LA MATERIALA MATERIA 1.B PRE-TEST 1.C OBIETTIVI 1.1 COS LA MATERIA? 1.2 CORPI E SOSTANZE1.2.1 CORPI PURI E MISCELE 1.2.2 LE SOSTANZE

1.3 LIDEA DI ELEMENTO E LA SUA EVOLUZIONE STORICA 1.V VERIFICA SE HAI CAPITO

ESERCIZI

LA MATERIA1.B PRE-TESTIndividua tra le specie seguenti le sostanze, distinguendole in sostanze semplici e sostanze composte: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. acqua di mare acido solforico diamante bronzo aria acqua distillata zolfo Soluzione esistere; comprendere il modello particellare della materia in riferimento alle trasformazioni fisiche; distinguere i corpi puri dai corpi non puri; sapere che cosa si intende per fase; riconoscere un miscuglio omogeneo da uno eterogeneo; comprendere lidea di sostanza e distinguere tra sostanze semplici e sostanze composte; usare in modo corretto il termine elemento.

1.1 COS LA MATERIA?Se si chiedesse a qualcuno di spiegare cos la materia, probabilmente ci risponderebbe: Tutto quello che ci circonda; questo, tuttavia, non direbbe nulla di preciso su cosa sia la materia e su quali siano le sue caratteristiche peculiari. Volendo, ad esempio, descrivere in modo oggettivo loggetto sedia, potremmo individuare gli elementi essenziali che la caratterizzano, e cio un piano orizzontale dove ci si siede, collegato ad un elemento perpendicolare, dove

1.C OBIETTIVIAl termine di questa Unit dovrai essere in grado di: conoscere gli attributi essenziali della materia e le caratteristiche dei tre stati fisici in cui questa pu

LA MATERIAappoggiarsi; il tutto appoggiato su quattro elementi verticali di altezza opportuna. Avremmo cos espresso gli attributi essenziali che permettono di identificare un certo oggetto come una sedia, inserendolo in una certa categoria e collegandolo con il concetto di sedia. Procedendo in modo simile per la materia, vanno individuati i suoi attributi essenziali, che la rendono materia e non qualcosaltro. Questi ATTRIBUTI possono essere sintetizzati cos: la materia caratterizzata da tre stati fisici (solido, liquido, gassoso); possibile passare da uno stato allaltro in opportune condizioni; ci avviene attraverso trasformazioni invertibili; in queste trasformazioni si ha sempre conservazione della massa.

vapore acqueo (gas); gli stati fisici sono caratterizzati da alcuni attributi macroscopici essenziali che permettono di distinguerli uno dallaltro in modo immediato. SOLIDI: hanno forma, massa e volume definiti e non sono compressibili.

LIQUIDI: hanno massa e volume definiti, assumono la forma del recipiente e sono poco compressibili.

GAS: hanno massa definita, non hanno un volume definito, ma occupano tutto lo spazio disponibile (devono, quindi, essere conservati in recipienti chiusi), assumono la forma del recipiente e sono molto compressibili.

I corpi, quindi, possono esistere in tre stati fisici: se consideriamo, ad esempio, H2O, questa potr essere sotto forma di ghiaccio (solido), acqua (liquido) e

Da sempre, gli scienziati hanno cercato di interpretare i fenomeni del mondo naturale con modelli e teorie che spiegassero in modo unitario una serie di fenomeni apparentemente molto diversi

LA MATERIAtra loro. Lobiettivo era quello di calare nella complessit delle osservazioni uno schema interpretativo globale. In relazione agli stati fisici della materia ed alle trasformazioni che permettono di passare da uno stato allaltro, stato elaborato un modello semplice che permette non soltanto di interpretare i fenomeni osservati, ma anche di avanzare previsioni su altri fenomeni. Si tratta del MODELLO PARTICELLARE Gli assiomi fondamentali di questo modello sono i seguenti: 1. Tutti i corpi sono costituiti di particelle. 2. Una particella indivisibile. 3. Una particella conserva sempre la propria forma, cio indeformabile. 4. Una particella di un determinato corpo ha un volume definito, diverso da quello della particella di un altro corpo. 5. Una particella di un determinato corpo ha sempre una certa massa, diversa da quella della particella di un altro corpo.

Un certo corpo puro sar costituito sempre da particelle dello stesso tipo, che tuttavia saranno organizzate in modi diversi a seconda dello stato fisico: nello stato solido disposte in modo ordinato molto vicine le une alle altre; un po pi lontane, ma ancora vincolate, nello stato liquido; completamente libere di muoversi nel gas. Possiamo riconoscere queste caratteristiche nellacqua che, pur essendo costituita sempre da particelle dello stesso tipo, si presenta con le caratteristiche tipiche dei solidi, dei liquidi o dei gas, a seconda che sia sotto forma di ghiaccio, acqua o vapore acqueo, rispettivamente.

LA MATERIA

a) stato solido

b) stato liquido

c) stato gassoso

La materia, quindi, pu essere definita a partire dai suoi attributi caratteristici ed soggetta a trasformazioni di vario genere: esistono TRASFORMAZIONI CHIMICHE e TRASFORMAZIONI FISICHE, per il momento ci concentriamo soltanto su queste ultime, che possono essere messe in relazione con i passaggi di stato. Le trasformazioni chimiche (o reazioni chimiche) verranno introdotte successivamente.

LA MATERIA

materia corpo (porzione di materia)

corpo puro (una sola sostanza)

miscela (pi sostanze)

sost. semplice (un solo elemento)

sost. composta (pi elementi)

m. omogenea (una fase)

m. eterogenea (pi fasi)

LA MATERIA1.2 CORPI E SOSTANZE1.2.1 CORPI PURI E MISCELE

costituito da pi sostanze diverse, ciascuna delle quali mantiene la propria identit e pu, attraverso un metodo adatto, essere separata dalle altre. Per distinguere i diversi tipi di miscele, definiamo la FASE come: una porzione di materia separata dalla parte restante per mezzo di superfici definite; ogni punto di una fase caratterizzato dalle stesse propriet fisiche. Esistono, quindi, miscele OMOGENEE, costituite da una sola fase, e miscele ETEROGENEE, in cui sono presenti pi fasi. Nelle miscele omogenee ogni parte presenta le stesse propriet fisiche, mentre in quelle eterogenee possibile distinguere parti che hanno propriet fisiche diverse. Consideriamo ora alcuni esempi. Laria una miscela di gas, costituita prevalentemente da azoto ed ossigeno, e da altre specie gassose (ad esempio, gas nobili, biossido di carbonio, vapore acqueo, ecc.), presenti in quantit inferiore. E una miscela omogenea in quanto tutte le

La materia, che abbiamo descritto nei suoi attributi essenziali, costituita da corpi; un CORPO una porzione limitata di materia Nellambito dei corpi, possibile distinguere tra corpi PURI e corpi NON PURI: un CORPO PURO costituito da particelle di un unico tipo e pu essere anche indicato con il termine sostanza (pura) (N.B. in questo caso lattributo pura non strettamente necessario, ed assume un significato diverso da quello comunemente inteso); un corpo puro quindi costituito da una sola sostanza.

un CORPO NON PURO (che pu essere chiamato anche MISCELA o miscuglio) invece

LA MATERIAsostanze che la compongono sono in fase gassosa. Sciogliendo un po di zucchero in acqua otteniamo un altro esempio di miscela omogenea: generalizzando si pu dire che le soluzioni sono miscele omogenee. Daltra parte, se mescoliamo lacqua con una sostanza non solubile, si ottiene una miscela eterogenea tra solido e liquido che prende il nome di sospensione. Nel caso di due o pi liquidi, si ha un sistema omogeneo solo se questi sono completamente miscibili tra loro; la miscela acqua-olio rappresenta invece un esempio di sistema eterogeneo, in quanto lolio tende a galleggiare e non si mescola con lacqua. Sbattendo energicamente i due liquidi si pu ottenere unemulsione, ma se questa non viene pi agitata le due componenti tendono spontaneamente a separarsi. I metodi di separazione delle sostanze che costituiscono le miscele variano a seconda che queste ultime siano omogenee o eterogenee: ad esempio, i componenti di una miscela di sabbia ed acqua possono essere separati per filtrazione, mentre per separare il sale disciolto nellacqua di mare necessario ricorrere ad una trasformazione fisica, come la distillazione, allontanando lacqua sotto forma di vapore.1.2.2 LE SOSTANZE

I termini corpo puro e sostanza sono stati precedentemente indicati come due modi equivalenti per esprimere lo stesso concetto. Cerchiamo ora di precisare meglio il significato di SOSTANZA. La sostanza pu essere definita secondo due livelli: Livello empirico Livello particellare Sul piano empirico, le sostanze sono caratterizzate da propriet ben definite (ad esempio, il punto di ebollizione e di fusione, la densit, ecc.) diverse tra una sostanza e laltra, ma che non variano in porzioni diverse della stessa sostanza.

