte della reazione in cuinon c calore (direzione endotermica )Nel caso in cuidiminuiamo la T di un sistema allequilibrio, la reazione si sposter dalla parte della reazione in cui c calore (direzione esotermica )Nel caso in cuiaumentiamo la P di una reazione in fase gassosa, la reazione si sposter nella direzione checomporta un minor numero di molecole Nel caso in cuidiminuiamo la P di una reazione in fase gassosa, la reazione si sposter nella direzione checomporta un maggior numero di molecole

LA CHIMICA IN SOLUZIONE ACQUOSA (I): ACIDI E BASI, PH E TITOLAZIONI Acidi e basi, caratteristicheAcidi .. producono ioni H+ in H2O.. fanno virare il tornasole al rosso.. sono elettroliti in H2O.. neutralizzando soluzioni con OH- .. reagiscono con molti metalli generando H2 .. reagiscono con i carbonati generando CO2

Basi.. producono ioni OH- in H2O.. fanno virare il tornasole al blu.. sono elettroliti in H2O.. neutralizzando soluzioni con H+

Definizione secondo Arrhenius Gli acidi e le basi sonocomposti che in soluzione acquosa danno luogo a dissociazione elettrolitica e tutti gli acidiliberano ioni H +, mentre le basi liberano ioni OH - Limiti: non spiegava il comportamento di A/B al di fuori delle soluzioni acquose; esistono sostanze che formanogruppo OH- in H2O pur non contenendo il gruppi OH

Definizione secondo Bronsted LowrySi definisceacido una sostanza in grado di dona re ioni H+; si definiscebase una sostanza in grado di accetta re gliioni H+ di un acidoQuesta teoria svincola il comportamento acido base dal mezzo acquoso e in pi evidenzia che un acido possaesistere solo in presenza di una base e viceversa (un acido isolato non cede ioni H +)

Tutte le reazioni acido base sono riconducibili a uno scambio di protoni. Acido monoprotici sono in grado didona re un solo protone (H+); acidi poliprotici sono in grado di dona re 2 o pi protoni

Secondo Bronsted Lowry dunque unacido una sostanza nella cui molecola vi sia almeno un atomo di Hlegato ad un altro atomo molto elettronegativo: solo cos si ha un legame covalente polare dalla cui rottura sigenerano ioni H +; una base invece una sostanza che ha almeno una coppia di ele ttroni non impegnati inlegame: in tal modo la coppia former un legame covalente dativo con lo ione H +

Si definiscesostanza anfotera una sostanza che si comporta da base in presenza di un acido e viceversa


21/30


22/30

22

LA CHIMICA IN SOLUZIONE ACQUOSA (II): EQUILIBRI DI SOLUBILIT, KPSSe in una soluzione satura, a T costante, aggiungiamo altro soluto, esso non si scioglier pi depositandoti sulfondo e creando il precipitato . In presenza di un copro di fondo si stabilisce unequilibrio dinamico

Pi la sostanza un elettrolita forte, pi sar solubile e di conseguenza lequilibrio sar maggiormente spostatoverso destra (prodotti)Leregole degli equilibri valgono se la solubilit del soluto molto bassa : in questo caso la soluzione si pu

considerare ideale (es.: CaCO3 (s) Ca2+

(aq) + (CO3)2-

, Keq =Kps = [Ca2+

][(CO3)2-

], detto prodotto di solubil it )Il quoziente di reazione per le soluzioni detto prodotto ionico (Q ps ) e confrontandone i valori con Kps possiamodedurre che:

- se Kps > Q ps , lequilibrio non ancora r aggiunto, la soluzione non satura- se Kps < Q ps , l equilibrio oltrepassato, la soluzione sovrassatura - se Kps = Q ps , siamo in equilibrio, lasoluzione satura

La Kps utilizzabile per il confronto delle solubilit tra sali ma attenzione, questo possibile solo se i sali in esamesi dissociano in una stessa quantit di ioni

Effetto della T sulla solubilit L86% degli elettroliti, allaumentare della temperatura, aumentano la loro solubilit. Eccezione CaCO

