Le leggi fondamentali

Prof. Fabio Marchetti Chimica Generale ed Inorganica

L27 Chimica A. A. 2012-2013

Risultati degli Studi di Lavoisier

La somma delle masse delle sostanze che

reagiscono nelle reazioni chimiche uguale

alla somma delle masse delle sostanze che

vengono prodotte, cio la materia nel corso

delle reazioni non pu essere creata n

distrutta.

Equazioni chimiche

Metallo + Aria + Fuoco Calce

Calcio + Ossigeno + Calore Ossido di Calcio

Il metallo subisce una ossidazione

Lavoisier stato il primo a servirsi delle equazioni chimiche:

"Per meglio far comprendere lo stato della questione e per

rappresentare a colpo docchio il risultato di ci che avviene nelle

soluzioni metalliche, io ho costruito delle specie di formule che si

possono, quasi a tutta prima, prendere per formule algebriche, ma che

non hanno punto lo stesso scopo e che non derivano dagli stessi

principi; siamo ancora ben lontani, dal portare nella chimica la

precisione della matematica".

Equazione stechiometrica di Lavoisier

Dissoluzione del ferro in acido nitrico (1782)

Ferro

Acqua

Ossigeno

Ossido nitrico

le equazioni chimiche trovarono sistemazione pressoch

definitiva con Dumas nel 1826, e la rappresentazione con

simboli speciali tanto dei corpi semplici che dei composti

Come schematizzava Lavoisier una reazione chimica?

Legge di conservazione della massa

La massa totale delle sostanze non

cambia durante una reazione chimica.

reagente 1 + reagente 2 prodotto

massa totale massa totale =

ossido di calcio + diossido di carbonio calcio carbonato

CaO + CO2 CaCO3

56.08g + 44.00g 100.08g

Legge di conservazione della massa

Ossido di mercurio Mercurio+ Ossigeno

Il metallo subisce una riduzione

2HgO 2Hg + O2

Ossido di Mercurio Mercurio Ossigeno

43,19 g 40.00 g 3,19 g

In termini chimici moderni:

Nulla si crea nulla si distrugge

Teoria dellossigeno

Ossigeno

Azoto

Idrogeno

Riforma della Nomenclatura chimica

Aria=1/5 ossigeno in volume

4/5 azoto in volume

Sostanze composte e sostanze semplici

non ulteriormente scomponibili

TEORIA DELLOSSIGENO di Lavoisier sulla combustione:

propose una spiegazione basata sul ruolo del gas, componente

dellaria, che denomin ossigeno; di conseguenza fu abbandonata

la teoria del flogisto, sostituita da quella dell'ossigeno.

Teoria dellossigeno

un metallo (Me) all'aria e in presenza di

fuoco si trasforma in calce:

2Me + O2 2MeO (CALCINAZIONE)

una calce che brucia, in presenza di

materiali combustibili, come il carbone

di legna, si trasforma in metallo:

2MeO + C 2 Me + CO2 (RIDUZIONE)

alcuni materiali (il legno) in presenza di

fuoco e aria danno origine a ceneri:

CH4 + O2 CO2 + H2O (COMBUSTIONE)

Proust Joseph Louis

Piombo + Zolfo Solfuro di piombo

esperimento

1

2

3

Joseph Louis Proust (1754 - 1826) osservava che:

Legge delle proporzioni definite o

della composizione costante

esperimento Massa di Piombo che reagisce

Massa di zolfo che reagisce

Solfuro di piombo

Rapp. di comb.

mOpiombo/mzolfo

1 10.00 g 1.55 g 11.55 g 10/1.55=6.45

2 10.00 g 3.00 g 11.55 g 10/1.55=6.45

3 18.00 g 1.55 g 11.55 g 10/1.55=6.45

Quando due elementi si combinano tra di loro per

dare origine ad un composto, il rapporto tra le

rispettive masse che effettivamente reagiscono

risulta essere sempre costante e ben definito.

(Joseph Louis Proust, 1799)

Legge delle proporzioni definite o

della composizione costante

Indipendentemente dalla sua fonte, un particolare

composto chimico costituito dagli stessi elementi

nelle stesse parti (frazioni) in massa.

[] un composto un prodotto privilegiato al quale la natura ha dato una

composizione costante[] il cinabro giapponese ha la medesima composizione di quello

spagnolo [] il cloruro di argento assolutamente il medesimo provenga esso dal Per o

dalla Siberia. In tutto il mondo esiste un solo cloruro di sodio. Lanalisi conferma ad ogni

passo questi fatti.

Ci comporta che esista discontinuit nella materia: necessario

perci ipotizzare l'esistenza di "atomi" come costituenti.