LA MATERIAPROPRIETA FISICHE DI ALCUNE SOSTANZE

Sostanza Carbonato di calcio (CaCO3) Alluminio metallico (Al) Cloruro di sodio (NaCl) Quarzo (SiO2)

Densit

Punto di fusione (C)

Punto di ebollizione (C)

2,710

1339

898

2,702

660

2467

2,165

801

1413

2,635

1610

2230

LA MATERIASe, ad esempio, sottoponiamo lacqua di mare (che una miscela omogenea) a distillazione, otteniamo un liquido che ha sempre le stesse caratteristiche esteriori e che caratterizzato da propriet costanti, indipendentemente dalle condizioni in cui stata realizzata la distillazione o dalle caratteristiche della soluzione di partenza. Quindi, le sostanze (in questo caso, lacqua) conservano la loro identit quando vengono sottoposte a trasformazioni fisiche. Notiamo che solo le sostanze sono caratterizzate da propriet costanti; le miscele delle stesse sostanze, invece, possono presentare di volta in volta composizione percentuale diversa, a cui corrisponderanno propriet diverse. Passando al livello microscopico, possiamo affermare che una sostanza costituita da unit strutturali di un unico tipo Le unit strutturali possono essere atomi, molecole o ioni; i concetti di atomo, molecola, e ione, che verranno ampiamente ripresi, non sono stati ancora definiti, cos come quello di elemento, su cui ci soffermeremo tra poco. Diamo, quindi, alcune definizioni: ATOMO: la pi piccola particella costitutiva di un elemento ed caratterizzato da specifiche propriet chimiche.

MOLECOLA: generalmente, corrisponde ad un agglomerato definito e strutturato di atomi che pu esistere in modo indipendente; caratterizzata da specifiche propriet chimiche dovute agli atomi presenti nel loro insieme. La decomposizione della molecola negli atomi che la costituiscono fa venir meno le sue propriet chimiche. IONE: particella dotata di carica.

ELEMENTO: pu esistere sotto forma di diversi isotopi, caratterizzato da un simbolo e da un numero dordine (il numero atomico), che ne

LA MATERIAdetermina la posizione nella Tavola Periodica; gli atomi di un certo elemento hanno tutti lo stesso numero atomico. Unultima distinzione permette di riconoscere SOSTANZE SEMPLICI e SOSTANZE COMPOSTE:

costitutiva di un elemento chimico). Il prossimo passo quello di approfondire il concetto di elemento; daltra parte, latomo dovr essere studiato nella sua struttura (struttura atomica).

1.3 LIDEA DI ELEMENTO E LA SUA EVOLUZIONE STORICAI FILOSOFI ANTICHI, volendo spiegare il mondo reale con un numero limitato di principi, fecero ricorso ad entit immateriali, che vennero definite con il nome di Elementi; Talete identific questo principio originario con lacqua, Anassimene con laria, Eraclito con il fuoco. Secondo unaltra scuola di pensiero, rappresentata in particolare da Empedocle, la realt nelle sue diverse manifestazioni era il risultato della combinazione secondo proporzioni variabili di quattro principi: la terra, lacqua, il fuoco e laria. Questa impostazione ebbe grande influenza in diversi campi del sapere per molti secoli, e si ritrova, anche se con un taglio diverso, in Platone e in Aristotele.

Le unit strutturali delle sostanze SEMPLICI sono o atomi o molecole di un solo elemento, generalmente formate da due o pi atomi uguali (es. O2, diossigeno, O3, ozono, Cl2, dicloro, ecc.); i gas rari (He, Ar, ...) formano molecole monoatomiche. Le unit strutturali delle sostanze COMPOSTE sono molecole formate da atomi di pi elementi diversi (ad esempio, H2O, NaCl, ecc.). Abbiamo quindi stabilito un legame tra sostanza semplice ed elemento (una sostanza semplice formata da molecole di un solo elemento), e tra elemento ed atomo (latomo la pi piccola particella

LA MATERIALAVOISIER (nel XVIII secolo) propone una definizione di elemento legata alla pratica sperimentale e ad un approccio di tipo scientifico; lelemento associato con lidea di termine ultimo a cui pu giungere lanalisi. Sono ritenuti elementi tutte le sostanze che i metodi sperimentali a disposizione non hanno ancora permesso di decomporre. Lo sviluppo delle tecniche potrebbe rivelare che specie considerate come elementi sarebbero invece sostanze composte. Il termine elemento viene usato da Lavoisier come sinonimo di sostanza semplice. Con la scoperta della STRUTTURA DELLATOMO e degli ISOTOPI lidea di elemento non pi sinonimo di sostanza semplice: viene quindi caricata di nuovi significati ed associata al numero atomico (cio il numero delle cariche positive del nucleo), che permette di spiegarne la posizione nella Tavola Periodica partendo dalla struttura elettronica. Gli isotopi sono specie atomiche caratterizzate da uno stesso numero atomico (Z), ma da diverso numero di massa (A = neutroni + protoni), dovuto ad un diverso numero di neutroni nel nucleo; essendo lelemento definito dal proprio numero atomico, di uno stesso elemento possono esistere diversi isotopi. Ad ogni isotopo (livello microscopico) corrisponde una sostanza semplice (livello macroscopico), caratterizzata da alcune propriet specifiche. Ad esempio, allunico elemento idrogeno (Z = 1), sono in realt associate tre sostanze semplici caratterizzate da propriet proprie: idrogeno H (A = 1) deuterio D (A = 2) trizio T (A = 3) Generalmente gli isotopi di una certa specie atomica sono rappresentati da un unico simbolo; in questo senso, lidrogeno rappresenta uneccezione, in quanto i diversi isotopi vengono indicati con simboli diversi. Quindi, i termini sostanza semplice ed elemento, spesso usati come sinonimi anche in molti testi di chimica, esprimono concetti che

LA MATERIAandrebbero invece distinti. Nella speranza che in futuro si arrivi ad una maggiore chiarezza, questo esempio sottolinea lo stretto legame tra i concetti ed il linguaggio usato per esprimerli, ed invita ad un approccio critico anche delle espressioni pi abituali. rame (Cu) sale da cucina (NaCl) 1.V.3 Riconosci le miscele omogenee e quelle eterogenee: acqua + zucchero completamente sciolto acqua + sale insolubile acqua + metanolo (miscibili) acqua + olio (immiscibili)

1.V VERIFICA SE HAI CAPITO1.V.1 Applica il concetto di sostanza e riconosci le sostanze pure: acqua acqua + zucchero acqua + sale acqua + limatura di ferro 1.V.2 Tra le specie chimiche seguenti, indica quali sono sostanze semplici e quali sostanze composte: ferro (Fe) acqua (H2O)

LA MATERIASoluzione Pre-Test 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. miscela omogenea o eterogenea sostanza composta sostanza semplice miscela omogenea miscela omogenea sostanza composta sostanza semplice

ESERCIZIESERCIZI1) Individua tra le seguenti trasformazioni quelle di natura fisica: a) la dissoluzione dello zucchero in acqua b) la produzione del vino per fermentazione del mosto duva c) lo scioglimento del ghiaccio d) la formazione di ruggine su un chiodo di ferro e) la sublimazione di CO2 nel ghiaccio secco Soluzione 2) Distingui le sostanze semplici: a) sciroppo b) latte c) rame d) ossigeno e) acqua Soluzione 3) Nellelenco dellesercizio 2, distingui le sostanze composte. Soluzione 4) Nellelenco dellesercizio 2, distingui le miscele. Soluzione 5) Quali delle miscele seguenti possono essere separate mediante filtrazione? a) acqua-zucchero b) acqua-olio c) brodo d) acqua-limatura di ferro Soluzione 6) Il sistema acqua-ghiaccio : a) fisicamente omogeneo b) fisicamente eterogeneo c) chimicamente eterogeneo Soluzione

ESERCIZI7) Individua le soluzioni: a) acqua gasata b) latte c) acqua e zucchero d) olio e aceto e) sangue Soluzione 8) Un sistema formato da acqua + zucchero + polvere di cacao : a) a tre fasi b) a due fasi c) a una sola fase Soluzione 9) La distillazione un metodo per separare due o pi liquidi aventi: a) differente densit b) differente peso specifico c) differente punto di ebollizione d) differente energia cinetica e) differente massa Soluzione 10) Determina, per ciascuno dei seguenti schemi, quali rappresentano sostanze pure e quali miscele di sostanze. Indica, inoltre, se si tratta di sostanze semplici o composte.