3

Effetto dello ione comune sulla solubilitSe in soluzione presente un corpo estraneo che ha uno ione in comune con la sostanza che vogliamodisciogliere, la presenza di questo ione estraneo corrisponde a una presenza maggiore di prodotti, e quindi si haun abbassamento della solubilit con con seguente precipitazione prematura

TERMOCHIMICA E TERMODINAMICA Tutte le reazioni sono accompagnate da assorbimento o emissione di energiaSi chiamasistema lo spazio sottoposto ad un particolare studio, distinta da superfici limite ; possiamoriconoscere:

- sistema isolato (ideale): non scambia ne materia ne energia con lambiente, raggiunge sempre lequilibrio - sistema chiuso : scambia energia ma non materia con lambiente, raggiunge sempre lequilibrio una volta

cessato il flusso di energia- sistema aperto : scambia energia e materia con lambiente, non raggiunge mai lequilibrio

Le superfici limite sono di 2 tipi:superfici adiabatiche , non permettono scambio di calore; superfici conduttrici ,permettono lo scambio di calore

Chiamando Q ilcalore possiamo distinguere:- A + B +Q --> C, reazioneendotermica , assorbe calore- A + B --> C + Q, reazioneesotermica , libera calore

Lentalpia di reazione (H) la differenza tra lentalpia dei prodotti e lentalpia dei reagenti. Se il H > 0 lareazione sar esotermica, se H < 0 la reazione sar esotermica , se H > 0 la reazione sar endotermicaIlcalore energia in transito

Primi principio della termodinamica : lenergia interna (E) una funziona di stato data dalla somma del lavoro (W)e del calore (Q), che non sono funzioni di stato. E = Q + W, se illavoro solo meccanico alloraW = -PV Per convenzione tutto ci che entra nel sistema ha segno positivo , tutto ci che esce dal sistema ha segnonegativo . Quindi i l calore assorbito dal sistema e il lavoro compiuto sul sistema hanno segno (+), il calore l iberatodal sistema e il lavoro compiuto dal sistema hanno segno (-)

(tutti i processi da noi considerati avvengono a T constante)a Volume costante, V = 0:E = Q PV = Q , quindi avolume costante E = Q a Pressione costante, E = Q PV --> Q = E + PV = H, quindi a pressione costante Q = Hin un Gas perfetto a P cost , E = Q PV, legge dei gas PV = nRT -->PV =nRT, ottenendo E = Q nRT


23/30

23

(R = 8.314 J/molK)

E = Efinale Einiziale , se E < 0 processo esotermico , se E > 0 processo esotermico

Se lentalpia associata al processo diretto vale H , quella associata al processo inverso varr H

Esistono due modi per calcolare il H:- si usano i calori standard tabulati di formazione delle sostanze- si usa la legge di Hess

Ilcalore di formazione standard di un composto il calore assorbito o rilasciato quando una mole di composto siforma a partire dai suoi elementi; pu essere usato per calcolare il H di una reazione Il calore di formazione degli elementi 0

Lalegge di Hess afferma che il H di una reazione pu essere calcolato indirettamente sommando i valori di Hdelle reazioni in cui la reazione di interesse pu essere scomposta ; in questo processo ogni qualvolta simoltipl ica/divide una reazione per un fattore n, anche il H deve corrispondentemente essere moltiplicato/divisoper n e se invece la reazione viene invertita, il H va cambiato di segno

Il valore diH non sufficiente per prevedere la spontaneit o meno di una reazione

Si introduce lentropia (S) di una reazione una funzione di stato che descrive la distribuzione di energia di unsistema in un certo stato; mette in relazione il calore con la temperatura Un sistema ad alta T varia di poco la sua S per una quantit di q che a T molto pi basse pu generare uncambiamento di stato, con un forte aumento di SLentropia aumenta con laumentare della dispersione della distribuzione dellenergia; ogni sistema tende adaumentare la sua entropia allinfinito

Lagrandezza che mette in relazione lentalpia con lentropia chiamata energia libera (G) evale G = H TS,

con la T espressa in Kelvin (Equazione di Gibbs)Un sistema quindi tende a evolvere verso uno stato di maggiore stabilit (H < 0) e verso una distribuzionedellenergia pi dispersa (S > 0) , da qui si pu dedurre che:

- se G < 0, la reazione spontanea- se G > 0, la reazione non spontanea - se G = 0, la reazione allequilibrio

Lenergia libera di formazione la variazione di energia libera diGibbs relativa alla reazione di formazione di una mole del compostoa partire dagli elemente che lo costituiscono in condizioni standard

G = G(prodotti) G(reagenti)

Tipi di reazioni chimiche : - decomposizione , un reagente forma pi prodotti ( AB --> A + B) - sintesi , pi reagenti danno luogo a un prodotto ( A + B --> AB) - sostituzione , un gruppo di una specie chimica viene sostituira da un altro gruppo ( AB + C --> AC + B) - metastasi , scambio di due o pi ioni fra elementi e gruppo aventi la stessa valenza+

CINETICA CHIMICALacinetica chimica si occupa dellostudio della velocit con cui avviene unareazione , essa considera anche gliintermedi di reazione (stati intermedi di una reazione)


24/30

24

[ ]

Affinch unareazione avvenga necessario che le particelle dei composti non solo abbiano sufficiente energia ,ma che si urtino anche secondo una determinata orientazione

I vari intermedi di reazione hanno ciascuno delle velocit caratteristiche, la velocit dell intermedio pi lenta sarquello a caratterizzare la reazione determinandone la velocitGliintermedi sono specie che appaiono in un meccanismo di reazione ma non nella reazione globale bilanciata

Nel corso di una reazione, per ottenere variazioni di concentrazioni uguali, occorrono tempi sempre pi lunghiPer una generica reazione aA + bB cC + dD , si definisce velocit di reazione:

Lalegge della cinetica lega la velocit di reazione alla concentrazione molare di uno o pi reagenti ed espre ssadalla seguente espressione: , ed sempe > 0k la costante di velocit specifica,

me

n sono coeff non necessariamente uguali ad

ae

b Si definisceordine di reazione rispetto a un certo componente, il valore dellesponente ch e la concetrazione di

quel componente nella legge della cinetica. Si definisce ordine di reazione complessivo la somma degli esponentidi tutti i reagenti presenti nellequazione della cinetica

Allequilibrio la velocit di reazione diretta uguale alla velocit di reazione inversa

Una delle condizioni necessarie affinche una reazione avvenga abbiamo detto essere una sufficiente quantit dienergia: lenergia cinetica minima richiesta per la reazione detta energia di attivazione (Ea)Maggiore il valore dellenergia di attivazione, minore sar la velocit della reazione Ilcomplesso attivato corrisponde alla formazione di un composto intermedio che ha contenuto energetico

almeno pari a E a; un composto molto instabile quindi si converte rapidamente nei prodotti di reazioneLa velocit di reazione aumenta allaumentare della T (energia attivazione si raggiunge pi velocemente)

Si definiscecatalisi un processo chimico per mezzo del quale, con laggiunta in una reazione di un catalizzatore , siaumenta (o se necessario diminuisce) la velocit di reazione . Lazione del catalizzatore puramente di tipocinetico e la sua presenza non influisce sui risultati di reazione e ha stesso effetto sia sulla velocit diretta che suquella inversa, inoltre non influenza lequilibrio chimico della reazione

Si possono distinguere 4 tipi di catalisi:

-

catalisi omogenea : catalizzatore + reagenti formano ununica fase - catalisi eterogenea : catalizzatore + reagenti formano pi di una fase- catalisi positiva : laggiunta di un catalizzatore porta ad un aumento di velocit- catalisi negativa : laggiunta di un c atalizzatore porta ad una diminuzione di velocit

Un nucleo instabile (solitamente per Z > 83), tende a liberarsi di particelle: questo processo viene dettodecadimento radioattivo (vedi tipo di radiazioni)

Potere penetra nte: radiazione (carta) < radiazione (alluminio) < radiazione (piombo)

Emivita di un isotopo radioattivo: definito come il tempo necessario affinch la met degli atomi di un elementodecadano in un altro elemento


25/30

25

ELETTROCHIMICA Elettrochimica : studio delle reazioni chimiche che producono effetti elettrici e viceversa

In una reazione spontanea ( G < 0) lenergia chimica pu essere convertita in enerngia elettrica nelle celleelettrochimiche . Una reazione non spontanea ( G > 0) pu essere forzata ad avvenire trasformando energiaelettrica in energia chimica attraverso il processo di elettrolisi