Teoria atomica di John Dalton

Ostacoli pratici

Lostacolo maggiore era conoscere i

pesi atomici degli elementi.

Conoscendo i pesi atomici sarebbe stato

semplice risalire al numero di atomi

presenti in una data quantit di ogni

elemento e sarebbe stato possibile

determinare il numero di atomi di un

elemento coinvolti in una reazione

chimica.

Pesi atomici secondo Dalton

1g di Idrogeno + 8g di Ossigeno 9g di acqua

1 atomo idrogeno + 1 atomo ossigeno 1 composto atomico dellacqua

H + O HO

Interpretazione della legge delle

proporzioni definite utilizzando la teoria

atomica di Dalton

Interpretazione della legge della

conservazione della massa utilizzando la

teoria atomica di Dalton

La rappresentazione di una reazione chimica mediante formule

prende il nome di equazione chimica

Cl2 (g) + P4 (s) PCl3 (l)

Interpretazione della legge della

conservazione della massa utilizzando la

teoria atomica di Dalton

6Cl2(g) + P4(s) 4PCl3 (l)

4 atomi di P 4 atomi di P

6 x 2 = 12 atomi di Cl 4 x 3 = 12 atomi di Cl

Bilanciamento di una reazione chimica

Legge delle proporzioni multiple

Dalton prepara due composti chimici

formati da carbonio C e ossigeno O

666.2carbonio di g 0.375

ossigeno di g 1.000

Carbonio massa

Ossigeno massa

333.1carbonio di g 0.750

ossigeno di g 1.000

Carbonio massa

Ossigeno massa

Composto 1

Composto 2

Legge delle proporzioni multiple

Dalton prepara tre composti chimici

formati da azoto N e ossigeno O

57.0azoto di g 1.750

ossigeno di g 1.000

Azoto massa

Ossigeno massa

14.1azoto di g 0.875

ossigeno di g 1.000

Azoto massa

Ossigeno massa

28.2azoto di g 0.437

ossigeno di g 1.000

Azoto massa

Ossigeno massa

Composto 1

Composto 2

Composto 3

Legge delle proporzioni multiple

666.2carbonio di g 0.375

ossigeno di g 1.000

Carbonio massa

Ossigeno massa

carbonio di g 0.750

ossigeno di g 1.000

Carbonio massa

Ossigeno massa

Composto 1 Composto 2

1333.1

333.1 2

333.1

666.2

Se due elementi formano pi di un singolo

composto, le masse di un elemento che sono

combinate con una massa fissa del secondo

stanno tra loro come numeri interi piccoli.

Descrizione della materia

Due livelli di descrizione della materia:

Livello macroscopico

Livello microscopico

Livelli di interpretazione

Noi possiamo esplorare il

mondo MACROSCOPICO che

possiamo vedere e toccare.

Capire il mondo

MICROSCOPICO che non

possiamo vedere.

Scrivere dei SIMBOLI per

descrivere questi mondi.

Logica del linguaggio

Secondo una logica della

natura, gli atomi da soli non

sono in grado di costituire la

materia nelle sue variegate

forme, cos si uniscono a dare

le molecole, ciascuna con

specifica identit e specifiche

propriet (valore aggiunto).

Esse sono le parole con le

quali scritto il grande libro

della natura.

Come esistono parole corte e parole lunghe, cos esistono

molecole formate da pochi atomi e molecola formate da

moltissimi atomi:

Es. la parola pi lunga della lingua italiana

precipitevolissimevolmente (26 lettere)

Una molecola di saccarosio (zucchero) formata da 45 atomi

C12H22O11:

H O

OH

H

O

H

OHH

OH

CH2OH

H

CH2OH

CH2OH

H

OH H

H OH

O

Lo zucchero

Lemoglobina

Prendendo in considerazione molecole biologiche la differenza

diventa ancora maggiore: lemoglobina, a cui dovuto il colore

rosso del sangue formata da 9072 atomi:

C2956H4516Fe4N780O806S12

Nel linguaggio, la posizione delle lettere in una parola modifica

il significato. Es. prendendo le 4 lettere a, n, o, s, si possono

creare le parole naso e sano aventi significati completamente

diversi.

Le sequenze

Analogamente ogni molecola identificata non solo dal numero e

dal tipo di atomi che la compongono, ma anche dal modo in cui

questi atomi sono legati nella molecola. Es. partendo da 6 atomi di

H, 2 di C e 1 di O si possono costruire due molecole differenti:

H

CH

H

C

H

H

O H

H

CH

H

O C

H

H

H

alcool etilico etere dimetilico

Esse hanno propriet completamente differenti: la prima lalcool contenuto

nel vino e nei liquori, la seconda letere che veniva usato fino a poco tempo fa

come anestetico.