ESERCIZISoluzione

1a)

1b)

1c)

1d)

1e)

1f)

ESERCIZISoluzione

2a)

2b)

2c)

2d)

2 e)

2f)

ESERCIZISOLUZIONI1. c, e Back 2. 3. 4. 5. 6. 7. c, d Back e Back a, b Back d Back b Back a, c Back 8. 9. b Back c Back 10. Primo schema 1a) sostanza pura - sostanza semplice 1b) miscela - sostanze semplici 1c) miscela - sostanza semplice/sostanza composta 1d) miscela - sostanza semplice/sostanza composta 1e) miscela - sostanze semplici 1f) miscela - sostanze composte Back

ESERCIZI10.Secondo schema 2a) sostanza pura - sostanza semplice 2b) miscela - sostanza semplice/ sostanza composta 2c) miscela - sostanze semplici 2d) sostanza pura - sostanza composta 2e) sostanza pura - sostanza composta 2f) sostanza pura - sostanza semplice Back

GLOSSARIOACIDI CARBOSSILICI composti caratterizzati dal gruppo acido -COOH, che pu dare legami a idrogeno conferendo loro punti di ebollizione relativamente elevati e miscibilit in acqua (termini a basso peso molecolare); il loro nome si ottiene con il termine acido ed il suffisso -oico. Possono essere ottenuti per ossidazione di unaldeide, inversamente possono essere ridotti ad aldeidi e per sostituzione dellOH formano vari derivati (tra cui, esteri ed ammidi). (Unit 14, pag. 27) (OSSO) ACIDO composto che in acqua d soluzioni con propriet acide ottenuto per reazione di un ossido acido con H2O; gli idracidi sono invece frutto di una reazione diretta tra lelemento e H2. (Unit 3, pag. 4) ACIDO di Arrhenius: sostanza che in acqua si dissocia per dare ioni H+ di Brnsted-Lowry: donatore di protoni di Lewis: accettore di una coppia di elettroni (accolti in un orbitale vuoto disponibile) (Unit 12, pag. 4) AFFINIT ELETTRONICA misura della variazione di energia che accompagna lacquisto di un elettrone. Secondo le convenzioni comunemente adottate, essa negativa se la reazione esotermica, e positiva per processi endotermici; passando da valori negativi a valori progressivamente pi positivi, lacquisto di un elettrone avviene con maggiore difficolt. (Unit 5, pag. 12) ALCANI idrocarburi saturi, a catena lineare o ramificata, in cui il C presenta ibridazione sp3 e forma esclusivamente legami semplici; i loro nomi, caratterizzati dal suffisso ano, costituiscono la base

GLOSSARIOper costruire i nomi delle molecole pi complesse. Sono composti apolari, in generale poco reattivi; possono dare reazioni di combustione e di sostituzione. (Unit 14, pag. 9) ALCOLI composti caratterizzati dal gruppo polare - OH (cui corrisponde nel nome il suffisso olo) che possono essere interessati da legame a idrogeno tra molecole adiacenti, con conseguente solubilit in acqua ed elevate temperature di ebollizione. Possono essere ottenuti per riduzione di aldeide o acido carbossilico (alcool primario) o di un chetone (alcool secondario); inversamente, ossidando un alcool primario o secondario si ottengono rispettivamente unaldeide e un chetone. (Unit 14, pag. 19) ALDEIDI composti che presentano il gruppo carbonilico al termine della catena ( - CHO), cui corrisponde il suffisso di nomenclatura -ale e che possono essere ottenuti per ossidazione di un alcool primario; per riduzione danno alcoli primari, per ossidazione acidi carbossilici. (Unit 14, pag. 24) ALOGENI (Gruppo VII) tutti caratterizzati da molecole biatomiche, possono presentarsi in diversi stati fisici e sono molto reattivi; hanno propriet molto simili tra loro, conseguenza della somiglianza tra le strutture elettroniche. Nei composti possono assumere diversi numeri di ossidazione. (Unit 5, pag. 8) AMMINE derivati organici dellammoniaca, in cui atomi di H sono sostituiti da radicali R. Nel nome vengono indicati i nomi dei radicali, seguiti da ammina, ma in certi casi si usano nomi comuni. I composti a basso peso molecolare sono gassosi e molto solubili in acqua, in cui danno soluzioni basiche. Formano legami a idrogeno, ma rispetto allacqua questi sono pi deboli a causa della

GLOSSARIOminore elettronegativit di N rispetto ad O. (Unit 14, pag. 30) ANELLO AROMATICO struttura caratteristica del benzene (C6H6) e dei suoi derivati che comprende un anello esagonale in cui gli atomi di C (ibridati sp2) presentano legami C - C tutti equivalenti, con legami p delocalizzati; la molecola reale del benzene pu essere considerata come intermedia tra le due strutture possibili in cui si hanno legami singoli e legami doppi alternati. Lanello aromatico pu dare reazioni di sostituzione. (Unit 14, pag. 17) ANODO elettrodo cui associato il processo di ossidazione, che rappresenta il polo negativo di una pila ed il polo positivo di una cella elettrolitica. (Unit 13, pag. 4 e pag. 20) ATOMO la pi piccola particella costitutiva di un elemento, caratterizzata da specifiche propriet chimiche. Riguardo alla struttura: il nucleo costituito da protoni e neutroni esso occupa un volume limitato dellatomo in esso si concentra la quasi totalit della massa dellatomo (Unit 1, pag. 10, Unit 4 pag. 6) BASE di Arrhenius: sostanza che reagisce con gli ioni + H per formare acqua e, in alcuni casi, si dissocia in acqua generando ioni OH-. di Brnsted-Lowry: accettore di protoni di Lewis: donatore di una coppia di elettroni (Unit 12, pag. 4) BLOCCHI (nella T. P.) Blocco-s: in cui gli elettroni pi esterni occupano orbitali s, e che comprende i gruppi I e II (primi due gruppi a sinistra). Blocco-p: in cui gli elettroni esterni occupano

GLOSSARIOorbitali p, e che comprende i gruppi III, IV, V, VI, VII, oltre al Gruppo 0 (ultimi sei gruppi a destra). Blocco-d: in cui vengono progressivamente riempiti gli orbitali d, e che comprende elementi nella parte centrale della Tavola. Blocco f: in cui vengono riempiti gli orbitali f, e che comprende lantanidi ed attinidi. (Unit 5, pag. 7) CATALIZZATORE sostanza che si ritrova chimicamente inalterata alla fine della reazione, in grado di aumentare la velocit di una reazione, facendola avvenire secondo un diverso cammino, a minore energia di attivazione; non produce invece modifiche sullequilibrio. Esempi: catalisi omogenea (catalizzatore nella stessa fase dei reagenti), eterogenea (catalizzatore in fase diversa), enzimatica (reazioni in campo biologico catalizzate da enzimi). (Unit 10, pag. 9) CATODO elettrodo cui associato il processo di riduzione, che rappresenta il polo positivo di una pila ed il polo negativo di una cella elettrolitica. (Unit 13, pag. 4 e pag. 20) CELLA ELEMENTARE unit che si ripete per dare luogo al reticolo cristallino e che rappresenta la pi piccola porzione del reticolo stesso; ogni cella elementare definita da tre parametri lineari (lunghezza degli spigoli) e da tre parametri angolari (angoli tra gli spigoli). La cella pi semplice quella cubica, caratterizzata da spigoli della stessa lunghezza e perpendicolari tra loro (angoli di 90). (Unit 7, pag. 5) CHETONI composti in cui il gruppo carbonilico si trova allinterno della catena (- CO -), cui corrisponde il suffisso di nomenclatura -one, e che possono essere ottenuti per ossidazione di un alcool secondario; per riduzione danno alcooli secondari, mentre sono

GLOSSARIOdifficilmente ossidabili. (Unit 14, pag. 24) COEFFICIENTI STECHIOMETRICI coefficienti introdotti davanti alle formule del simbolo di reazione, in modo che venga rispettato il principio di conservazione della massa; esprimono il numero relativo di molecole di reagenti e prodotti che partecipano alla reazione, ma possono assumere anche un significato macroscopico legato alle quantit in peso di sostanza coinvolte nella reazione. (Unit 3, pag. 15) COMPLESSO ATTIVATO specie intermedia ad alto contenuto energetico, formata dai reagenti di una reazione, che poi si decompone per dare i prodotti; la differenza di energia tra i reagenti ed il complesso attivato (cio lenergia di attivazione) rappresenta una vera e propria barriera energetica e fa s che la formazione del complesso attivato sia spesso uno stadio lento. La presenza di un catalizzatore, abbassando lenergia di attivazione, permette di giungere pi agevolmente al complesso attivato. (Unit 10, pag. 9) COMPOSTI ORGANICI molecole che contengono principalmente C ed H, e talvolta elementi elettronegativi (come O, N, P, S e alogeni), studiate nel campo della chimica organica; sono caratterizzate da strutture stabili in cui gli atomi di C formano quattro legami covalenti, dando origine a catene o anelli molto stabili di varia lunghezza. (Unit 14, pag. 3) CONCENTRAZIONE (di una soluzione) indica la quantit di soluto presente in una certa quantit di soluzione e pu essere espressa in vari modi: molarit (M) = mol/l normalit (N) = eq/l molalit (m) = mol/kg solvente

GLOSSARIO% peso = g soluto in 100 g di soluzione % volume = g soluto in 100 cm3 di soluzione frazione molare () = moli componente iesimo/ moli totali (Unit 8, pagg. 4 e ss.)