Conduttori di prima specie : lospostamento di carica avviene per mezzo del libero muoversi degli e lettroini (metall i e semiconduttori)Conduttori di seconda specie : lospostamento di carica avviene per mezzo del moto di ioni (elettroliti)

Nelle reazioni di ossidoriduzione gli elettroni sono trasferiti da una specie allaltra . Una reazione diossidoriduzione pu essere condotta con le due semireazioni separate fisicamente e connesse solo da unconduttore elettrico che permette il trasferimento degli elettroni liberati nella semireazione di ossidazione aquella di riduzione (gli elettroni si spostano dallossidazione verso la riduzione )

Una reazione elettrochimica di solito una redox

Esistono fondamentalmente 2 tipi di cella elettrochimica :- cella voltaica (o galvanica): redox spontanea, produce corrente- cella elettrolitica : redox non spontanea, fornisco corrente per far avvenire la reazione

Qualunque sia il tipo di cella elettrochimica, si definisceanodo lelettrodo della semicella sede della ossidazione(pu consumarsi ), mentre catodo lelettrodo della semicella sede della riduzione (pu accrescere ).Metodo mnemonico per ricordarlo: Anodo e Ossidazione iniziano con uncavocale ; Catodo e Riduzione inizianocon una consonante ; CA:Catodo-Accresce, AC: Anodo-ConsumaIn una cella voltaica il catodo lelettrodo positivo e lanodo lelettrodo negativo, in una cella elettrolitica valeil viceversa

In ogni caso per i cationi (ioni +) si muovono sempre verso il catodo e gli anioni (ioni -) si muovono sempre versolanodo

Si definisce corrente elettrica o intensit di corrente (I) la quantit di carica che passa nel circuito nellunit ditempo I = Q/t dove Q la quantit di carica misurata in Culomb [A, Ampere]

Una carica positiva si muove sempre da un potenziale elettrico maggiore a uno minore, la carica negativa faesattemente il contrario . In genere si indica prima la reazione di Ossidazione e in seguito quella di Riduzionenella scritturaConvenzionalmente si considera un flusso di corrente dal + al La differenza di potenziale ci che permette alle chariche di muoversi e si misura in Volt [V]

Potenziale standard di riduzione : tutte le possibili semireazioni sono state catalogate secondo un certo criteriodetto potenziale standard, la quota 0 lelettrodo standard di H che ha potenziale di riduzione nullo, esso stato misurato a STP con concentrazioni 1M; le reazioni sono scritte nel verso della riduzione (tutto tabulato)

Per sapere qual la differenza di potenziale tra 2 semicelle faccio semireazione con potenziale maggiore meno semicella con potenziale minore . Pi ilpotenziale di riduzione maggiore (in senso algebrico), maggiore lareazione ha la tendenza di avvenire nel senso in cui scritta ovvero nel senso della riduzione , viceversa pi ilpotenziale di riduzione minore , minore sar la tendenza ad avvenire nel senso della riduzione e perconseguenza avr tendenza ad avvenire in senso del lossidazione . Accoppiando 2 qualsiasi di questesemireazione, secondo quanto detto pocansi si distingueranno facilmente gli elettrodi che si ridurranno eossideranno


26/30

26

Quando ci si trova in sistuazione non standard i valori tabulati andranno a essere modificati dallequazione diNerst :

dove:

- Q il quoziente di reazione (scrivendo la reazione nel verso della riduzione)- R = 8.314 J/Kmol- F = 96500C- n = numeri di e- scambiati nella reazione- T temperatura in K

Lalegge di Faraday invece permette di calcolare la massa (g) di sostanza prodotta agli elettrodi con la formula:

dove:- I = intensit di corrente- t = tempo in secondi- m = massa molecolare della sostanza in questione- n = numeri di e- scambiati nella reazione- F = 96500C

LA CHIMICA ORGANICA Lachimica organica la chimica deicomposti del carbonio Gliidrocarburi sono i pi semplici composti delcarbonio con lidroge no e rappresentano le molecole base dellachimica organica (CnHm); possono essere suddivisi in 4 gruppi principali:

- alifatici a catena aperta , l ineare o ramificata, satura o insatura- ciclici, composti chiusi ad anello- aromatici , contengono almeno un anello benzenico- eterociclici , contengono nellanello atomi diversi dal carbonio

Gli idrocarburi possono essere classificati come segue:- saturi : caratterizzati da legami C C singoli, vengono chiamatialcani - insaturi : caratterizzati da legami non semplici, si suddividono a loro volta in:

- alcheni , presentano un legame C = C doppio- alchini , presentano un legame C C triplo - areni , presentano uno o pi anelli di tipo benzenico

Propriet degli alcani (C nH2n+2 ) sono composti apolari (poco solubili in acqua) in quanto contengono puramente (o quasi) legami covalentidisposti simmetricamente . Non danno luogo a reazioni di tipo ionico, mentre possono dar luogo a reazioni

radicaliche . La lorocombustione con O 2 una delle reazioni pi importanti

Nomenclatura degli alcani (suffisso ano )1. La catena principale quel la con il maggior numero datomi di carbon io2. La numerazione della catena deve essere assegnata in modo che il numero di posizione della primaramificazione sia il pi piccolo possibile. Tra numeroe nome sinserisce un trattino3. La molteplicit di uno stesso gruppo sostituente sindica con i prefissi di -, tri-, tetra-, ecc. primadel nome del radicale (nominato in modo analogo alla catena principale, sostituendo il suffisso ano con il, es.metil, etil, butil) ; quindi si antepongono tutti i numeri di posizione separati da una virgola

4. I gruppi sostituenti diversi si elencano secondo ordine alfabetico, prefissi esclusi5. In presenza di pi catene principali con lo stesso numero datomi di carbonio, la priorit a ppartiene quellacon il maggior numero di ramificazioni


27/30

27

Esempio

2, 2, 4 trimetilpentano

Nomi (ritenuti) degli alcani: CH4 = metano; C

2H

6 = etano; C

3H

8 = propano; C

4H

10 = butano;

pent, esa, epta, etc

I cicloalcani sono idrocarburi saturi ciclici (CnH2n ), si aggiunge ilprefisso ciclo

Isomeria degli alcani , presenti 4 tipi:

-

strutturale : scheletro carbonioso differente- posizionale : posizione diversa dei gruppi funzionali- funzionale : diversi gruppi funzionali- conformazionale : rotazione attorno ad un legame singolo, sfalsata o eclissata- ottica : presenza di centri chirali

Propriet degli ancheni (C nH2n )Sono idrocarburi caratterizzati dalla presenza di un doppio legame C = C , i carboni hanno ibridazione sp2; hannopropriet chimico fisiche simili hai corrpsondenti alcani ma reattivit molto diversa. Una reazione caratteristicadegli alcheni quella di addizione che porta la formazione di composti saturi

Nomenclatura degli alcheni (suffisso ene )La catena principale quella con il maggior numero datomi di carbonio contenente linsaturazione, non pi lungain assoluto. Linsaturazione deve avere il numero pi piccolo. Per il resto, la nomenclatura degli alcheni segue leregole gi indicate negli alcani. Gruppi alchenilici da ricordare: vinile (CH2=CH-),

allile (CH2=CH-CH2-)Isomeria degli alcheni

- geometrica : di tipo cis trans , impossibilit di rotazione intorno a un legame doppio- ottica (chiralit ): una molecola chirale se le sue due forme a immagine speculare non sono

sovrapponibili. Le 2 forme speculari di una molecola si chiamanoenantiomeriUn composto con un C ibridato sp 3 con quattro sostituenti diversi tra loro otticamente attivo La capacit di una sostanza otticamente attiva di far ruotare il piano della luce polarizzata

Propriet degli anchini (C nH2n-2 )Sono idrocarburi caratterizzati dalla presenza di un triplo legame C C Nomenclatura degli alchini (suffisso ino )Per quanto riguarda la nomenclatura degli alchini si fa riferimento al corrispondente alchene di pario numero diatomi di carbonio, cui si sostituisce la desinenza ene con ino Alchini con nomi ritenuti sono:etino o acetilene (C2H2), propino o metilacetilene (C3H4)

H C C H H C C CH3

Idrocarburi aromatici (CnHn)Gli idrocarburi aromatici hanno un basso rapporto C:H e presentano un odore piacevole ; nella loro strutturapresentano dei legami doppi alternati a quelli singoli di lunghezza maggiore


28/30

28

Il pi importante il benzene che ha formula bruta C6H6, ha una struttura esagonale con 3 doppi legami chevanno a costituire 2 strutture limite di risonanza. Nel benzene i 6e - degli orbitali 2p non ibridati formano ununico orbitale molecolare circolare sopra (e sotto) al piano della molecola.