Le sostanze

simboli dei metalli e dei pianeti

significato magico e mistico del numero sette

Alchimia e nomi degli elementi

Tavole di affinit chimiche

E. F. Geoffroy 1718

Molti nomi per pochi composti

Anidride carbonica

(CO2)

gas silvestre

spirito silvestre

acido aereo

aria fissa

acido atmosferico

acido mefitico

acido cretaceo

acido di carbone

Anidride solforica

(SO3)

Acido di zolfo

Acido vetriolico

Olio di vetriolo

Spirito di vetriolo

Nuovi simboli furono aggiunti nel Medio Evo. Gli alchimisti li

inventavano per uso personale, senza preoccuparsi di comunicare

agli altri il loro significato, anzi cercando di nasconderlo.

Simboli per i composti

Una nuova lingua per la chimica

Nel 1786 Guyton de Morveau, Fourcroy, Berthollet e Lavoisier,

su incarico dellAccademie Francese, si occuparono di

creare una nuova nomenclatura per la chimica

l. B. Guyton

de Morveau

A. Lavoisier A. de Foucroy

C. L. Berthollet

In ogni scienza naturale bisogna

distinguere fatti, idee e parole.

Le parole debbono suscitare le idee, le

idee devono rappresentare i fatti; non

possibile migliorare la scienza senza

migliorare il linguaggio: per quanto

siano giuste le idee nate dai fatti, essi

traggono in errore se per essi non esiste

una espressione precisa.

Memoire sur la ncessit de

rformer et de perfectionner la

nomenclature de la chimie

17 aprile 1787

Una nuova lingua per la chimica

2 maggio 1787

Guyton de Morveau presenta allAcadmie la relazione

sullo sviluppo dei principi della nomenclatura

sistematica:

1. Ogni composto deve avere una propria denominazione;

2. Come radici del termine debbono servire i nomi delle parti componenti il

composto (mai nomi di chimici). Per formare il nome dei composti quindi

indispensabile conoscere il loro componenti;

3. desiderabile che il nome non sia espressione di una qualsivoglia ipotesi;

4. Per i composti chimici verranno date denominazioni di genere e specifiche,

analogamente a quanto si fa nelle altre scienze naturali.

5. Si propone che le radici dei nomi vengano prese dalla lingua greca o latina;

6. Se due elementi formano tra loro pi composti, questo si esprime mediante prefissi

o suffissi al nome specifico (vedi le terminazioni ito, ato, e i prefissi ipo, per,

sesqui, mono, bi, ecc.).

Dalton (1803) non usa pi un simbolo

per i composti chimici, ma solo per gli

elementi semplici. Con la riunione di pi

simboli si ottenevano le formule dei

composti.

John Dalton

(17766 1844)

Il simbolismo di Dalton

Il simbolismo di Dalton

Con la riunione di pi simboli ottenevano le formule dei composti.

il simbolo indicava la specie, e il peso atomico (o supposto tale, cos che

esso svolgeva il ruolo di indicazione quantitativa del rapporto in atomi ed

in peso).

Tale simbolismo ebbe molto

successo, per:

non consentiva di rappresentare

adeguatamente molecole

complesse.

induceva nellerrore di ritenere le

formule molecolari immagini delle

strutture molecolari stesse.

Propose come simboli le iniziali del nome latino delle

sostanze elementari:

C, carbonium, Cu cuprum, Co cobaltum.

COO, SOO, SOOO

La riunione dei diversi simboli costituiva la formula

molecolare, e venne introdotto luso degli

esponenti:

CO2, SO2, SO3

Berzelius

Una formula deve esprimere in modo preciso di quali elementi

un composto formato e mostrare il relativo numero di atomi

di ogni elemento presente.

Berzelius e i simboli degli elementi

Liebig e Poggendorf nel 1836 proposero di

usare i deponenti invece degli esponenti, onde

evitare confusioni con il simbolo matematico,

ma solo parecchi decenni pi tardi ci entr

nelluso comune:

BaSO4 BaSO4

von Liebig

von Liebig e i deponenti

Le regole di nomenclatura attualmente in uso sono state

formulate dalla COMMISSIONE dellUNIONE di

CHIMICA PURA e APPLICATA (IUPAC). In base a tali

regole possibile stabilire la formula del composto e risalire

al nome dalla formula.

E un sistema adottato in tutto il mondo scientifico

Nomenclatura ufficiale dal 1970