COSTANTE DI AVOGADRO (NA = 6,0221023) esprime il numero di particelle contenute in una mole di qualsiasi specie chimica e mette in relazione il numero di unit strutturali con la quantit di materia. (Unit 2, pag. 10) COSTANTE DI DISSOCIAZIONE (di un acido o di una base) costante di equilibrio relativa alla dissociazione di un acido o di una base che d una misura quantitativa di quanto la specie dissociata, e quindi della sua forza (alti valori di K specie molto dissociata acido/base forte, bassi valori di K specie poco dissociata acido/base debole). (Unit 12, pag. 6) COSTANTE DI EQUILIBRIO (legge dellequilibrio chimico) rapporto tra il prodotto delle concentrazioni allequilibrio dei prodotti ed il prodotto di quelle dei reagenti (ciascuna elevata ad un esponente pari al coefficiente stechiometrico del simbolo di reazione bilanciato); il

CONFIGURAZIONE ELETTRONICA indica come gli elettroni sono distribuiti negli orbitali di un atomo e ne determina le propriet chimiche; la configurazione elettronica pu essere costruita a partire dal numero atomico, secondo un procedimento di riempimento progressivo degli orbitali ad energia crescente (principio dellAufbau). (Unit 4, pag. 13) CORPO PURO porzione limitata di materia, costituita da particelle di un unico tipo, che pu anche essere indicato con il termine sostanza (pura): un corpo puro quindi costituito da una sola sostanza. (Unit 1, pag. 7)

GLOSSARIOsuo valore costante ad una certa temperatura. Oltre a questa costante (Kc) possibile definire una analoga costante (Kp) in cui, al posto delle concentrazioni, compaiono le pressioni parziali dei componenti gassosi che partecipano alla reazione. (Unit 11, pag. 6) DIAGRAMMA DI STATO rappresentazione grafica che consente, per una specie chimica pura, di conoscere i campi di stabilit di ogni stato fisico in funzione della temperatura e della pressione e di definire le condizioni di temperatura e pressione alle quali coesistono in equilibrio pi stati fisici. (Unit 7, pag. 29) DIFFRATTOMETRIA DI RAGGI X Tecnica analitica che consente di identificare le fasi cristalline presenti in un campione. Radiazioni X di lunghezza donda opportuna vengono inviate sul campione e danno luogo a fenomeni di diffrazione; si ottiene un diffrattogramma, la cui interpretazione permette di riconoscere le sostanze presenti. (Unit 7, pag. 5) ELEMENTO caratterizzato da un simbolo e da un numero dordine, il numero atomico, che ne determina la posizione nella Tavola Periodica; pu esistere sotto forma di diversi isotopi. Il termine veniva usato fino a Lavoisier come sinonimo di sostanza semplice, ma con la scoperta degli isotopi e della struttura dellatomo si carica di nuovi significati. (Unit 1, pag. 10)

ELETTROLISI insieme di fenomeni che si verificano quando un elettrolita viene attraversato da una corrente elettrica, con trasformazione di energia elettrica in energia chimica; affinch il processo avvenga, si deve fornire energia per far avvenire una reazione redox che avverrebbe spontaneamente nel verso opposto. La forza elettromotrice associata al processo

GLOSSARIOnegativa. (Unit 13 pag. 19) ELETTROLITA sostanza che in soluzione si scinde totalmente o parzialmente in ioni, dando luogo al fenomeno della dissociazione; in base alle modalit con cui questa avviene si distinguono: elettroliti forti, completamente dissociati in ioni (sali, alcuni acidi e alcune basi) elettroliti deboli, parzialmente dissociati in ioni e parzialmente presenti sotto forma di molecole non dissociate (soltanto acidi e basi). (Unit 12, pag. 3) ELETTRONEGATIVITA esprime la tendenza di un atomo in una molecola ad attrarre gli elettroni di legame e nella tavola periodica diminuisce in un gruppo dallalto verso il basso ed aumenta in un periodo da sinistra a destra; quindi, i non-metalli hanno valori di elettronegativit elevati, mentre i metalli sono caratterizzati da valori inferiori. I valori relativi di elettronegativit di due atomi impegnati in un legame permettono di valutarne la polarit. (Unit 6, pag. 11) ENERGIA DI ATTIVAZIONE (EA) di una certa reazione chimica la minima energia che le particelle devono possedere quando si urtano affinch la reazione avvenga. Se lenergia di attivazione di una reazione elevata, in base alla teoria cinetica, la frazione di molecole con energia sufficiente sar piccolo, e quindi la reazione sar lenta; la velocit sar pi elevata ad una temperatura maggiore (energia cinetica media maggiore, quindi frazione di particelle con energia sufficientemente elevata pi grande). Il catalizzatore fa avvenire la reazione con un meccanismo ad EA minore, e quindi aumenta la velocit di reazione. (Unit 10, pag. 7) ENERGIA DI IONIZZAZIONE energia necessaria per strappare un elettrone da un atomo, trasformandolo in ione; generalmente, per strappare elettroni successivi al primo sar necessaria

GLOSSARIOuna quantit di energia pi elevata. (Unit 4, pag. 17) ENERGIA DI LEGAME energia per mole che deve essere fornita per rompere un certo legame; la stabilit di una molecola, quindi, tanto maggiore, quanto pi alta la sua energia di legame. (Unit 6, pag. 3) ENTALPIA (H) funzione di stato che corrisponde al calore di reazione a P costante, e la cui variazione uno dei fattori che si considerano per valutare la spontaneit di una reazione chimica; le reazioni esotermiche sono caratterizzate da H < 0, quelle endotermiche da H > 0. (Unit 9, pag. 5) ENTROPIA (S) funzione di stato che pu essere messa in relazione con lo stato di disordine di un sistema e che consente, unitamente alla variazione di entalpia, di valutare la spontaneit di una certa reazione chimica. (Unit 9, pag. 10) EQUAZIONE CINETICA viene determinata sperimentalmente ed esprime la relazione di proporzionalit tra la velocit di una reazione e la concentrazione di uno o pi reagenti; per una una generica reazione chimica aA + bB prodotti, pu assumere una forma del tipo: v = k [A]m [B]n. Oltre a dipendere dalla concentrazione dei reagenti, la velocit di reazione pu essere modificata da vari fattori, tra cui la superficie di contatto tra i reagenti, la temperatura, la presenza di luce o di catalizzatori. (Unit 10, pag. 5) EQUAZIONE DI CLAUSIUS-CLAPEYRON valida per passaggi di stato di un sistema costituito da ununica specie chimica ed esprime la variazione della tensione di vapore al variare della temperatura. (Unit 7, pag. 13)

GLOSSARIOEQUAZIONE DI STATO DEI GAS PERFETTI mette in relazione le variabili che descrivono un gas; per n moli di gas: PV = nRT. Modificando opportunamente questa relazione, possibile risalire al peso molecolare ed alla densit del gas. (Unit 7, pag. 19) EQUAZIONE DI VAN DER WAALS (per i gas reali) lequazione di stato valida per i gas ideali deve essere modificata riguardo a due aspetti: il volume materialmente occupato dalle molecole del gas e le interazioni tra le molecole stesse. Da un lato, la pressione esercitata dal gas sulle pareti del recipiente minore di quella di un gas ideale mantenuto nelle stesse condizioni, dallaltro il volume realmente a disposizione delle particelle inferiore a causa del volume occupato dalle molecole del gas. (Unit 7, pag. 25) EQUILIBRIO CHIMICO situazione dinamica che si stabilisce in un sistema in cui avvengono una reazione (diretta) e la sua reazione inversa, per cui le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti sono costanti e le velocit delle due reazioni assumono lo stesso valore; in queste condizioni, il sistema mantiene invariate le sue propriet dal punto di vista macroscopico. (Unit 11, pag. 5) ETERI composti di formula generale R1- O - R2, nel cui nome si indicano i radicali seguiti da etere; sono complessivamente poco reattivi, in quanto il legame etereo stabile, e possono essere usati come anestetici. (Unit 14, pag. 23) FARADAY (leggi di) relazioni che riguardano gli aspetti quantitativi dellelettrolisi. 1. La massa di un certo elemento ridotta (o ossidata) agli elettrodi durante unelettrolisi

GLOSSARIOproporzionale alla quantit di elettricit che passata attraverso la soluzione. 2. Le masse di diversi elementi ridotti (o ossidati) dalla stessa quantit di elettricit sono proporzionali ai loro pesi equivalenti. (Unit 13, pag. 22) FORMULA MINIMA (o formula empirica) indica il numero relativo di atomi dei diversi elementi contenuti in una sostanza composta; pu essere determinata a partire dai risultati dellanalisi qualitativa (composizione percentuale). (Unit 2, pag. 16) FORZA ELETTROMOTRICE (E) differenza di potenziale che si stabilisce tra le due semicelle e che fornisce unindicazione quantitativa della probabilit che nella cella avvenga una certa reazione redox, per cui un valore positivo della f.e.m indica che la reazione redox corrispondente spontanea. In condizioni standard, E = Ec - Ea. (Unit 13 pag. 5) FORZE INTERMOLECOLARI (spesso indicate genericamente come forze di Van der Waals) forme di interazione tra le molecole di natura elettrostatica, pi deboli rispetto ai legami ionici e covalenti, che conferiscono alle sostanze propriet specifiche, rilevanti soprattutto allo stato liquido e solido. Comprendono: interazioni dipolo-dipolo interazioni dipolo-dipolo indotto interazioni dipolo indotto-dipolo indotto (Unit 6, pag. 15) GAS stato fisico della materia in cui le particelle, sono lontane ed hanno energia elevata, per cui si muovono liberamente nello spazio disponibile; i gas hanno massa definita, non hanno un volume definito, ma occupano tutto lo spazio disponibile, assumono la forma del recipiente e sono molto compressibili. (Unit 7, pag. 3)