Perch un composto con n anelli sia aromatico deve presentare 4n + 2 elettroni , ovvero 2n + 1 legami doppi

Alcuniderivati del benzene

Gliidrocarburi condensati aromatici (o idrocarburi policiclici aromatici IPA) sono dei composti organici chesiformano normalmente nel corso della combustione di prodotti organici , e sono degli inquinanti (danni a livelloematico, immunodepressione, danni al sistema respiratorio, cancro..)

Data lenorme quantit di composti organici , per classificarli si ricorre al seguente artificio: si immagina chequesti composti siano costituiti unendo il RESIDUO di un idrocarburo ad un GRUPPO FUNZIONALE (il quale puo meno contenere il C)Si definisceresiduo (R ) un composto immaginario corrispondente ad un idrocarburo al quale stato sottrattoun atomo di HSi definiscegruppo funzionale una parte della struttura della molecola caratterizzata da specifici elementi e daspecifica struttura , che conferisce al una reattivit tipica e simile a quella di altri composti con stesso gruppo

Gruppi funzionali e classi di composti

Propriet degli alogenuri (R X)Presentano punti di ebollizione maggiori dei corrispondenti alcani (stesso n C) e aumenta allaumentare delpeso atomico del gruppo funzionale X (per uno stesso R ), mentre per uno stesso X i lpunto di ebollizioneaumenta di 20 30C per ogni C in pi ; sono insolubili in acqua e no n formano legami a idrogeno

Nomenclatura degli alogenuri :Hanno priorit inferiore a legami doppi o tripli mentre maggiore se la catena idrocarburica saturaes.: CH3 CH2 Cl il 1 cloroetano I CH = CH CH2 I il 1,3 diiodioprop 1 ene


29/30

29

Propriet degli alcoli e fenoli (R OH)Si formano* dagli alogenuri persostituzione del gruppo X con il gruppo OH. Se presentano fino a 4 atomi di Cper atomo di O, sono miscibili in H 2O e ne alzano il punto di eboll izione (a causa dei legami H). Formano legami aH. Il gruppo OH fortemente polare quindi la molecola si polarizza.CH3OH (metanolo ) e CH3CH2OH (etanolo )sono i pi semplici. Si chiamafenolo quando il gruppo OH legato ad un anello aromatico . Alcoli hannoleggerocarattere acido , fenoli sono molto acidi*formazione degli alcoli: CH 3Br + OH

- --> CH3OH + Br-

Nomenclatura degli alcoli e fenoli Si nomina lacatena idrocarburica e le si tronca lultima vocale sostituendola col suffisso olo . Ilcarbonio legatoal gruppo OH ha priorit maggiore quindi dovr avere il numero minore nella catena. La presenza di pi gruppi OH si riflette sulla nomenclatura con laggiunta dei suffissi di, tri, tetraetc prima del suffisso oloUnalcool si diceprimario se il carbonio a cui legato il gruppo OH forma un altro solo legame , secondario eterziario di conseguenza . Se il gruppo OH un sostituente viene detto idrossi

Dallossidazione di un alcool primario si ottiene un aldeide , dallossidazione di un alcool secondario si ottieneun chetone , un alcool terziario non si ossida.