GLOSSARIOGAS IDEALE le particelle sono soggette a continui movimenti casuali; le particelle hanno volume trascurabile rispetto al volume del gas; non vi sono interazioni tra le particelle; gli urti tra le particelle sono perfettamente elastici. In pratica, i gas reali si avvicinano tanto pi al comportamento ideale quanto pi bassa la pressione e quanto pi alta la temperatura. (Unit 7, pag. 16) GAS NOBILI (Gruppo 0) sono caratterizzati da una grande inerzia chimica, che pu essere messa in relazione con lo strato esterno completo, molto stabile. Si presentano come molecole monoatomiche e, a causa delle ridotte interazioni tra atomi, hanno bassi punti di ebollizione e di fusione. (Unit 5, pag. 8) GRUPPI (nella T. P.) colonne verticali che riuniscono gli elementi con configurazioni elettroniche simili; elementi di uno stesso gruppo presentano propriet chimiche analoghe. (Unit 5, pag. 6) GRUPPO FUNZIONALE raggruppamento di atomi che caratterizza le principali categorie di composti organici e conferisce alle molecole della classe propriet chimiche caratteristiche; questo sistema permette di raggruppare un vasto numero di composti in un numero relativamente limitato di classi. (Unit 14, pag. 19) HESS (legge di) il calore sviluppato in un processo chimico a pressione costante indipendente dal fatto che il processo avvenga in uno o pi stadi; associata alla legge di Lavoisier-Laplace (il calore richiesto per decomporre una sostanza uguale al calore sviluppato nella sua formazione), permette di

GLOSSARIOricavare calori di reazione che non possono essere misurati direttamente, a partire da reazioni di cui sono noti i H. (Unit 9, pag. 9) IBRIDAZIONE metodo per cui un certo numero di orbitali atomici viene combinato attraverso un procedimento matematico, per dare luogo allo stesso numero di orbitali ibridi equivalenti, caratterizzati da una specifica geometria molecolare; la particolare forma degli orbitali ibridi consente una sovrapposizione pi efficace e permette quindi la formazione di legami pi forti. Ibridazione sp3 (1 orbitale s + 3 orbitali p): geometria tetraedrica, con angoli di circa 109 Ibridazione sp2 (1 orbitale s + 2 orbitali p): geometria trigonale piana, con angoli di 120 Ibridazione sp (1 orbitale s + 1 orbitale p): geometria lineare, con angoli di 180 (Unit 6, pag. 23) IDROCARBURI composti che contengono esclusivamente C ed H e che possono essere alifatici (con struttura a catena) o aromatici (derivati dal benzene); gli idrocarburi alifatici si suddividono a loro volta in saturi (contenenti solo legami C-C semplici) ed insaturi (contenenti anche doppi e tripli legami). (Unit 14, pag. 9) IDROCARBURI INSATURI comprendono alcheni e alchini: gli alcheni, in cui il C ibridato sp2, presentano un doppio legame C-C, hanno nomi caratterizzati dal suffisso ene e danno principalmente reazioni di addizione al doppio legame (tra cui, reazioni di polimerizzazione); gli alchini sono idrocarburi contenenti tripli legami (C ibridato sp), hanno nomenclatura simile a quella degli alcheni (suffisso -ene sostituito con ino) e danno anchessi reazioni di addizione al triplo legame, che si trasforma in legame doppio. (Unit 14, pag. 13 e pag. 15)

GLOSSARIOIDROLISI fenomeno che nelle soluzioni acquose di sali pu determinare un pH acido, neutro o basico per linstaurarsi di equilibri acido-base dovuti a reazione con il solvente (cio lacqua); solo gli ioni generati dalla dissociazione del sale derivanti da acidi o basi deboli danno reazioni di idrolisi. soluzioni dei sali di acidi forti e basi forti: soluzione neutra soluzioni dei sali di acidi deboli e basi forti: soluzione basica soluzioni dei sali di acidi forti e basi deboli: soluzione acida soluzioni dei sali di acidi deboli e basi deboli: si valuta caso per caso, confrontando la forza relativa dellacido e della base. (Unit 12, pag.13) IDROSSIDO composto caratteristico dei metalli ottenuto per reazione tra ossido basico e acqua; in soluzione acquosa presenta propriet basiche. (Unit 3, pag.4) IONE particella dotata di carica; se la carica positiva si parla di catione, se negativa di anione. (Unit 1, pag. 10) ISOMERI composti caratterizati dalla stessa formula molecolare, ma da formule di struttura diverse; nellisomeria di struttura gli isomeri presentano diversa disposizione nei legami che uniscono gli atomi, mentre si ha isomeria geometrica nei composti contenenti doppi legami, in relazione alla posizione relativa dei sostituenti da parti opposte del doppio legame. (Unit 14, pag. 6) ISOTOPI atomi di uno stesso elemento caratterizzati tutti dallo stesso numero atomico (cio lo stesso numero di protoni), ma da un diverso numero di neutroni nel nucleo (diverso numero di massa). (Unit 4, pag. 5)

GLOSSARIOLEGAME A IDROGENO particolare tipo di interazione dipolo-dipolo, caratterizzato da unintensit elevata e da un parziale carattere direzionale, che pu formarsi quando un atomo di H legato ad un atomo fortemente elettronegativo. Pu essere intramolecolare (allinterno di una stessa molecola) oppure intermolecolare (tra molecole diverse); la sua importanza legata al fatto che le propriet fisiche e chimiche delle sostanze interessate si modificano in misura rilevante. (Unit 6, pag. 16) LEGAME COVALENTE legame che si forma tra atomi di elettronegativit non troppo diversa, attraverso la condivisione di due elettroni, ciascuno fornito da uno dei due atomi che partecipano al legame; fortemente direzionale e la zona di massima densit corrisponde al segmento che unisce i nuclei degli atomi legati. (Unit 6, pag. 8) LEGAME COVALENTE DATIVO (o coordinativo) legame in cui uno solo dei due atomi fornisce entrambi gli elettroni di legame, ad esempio mettendo a disposizione un doppietto solitario. (Unit 6, pag. 10) LEGAME DI VALENZA (teoria del) modello in cui la formazione di un legame covalente viene interpretato in termini di sovrapposizione tra gli orbitali dei due atomi impegnati nel legame; il legame ottenuto tanto pi forte quanto pi efficace la sovrapposizione degli orbitali. Se la zona di sovrapposizione si trova sulla congiungente tra i due nuclei si ha la formazione di un legame ; per sovrapposizione laterale, meno efficace, si ha invece la formazione di un legami , generalmente pi debole rispetto al legame . (Unit 6, pag. 20) LEGAME IONICO legame adirezionale di natura elettrostatica, che si

GLOSSARIOforma tra atomi con elevata differenza di elettronegativit e che comporta lacquisto/cessione di uno o pi elettroni. (Unit 6, pag. 7) LEGAME METALLICO modello in cui il metallo viene rappresentato da un reticolo di ioni positivi immersi in un mare di elettroni delocalizzati, liberi di muoversi allinterno del reticolo; pur nella sua semplicit, permette di spiegare le principali propriet dei metalli (conducibilit elettrica, lucentezza, malleabilit e duttilit). (Unit 6, pag. 18) LEGGE PERIODICA (Mendeleev, 1868) le propriet dei corpi semplici, come le forme e le propriet delle combinazioni, sono funzione periodica della grandezza del peso atomico. Egli propose quindi una classificazione basata sulla similitudine nel comportamento chimico e sul peso atomico crescente. (Unit 5, pag. 4) LIQUIDO stato fisico della materia in cui le particelle, rispetto al solido, sono pi lontane tra loro, meno ordinate, ed hanno energia superiore, per cui sono in grado di vincere le forze che le trattengono e di muoversi, seppure in misura limitata; i liquidi hanno massa e volume definiti, assumono la forma del recipiente e sono poco compressibili. (Unit 7, pag. 3) MASSA ATOMICA RELATIVA rapporto tra la massa assoluta di un atomo e la massa della dodicesima parte dellatomo di 12C (unit di massa atomica (uma) = 1/12 della massa atomica del 12C). La massa molecolare relativa si ottiene sommando le masse atomiche relative degli atomi che compongono una molecola. (Unit 2, pag. 6)

GLOSSARIOMASSA MOLARE massa in grammi di una mole di sostanza, generalmente espressa in grammi per mole (g mol-1). Come la mole, anche la massa molare pu essere riferita ad atomi, molecole e ioni. (Unit 2, pag. 11) MATERIA (attributi della) la materia caratterizzata da tre stati fisici (solido, liquido, gassoso) possibile passare da uno stato allaltro in opportune condizioni ci avviene attraverso trasformazioni invertibili in queste trasformazioni si ha sempre conservazione della massa (Unit 1, pag. 3) METALLI ALCALINI (Gruppo I) hanno tutti un elettrone s nello strato esterno (ns1), sono molto reattivi e perdono facilmente gli elettroni esterni, formando ioni stabili con carica +1. (Unit 5, pag. 8) METALLI DI TRANSIZIONE elementi distribuiti in tre serie (quarto, quinto e sesto periodo) in cui si ha il riempimento degli orbitali 3d, 4d e 5d, rispettivamente; in questa zona della Tavola periodica gli elementi presentano analogia di propriet anche orizzontalmente, e questo pu essere messo in relazione con la struttura elettronica poco dissimile. (Unit 5, pag. 9) METALLI E NON-METALLI la maggior parte degli elementi della tavola periodica sono metalli, mentre i non-metalli sono concentrati nella parte destra della tavola; metalli e non-metalli vengono spesso separati da una linea diagonale a scalini: gli elementi lungo questa linea sono i metalloidi (o semi-metalli), con propriet intermedie. Tra le propriet considerate per distinguere i metalli dai non-metalli, la conducibilit elettrica e la natura (acida o basica) degli ossidi. (Unit 5, pag. 7)

GLOSSARIOMISCELA (detto anche corpo non puro) porzione di materia costituita da pi sostanze diverse, ciascuna delle quali mantiene la propria identit e pu, attraverso un metodo adatto, essere separata dalle altre. Esistono, miscele omogenee, in cui ogni parte presenta le stesse propriet fisiche, e miscele eterogenee, in cui possibile distinguere parti che hanno propriet fisiche diverse. (Unit 1, pag. 7) MOLE quantit di sostanza che contiene un numero di particelle uguale a quello presente in 12 g di carbonio 12. La mole permette di collegare il livello microscopico (cio quello in cui si considerano atomi, molecole, ecc.) con il livello macroscopico, in cui si ha a che fare con quantit di sostanza che possono essere pesate e maneggiate. A seconda della specie chimica, esisteranno moli di atomi di molecole, di ioni, di elettroni, ecc. (Unit 2, pag. 10) MOLECOLA agglomerato definito e strutturato di atomi che pu esistere in modo indipendente; caratterizzata da specifiche propriet chimiche dovute agli atomi presenti nel loro insieme. (Unit 1, pag. 10) NERNST (equazione di) relazione che consente, noto il potenziale di una reazione redox in condizioni standard, di ricavare il potenziale della stessa reazione quando le concentrazioni/pressioni parziali delle specie coinvolte non sono unitarie. (Unit 13, pag. 11) NEUTRALIZZAZIONE reazione acido-base usata nelle titolazioni; si determina la concentrazione incognita di una soluzione di acido (base) valutando il volume di una soluzione di base (acido) a concentrazione nota che la neutralizza completamente (Unit 8, pag. 11, Unit 12 pag. 15) NUMERO ATOMICO

GLOSSARIO(Z) la caratteristica pi importante per definire lelemento; esso esprime il numero dei protoni presenti nel nucleo (e quindi anche il numero di elettroni nellatomo neutro), nonch la posizione dellelemento nella tavola periodica. (Unit 4, pag. 6) NUMERO DI COORDINAZIONE in un solido, esprime il numero di particelle (o sferette) con le quali una particella a contatto in una determinata struttura. Ad esempio, le strutture esagonale compatta e cubica compatta hanno numero di coordinazione 12. (Unit 7, pag. 7) NUMERO DI MASSA (A) esprime la somma dei neutroni e dei protoni presenti nel nucleo; isotopi diversi dello stesso elemento sono caratterizzati dallo stesso numero atomico, ma da diverso numero di massa. (Unit 4, pag. 6) NUMERO DI OSSIDAZIONE (N.O., detto anche stato di ossidazione) pu essere messo in relazione con il numero di elettroni che un atomo utilizza per formare legami ed esprime il suo stato relativo di ossidazione o riduzione; corrisponde alla carica ipotetica che ogni atomo di una formula acquisterebbe attribuendo gli elettroni di legame in base allelettronegativit degli atomi. (Unit 3, pag. 3 e pag. 9) NUMERO QUANTICO N. Q. PRINCIPALE (n): pu assumere valori positivi interi (1, 2, 3, ), indica il livello in cui si colloca lelettrone, e quindi in relazione con le dimensioni e lenergia dellorbitale. N. Q. ANGOLARE (o secondario, l): pu assumere valori interi positivi da 0 a n-1 (n il numero quantico principale) ed indica la forma geometrica dellorbitale. N. Q. MAGNETICO (m): pu assumere ogni valore intero, zero incluso, compreso tra +l e -l (l il numero quantico angolare) e pu essere messo in relazione con lorientamento dellorbitale nello

GLOSSARIOspazio. N. Q. DI SPIN (ms): esprime il senso di rotazione dellelettrone attorno al proprio asse e pu assumere i valori di e - . (Unit 4, pag. 8 e pag. 10) ORBITALE funzione donda, soluzione dellequazione di Schrdinger, che rappresenta una regione dello spazio attorno al nucleo caratterizzata da unalta densit elettronica, in cui massima la probabilit di trovare lelettrone. Esistono orbitali di diverso tipo (s, p, d, f), ciascuno con caratteristiche proprie; ogni orbitale pu contenere un massimo di due elettroni. (Unit 4, pag. 9) ORBITALE MOLECOLARE (teoria dell) Un orbitale molecolare il risultato della combinazione lineare degli orbitali atomici appartenenti agli atomi che costituiscono la molecola; questi orbitali molecolari possono essere riempiti secondo regole analoghe a quelle che si usano per gli orbitali atomici. (Unit 6, pag. 25) ORDINE DI REAZIONE Nellequazione cinetica determinata sperimentalmente: lordine di reazione rispetto ad un singolo reagente dato dallesponente cui elevata la concentrazione di quel reagente lordine globale della reazione dato dalla somma degli esponenti delle concentrazioni dei reagente. (Unit 10, pag. 6) ORDINE DI REAZIONE Nellequazione cinetica determinata sperimentalmente: lordine di reazione rispetto ad un singolo reagente dato dallesponente cui elevata la concentrazione di quel reagente lordine globale della reazione dato dalla somma degli esponenti delle concentrazioni dei

GLOSSARIOreagenti. (Unit 10, pag. 6) OSSIDO composto binario con lossigeno; gli ossidi dei metalli e dei non metalli, pur avendo formule analoghe, hanno propriet diverse e si parla, rispettivamente, di ossidi basici e ossidi acidi. (Unit 3, pag. 4) OTTETTO configurazione molto stabile, caratteristica dellultimo livello dei gas nobili, che gli altri elementi tendono a raggiungere cedendo, acquistando o condividendo elettroni, in modo assumere la configurazione elettronica del gas nobile precedente o seguente. (Unit 6, pag. 4) PARTICELLE SUBATOMICHEParticella Protone Neutrone Elettrone Massa (rispetto a quella del protone) 1 1 1 /1 8 4 0 Carica (rispetto a quella del protone) +1 0 -1

(Unit 4, pag. 6) PERIODI (nella T. P.) righe orizzontali, in cui gli elementi sono disposti in ordine di peso atomico crescente; lungo il periodo si ha una graduale variazione delle propriet, legata alle variazioni nella struttura elettronica. (Unit 5, pag. 6) PH misura dellacidit o basicit di una soluzione; si calcola attraverso il logaritmo decimale della

GLOSSARIOconcentrazione degli ioni idrogeno cambiato di segno (pH = -log [H+]) e assume per lo pi valori compresi tra 0 e 14. (Unit 12, pag. 8) PILA sistema costituito da due elettrodi immersi in opportune soluzioni, separate tra loro da un setto poroso, che consente di trasformare energia chimica in energia elettrica, mediante una reazione redox spontanea; la forza elettromotrice assume valori positivi. (Unit 13, pag. 3) POLARITA distribuzione asimmetrica delle cariche in una molecola, dovuta alla diversa attrazione esercitata sugli elettroni di legame da atomi di elettronegativit differente; si genera un dipolo, che pu essere rappresentato formalizzando una parziale carica negativa sullelemento pi elettronegativo ed una parziale carica positiva su quello meno elettronegativo. La polarit di un legame pu essere quindi valutata calcolando la differenza di elettronegativit (EN) dei due atomi impegnati nel legame stesso. (Unit 6, pag. 11) POLIMERI molecole formate da lunghe catene di unit che si ripetono, derivate da molecole pi piccole, dette monomeri, le cui propriet sono legate alla struttura della catena che costituisce la molecola. Possono essere ottenuti principalmente attraverso reazioni di addizione (somma tra doppi legami) e reazioni di condensazione (reazione tra gruppi funzionali diversi). (Unit 14, pag. 30) POTENZIALE STANDARD DI RIDUZIONE (E) potenziale della semicella considerata misurato in condizioni standard rispetto alla semicella standard ad idrogeno (platino lambito da H2 alla pressione di 1 atm, immerso in una soluzione 1 M in ioni H+); fornisce unindicazione sulla tendenza delle

GLOSSARIOvarie specie a dare ossidazione o riduzione. (Unit 13, pag. 7) PRINCIPIO DELLA MASSIMA MOLTEPLICIT (regola di Hund) se pi elettroni occupano orbitali degeneri, essi occupano il maggior numero possibile di orbitali singolarmente e con spin parallelo; successivamente si dispongono gli altri elettroni, che si accoppiano ai precedenti. (Unit 4, pag. 14) PRINCIPIO DI ESCLUSIONE DI PAULI esclude che in un atomo o una molecola possano coesistere due o pi elettroni caratterizzati dai quattro numeri quantici uguali. (Unit 4, pag. 11) PRINCIPIO DI LE CHATELIER permette di prevedere dal punto di vista qualitativo come viene influenzato lequilibrio di un sistema da una variazione di concentrazione, di temperatura e di pressione; si basa sul fatto che ogni sistema in equilibrio reagisce ad una perturbazione esterna con uno spostamento dellequilibrio che si oppone alla perturbazione. (Unit 11, pag. 12) PRODOTTO DI SOLUBILITA costante di equilibrio relativa allequilibrio di dissociazione di un solido poco solubile, fino ad ottenere una soluzione satura in cui gli ioni di sale disciolto sono in equilibrio con il soluto non sciolto e la concentrazione del solido pu essere considerata costante.Viene usato per composti a bassa solubilit: i valori di Ks sono, quindi, generalmente molto piccoli (anche inferiori a 10-40). (Unit 12, pag 16) PRODOTTO IONICO DELLACQUA costante di equilibrio relativa alla dissociazione dellacqua, in cui [H2O] pu essere considerata costante ed inglobata nella costante; la costante Kw = [H+] [OH-] assume a 25C il valore costante di 110-14 mol2 l-2e pu essere usata per calcolare [H+]