Propriet degli eteri ( O )Sono composti debolmente polari (molecola non lineare) e scarsamente reattivi ;no n formano legami a idrogeno

Nomenclatura degli eteri Formula generale R O R oppure Ar O R (dove Ar un gruppo aromatico ). Il nome viene formato facendoprecedere la parola etere ai nomi dei due R . es.: CH3 O C2H5 letere metil etilico

Propriet delle aldeidi Si formano per ossidazione di un alcool primario , sono caratterizzate dalla presenza del gruppo CHO e il gruppoisolato C = O viene detto gruppo carbonile che polare , no n formano legami a H quindi ipunti di ebollizionesono inferiori rispetto ai rispettivi alcoli e acidi carbossilici ma superiori rispetto ai composti apolari con stessopeso molecolare . Laldeide principale chiamata formaldeide e ha formula HCOH ed un gas. Sono solubili finoa 5 atomi di C , dopodich la solubilit descresce

Nomenclatura delle aldeidi Lanumerazione della catena parte dal carbonio del gruppo CHO. Si da il nome alla catena principale R sostituendo lultima vocale con il suffisso ale . Se CHO un sostituente viene chiamato formil

Propriet dei chetoni Si formano per ossidazione di un alcool secondario , sono caratterizzate dalla presenza del gruppo C = O e ilgruppo isolato C = O viene detto gruppo carbonile che gli attribuisce propriet fisiche simili alle aldeidi . Sonosolubili fino a 5 atomi di C , dopodich la solubilit decresce

Nomenclatura dei chetoni Ilgruppo CO si considera parte della catena e deve avere numero pi basso possibile . Si da i l nome alla catenaprincipale sostituendo la vocale dellidrocarburo con il suffisso one

Propriet degli acidi carbossiliciNella loro struttura hanno il gruppo carbossile i l posizione terminale ; sono acidi deboli ; sono polari quindiformano legami a H ; la lorosolubilit comincia a diminuire oltre i4 atomi di C ; hanno punti di ebollizione pielevati degli alcoli (a causa dei legami a H) e reagiscono con questi ultimi per formare gli esteri

Nomenclatura degli acidi carbossilici Si prende come base il nome del corrispondente alcano e si sostituisce lul tima vocale con il suffisso oico ,mentre si antepone la parola acido . Gli acidi carbossilici ritenuti sono:


30/30

Propriet degli esteri (R COO R)Si ottengono dallesterificazione, ovvero la reazione che avviene tra un acido carbossilico e un alcool , che laseguente: R COOH + R OH --> R COO R + H2O, ovvero lidrogeno dellacido carbossilico viene sostituito dalresiduo dellalcool con formazione di acqua . Hanno un tipico odore di frutta

Nomenclatura degli esteri Il nome deriva dal radicale alchil ico dellalcool seguito dallo ione carbossilato dellacido es.: CH3COOH (acido acetico) + CH3CH2OH (etanolo) --> CH3COOCH2CH3 (etile acetato) + H2O

Propriet delle ammine (NH3, RNH2, R2NH, R3N)Sono compositi che derivano da NH 3 per sostituzione di 1, 2 o 3 idrogeni . Sostituzione di un H, ammina primaria,2 e 3 di conseguenza. NH4 lammoniaca; sono delle basi deboli . Formano legami ad idrogeno e sono solubilifino a 5, 6 atomi di carbonio ; hanno punti di fusione pi alti rispetto agli alcani ma pi bassi degli alcooli

Nomenclatura delle ammine Se lammino gruppo un sostituente viene identificato dal prefisso ammino , se ilgruppo principale si usa ilsuffisso ammina . Ammine importanti: CH3NH2 (metilammina), (CH3)2NH (dimetilammina), (CH3)3N(trimetilammina)

Priorit per la nomenclatura - Atomi conn.a. maggiore hanno priorit su quelli con n.a. minore (Br > Cl > O > N > C > H)- I gruppi funzionali hanno priorit seguente:

idrocarburi < alogenuri < alchini < alcheni < ammine < alcoli < chetoni < aldeidi < acidi carbossilici

I polimeri Unpolimero una macromolecola, ovvero una molecola dall'elevato peso molecolare, costituita da un grannumero di gruppi molecolari (detti unit ripetitive ) uguali (negli omopolimeri) o diversi (nei copolimeri ), uniti "acatena" mediante la ripetizione dello stesso tipo di legame covalenteUn polimero costituito da una singola unita ripetitiva chiamato monomero , ed il reagente dal quale si forma ilpolimero attraverso la polimerizzazione

- FINE -

la chimica di base in 30 pagine

Documents