GLOSSARIOquando si conosce [OH-], e viceversa. (Unit 12, pag. 9) PROPRIET COLLIGATIVE propriet delle soluzioni che dipendono dal numero di particelle presenti e non dalla loro natura, tra cui labbassamento relativo della tensione di vapore, linnalzamento ebullioscopico, labbassamento crioscopico e la pressione osmotica. Le relazioni valide per soluzioni ideali devono essere modificate quando si considerano soluti che danno dissociazione, introducendo il coefficiente di Vant Hoff. (Unit 8, pag. 14) REAGENTE LIMITANTE in una reazione chimica che avviene in presenza di un eccesso di uno o pi reagenti, il reattivo che si consuma completamente e che determina la quantit massima di prodotto ottenibile. (Unit 3, pag. 26) REAZIONE CHIMICA trasformazione per cui da una serie di sostanze, (reagenti), si ottengono altre sostanze, (prodotti). Ogni reazione chimica pu essere rappresentata con un simbolo di reazione, in cui compaiono le formule di tutte le specie che partecipano alla reazione. (Unit 3, pag. 15) REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE (reazioni redox) processi che possono essere interpretati ipotizzando un trasferimento di elettroni dalla specie che si ossida a quella che si riduce; confrontando il valore del N.O. di tutte le specie presenti, possibile correlare le variazioni nel N.O. con un acquisto o una cessione di elettroni. (Unit 3, pag. 18) RESA rapporto percentuale tra la quantit di prodotto realmente ottenuta e la quantit teoricamente ottenibile; spesso le rese sono decisamente inferiori al 100 % per ragioni legate alla formazione di

GLOSSARIOsottoprodotti, alle manipolazioni necessarie per la purificazione del prodotto, ecc. (Unit 3, pag. 28) RETICOLO CRISTALLINO struttura caratteristica di un solido cristallino, risultato della ripetizione nelle tre dimensioni dello spazio della cella elementare. (Unit 7, pag. 5) SALE composto ottenuto sostituendo parzialmente o totalmente gli H di un acido con un metallo; nei due casi si ottengono rispettivamente sali acidi e sali neutri. (Unit 3, pag. 4) SIMBOLI DI LEWIS rappresentazione in cui il simbolo chimico dellelemento rappresenta il nucleo con gli strati interni di elettroni dellatomo e gli elettroni cosiddetti di valenza, disposti nel livello esterno, vengono rappresentati con puntini; elementi appartenenti ad uno stesso gruppo della tavola periodica presentano formule di Lewis uguali. (Unit 6, pag. 5) SISTEMA porzione limitata di materia, distinta dallintorno, che pu interagire con esso attraverso trasferimenti di materia e di energia e pu essere aperto, chiuso o isolato. Il suo stato viene definito dai valori di un certo numero di variabili, che sono funzioni di stato di quel sistema se la loro variazione in seguito ad una trasformazione non dipende dal cammino percorso, ma soltanto dagli stati iniziale e finale. (Unit 9, pag. 3 )

SOLIDO stato fisico della materia in cui le particelle sono disposte in modo ordinato le une vicine alle altre e hanno limitate possibilit di movimento a causa delle forze di attrazione che le tengono insieme; i solidi hanno forma, massa e volume definiti e non

GLOSSARIOsono compressibili. (Unit 7, pag. 3) SOLIDI COVALENTI macrostrutture che possono essere considerate come ununica molecola di grandi dimensioni, tenuta insieme da legami covalenti; essendo i legami forti, questi solidi possono essere deformati con difficolt, sono molto duri, hanno punti di ebollizione e di fusione molto alti e sono cattivi conduttori. Esempi: diamante, carburo di silicio, silice. (Unit 7, pag. 8) SOLIDI IONICI macrostrutture formate da atomi con forte differenza di elettronegativit, tenute insieme da legami ionici, di natura elettrostatica; hanno elevata durezza e punti di fusione elevati, sono solubili nei solventi polari, sono cattivi conduttori allo stato solido e buoni conduttori allo stato fuso. Esempi: NaCl, CsCl. (Unit 7, pag. 9) SOLIDI MOLECOLARI solidi dei non metalli e di composti dei non metalli, formati da molecole in cui gli atomi sono legati tra loro tramite forti legami covalenti, mentre le singole molecole sono tenute insieme da deboli forze di Van der Waals; i cristalli non conducono, sono teneri, hanno bassi punti di ebollizione e fusione e si dispongono spesso in impaccamenti compatti. Esempi: iodio, saccarosio, ghiaccio, CO2 (ghiaccio secco). (Unit 7, pag. 10) SOLUZIONE miscela omogenea di due (o pi) specie chimiche, comprendenti un solvente ed un soluto. Esistono vari tipi di soluzioni: gassose, liquide e solide; le soluzioni pi frequentemente studiate sono quelle costituite da un gas, un liquido o un solido in acqua. (Unit 8, pag. 3) SOLUZIONI TAMPONE soluzioni che si mantengono ad un pH costante

GLOSSARIOanche in seguito ad aggiunta di piccole quantit di acido o di base; sono generalmente costituite da una soluzione di una acido debole e di un suo sale (ad esempio, CH3COOH/CH3COONa) oppure di una base debole e di un suo sale (NH3/NH4Cl). (Unit 12, pag. 15) SOSTANZA sul piano empirico, una sostanza caratterizzata da propriet ben definite (ad esempio, il punto di ebollizione e di fusione, la densit, ecc.) diverse tra una sostanza e laltra, ma che non variano in porzioni diverse della stessa sostanza, mentre a livello microscopico, una sostanza costituita da unit strutturali di un unico tipo (atomi, molecole o ioni). Le unit strutturali delle sostanze semplici sono atomi o molecole di un solo elemento, quelle delle sostanze composte sono molecole formate da atomi di pi elementi diversi. (Unit 1, pag. 8) SPETTROMETRO DI MASSA strumento di analisi che consente di separare gli atomi in funzione della loro massa e permette di valutare le quantit relative dei diversi atomi presenti; gli atomi vengono trasformati in ioni positivi e separati, deviandoli con un campo magnetico o elettrico. (Unit 4, pag. 5) SPONTANEITA (criterio di) la spontaneit di una reazione pu essere associata ad un valore positivo della variazione di energia libera (G = H - TS), funzione di stato che integra fattore entalpico e fattore entropico. Solo in alcuni casi essi sono entrambi favorevoli (H < 0, S > 0), pi frequentemente, essi agiscono in opposizione e la spontaneit del processo dipende dal prevalere delluno o dellaltro termine; le reazioni endotermiche spontanee sono pi frequenti a temperature elevate in quanto, al crescere di T, aumenta il peso del termine entropico. (Unit 9, pag. 11)

GLOSSARIOSTATI STANDARD (in termodinamica) GAS: il gas puro a P = 1 atm e T = 298 K LIQUIDI: liquido puro a P = 1 atm e T = 298 K SOLIDI: forma allotropica stabile a P = 1 atm e T = 298 K agli elementi nei loro stati standard si attribuisce H = 0 Le variazioni di entalpia che si riferiscono a trasformazioni tra stati standard vengono indicati con H; a seconda dei processi, essi possono essere rappresentati, ad esempio da H form, H , H fusione, H evaporazione, ecc. combus (Unit 9, pag. 8) TAVOLA PERIODICA classificazione in cui gli elementi sono ordinati in base al numero atomico crescente; elementi di uno stesso gruppo, cio di una stessa colonna della Tavola, presentano propriet chimiche simili grazie ad una forte somiglianza nella configurazione elettronica. (Unit 5, pag. 5) TENSIOATTIVI sostanze in grado di abbassare la tensione superficiale di un liquido; hanno grande importanza in campo industriale e sono largamente usati nei detersivi. (Unit 7, pag. 12) TENSIONE DI VAPORE la pressione esercitata da un vapore in equilibrio con il liquido, costante a temperatura costante e generalmente aumenta al crescere della temperatura; i liquidi con tensioni di vapore elevate vengono definiti volatili, quelli con basse tensioni di vapore non volatili. (Unit 7, pag. 13) TENSIONE SUPERFICIALE lenergia richiesta per aumentare larea superficiale di un liquido, portando molecole interne alla superficie, cio ad un livello di energia pi elevato; il liquido tende a mantenere una

GLOSSARIOsuperficie esterna minore possibile (ad esempio, nella goccia), assumendo lo stato a minore energia. (Unit 7, pag. 12) TEORIA CINETICA DEI GAS trattazione di tipo statistico che consente di valutare e rappresentare graficamente la distribuzione dellenergia cinetica delle particelle di un gas ad una certa temperatura; a temperature crescenti, si osserva un appiattimento della curva, con un massimo in corrispondenza di un valore di energia pi elevato. (Unit 7, pag. 14) TERMODINAMICA (principi della) PRIMO PRINCIPIO: esprime la conservazione dellenergia e definisce la variazione di energia interna del sistema come somma dal calore ceduto/ acquistato e dal lavoro compiuto (E = q -w). SECONDO PRINCIPIO: i processi spontanei producono un aumento nellentropia delluniverso (S > 0). (Unit 9, pag. 4 e pag. 10) VELOCIT DI REAZIONE velocit con cui varia la concentrazione di un certo reagente o prodotto nel tempo, espressa, ad esempio, in moli l-1 sec-1; riportando su un diagramma la velocit di reazione in funzione della concentrazione della specie considerata, si osserva una relazione di proporzionalit. (Unit 10, pag. 3) VOLUME MOLARE DEI GAS una mole di qualsiasi gas occupa a condizioni normali (T = 0C, P = 1 atm) un volume pari a 22,4 l (Unit 3, pag. 29)

COMPOSTI E REAZIONICOMPOSTI E REAZIONI 3.A PRE-REQUISITI 3.B PRE-TEST 3.C OBIETTIVI 3.1 COMPOSTI INORGANICI3.1.1 NOMI DEI COMPOSTI 3.1.2 FORMULE DI STRUTTURA 3.1.3 NUMERO DI OSSIDAZIONE 3.1.4 ESERCIZI SVOLTI 3.3.2 REAGENTE LIMITANTE E REAGENTE IN ECCESSO 3.3.3 RESA 3.3.4 RAPPORTI VOLUMETRICI 3.3.5 ESERCIZI SVOLTI 3.2.3 BILANCIAMENTO DELLE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE (REAZIONI REDOX) 3.2.4 ESERCIZI SVOLTI

3.3 RELAZIONI TRA LE MASSE E TRA I VOLUMI DI REAGENTI E PRODOTTI3.3.1 QUANTITA IN PESO DI SOSTANZE CHE REAGISCONO

3.2 REAZIONI CHIMICHE3.2.1 SIGNIFICATO GENERALE 3.2.2 BILANCIAMENTO DELLE REAZIONI NON DI OSSIDO-RIDUZIONE

3.V VERIFICA SE HAI CAPITO ESERCIZI

COMPOSTI E REAZIONI3.A PRE-REQUISITIPrima di iniziare a lavorare su questa Unit, dovresti essere in grado di: l distinguere una sostanza semplice da una sostanza composta; l calcolare i pesi atomici e molecolari; l usare il peso atomico/molecolare per convertire le moli in grammi, e viceversa; l riconoscere i diversi tipi di formule che possono essere usate per rappresentare un composto.

3.C OBIETTIVIAl termine di questa Unit dovrai essere in grado di: l riconoscere alcuni tipi di composti inorganici, imparare a dare loro un nome ed a costruire le relative formule di struttura; l definire il significato di numero di ossidazione e conoscere i criteri per la sua attribuzione; l comprendere il concetto di reazione chimica e giustificare la presenza dei coefficienti stechiometrici nella reazione; l bilanciare le reazioni che non comportano variazioni nello stato di ossidazione e quelle di ossido-riduzione, dopo aver determinato il numero di ossidazione degli elementi che entrano in gioco; l comprendere la reazione chimica nel suo significato quantitativo, risalire alle relazioni tra le masse o tra i volumi dei composti coinvolti e calcolare la resa; l applicare il calcolo stechiometrico ai vari tipi di reazioni.

3.B PRE-TESTBilancia la seguente reazione chimica ed attribuisci un nome ad ogni specie presente KIO4 + KI + HCl KCl + H2O + I2 Soluzione

COMPOSTI E REAZIONI3.1 COMPOSTI INORGANICI3.1.1 NOMI DEI COMPOSTI

inorganici, facendo riferimento ad alcune norme convenzionali usate dai chimici. NUMERO DI OSSIDAZIONE (N.O., detto anche stato di ossidazione): un numero che pu essere messo in relazione con il numero di elettroni che un atomo utilizza per formare legami. Un elemento viene considerato tanto pi ossidato quanto pi elevato il suo N.O. Il N.O di un atomo in una specie chimica uguale alla carica che latomo avrebbe se tutti gli elettroni che prendono parte ai legami venissero attribuiti allelemento pi elettronegativo di tale specie. Pu essere indicato con un numero romano posto come esponente accanto allelemento. Le regole convenzionali per determinare il numero di ossidazione verranno descritte dettagliatamente in seguito e riprese in relazione al bilanciamento delle reazioni di ossido-riduzione. Procediamo parallelamente per METALLI e NON METALLI (come troviamo nella tavola periodica).

Richiamiamo i principali tipi di formula chimica. Formula minima: indica il numero relativo di atomi dei diversi elementi contenuti in una sostanza composta. Formula molecolare: oltre alle informazioni fornite dalla formula minima, indica il numero effettivo di atomi di ogni elemento presente nel composto. Formula di struttura: mostra il modo con cui gli atomi sono legati tra loro ed i tipi di legami presenti. Composizione percentuale: indica le quantit in grammi dei diversi elementi che lo costituiscono presenti in 100 grammi di un composto. Avendo a che fare con i composti chimici, ci occorre un metodo sistematico per attribuire un nome ad ogni composto, cio un sistema di nomenclatura. I composti contenenti essenzialmente carbonio, idrogeno e pochi altri elementi (ad esempio, ossigeno, azoto, fosforo, alogeni) vengono considerati nellambito della chimica organica e possiedono regole proprie di nomenclatura; ci occupiamo qui degli altri composti, detti composti

COMPOSTI E REAZIONIREGOLE DI NOMENCLATURACOMPOSTO OSSID O ba sico ELEMEN TI IN TERESSA TI Meta llo + O 2 N OME S.O. MIN ORE N OME S.O. MA GGIORE

" ossido di" + meta llo (per N. O. unico) Na 2O ossido di sodio " ossido -oso" FeO ossido ferroso (ossido di ferro II) " ossido -ico" Fe2O 3 ossido ferrico (ossido di ferro III) " a nidride -ica " SO 3 a nidride solforica CO 2 a nidride ca rbonica

O ssido a cido (a nidride)

Non meta llo + O 2

Come per gli ossidi ba sici O ppure, " a nidride -osa " SO 2 a nidride solforosa

ID ROSSID O (ba se)

Meta llo + O 2 + H2O

" idrossido di" + meta llo Ba (O H)2 idrossido di ba rio Fe(O H)3 idrossido di ferro III " a cido -oso" H2SO 3 a cido solforoso HNO 2 a cido nitroso " a cido -idrico" HCl a cido cloridrico H2S a cido solfidrico " a cido -idrico" div enta " uro di meta llo" Ca Cl2 clor uro di ca lcio Fe2S3 solfuro di ferro III Stessa nomencla tura per gli idr uri dei meta lli: " idr uro di" + meta llo Na H idr uro di sodio " -ito di meta llo" Na 2SO 3 solfito di sodio AlPO 3 fosfito di Al " -a to di meta llo" LiNO 3 nitra to di litio Ca SO 4 solfa to di ca lcio " a cido -ico" H2SO 4 a cido solforico H2CO 3 a cido ca rbonico

( O sso)A CIDO

Non Meta llo + O 2 + H2O

Idra cido

Alg (N. O. -1 ), S (-2 ), CN + H2

SA LE

Meta llo + a cido

OSSERVAZIONI: 1. In alternativa, OSSIDI e ANIDRIDI possono essere definiti specificando il numero di atomi presenti con opportuni prefissi. Esempi: MnO2 biossido di manganese N2O5 pentossido di biazoto CO monossido di carbonio 2. Gli ossidi ANFOTERI derivano da elementi posti al confine tra metalli e non metalli; per questo il loro comportamento pu essere acido o basico a seconda dei casi. 3. Gli ALOGENI, potendo assumere diversi N.O integrano la nomenclatura ordinaria nel modo seguente: N.O. +1 ipo -oso: Cl2O anidride ipoclorosa; HClO acido ipocloroso N.O. +3 -oso: Cl2O3 anidride clorosa; HClO2 acido cloroso N.O. +5 -ico: Cl2O5 anidride clorica; HClO3 acido clorico N.O. +7 per -ico:

COMPOSTI E REAZIONI

Cl2O7 anidride perclorica; HClO4 acido perclorico 4. Composti che non rientrano nelle classi precedentemente enunciate: PEROSSIDI: caratterizzati dal gruppo -O-O- in cui lossigeno ha S.O. -1; esempi: H2O2 (perossido di idrogeno o acqua ossigenata), Na2O2 (perossido di sodio). PEROSSOACIDI: acidi che contengono il gruppo -O-O-; Esempio: HOONO2 (acido perossonitrico). TIOACIDI: acidi in cui un O viene sostituito da S; Esempio: H2S2O3 (acido monotiosolforico). 5. I sali ottenuti sostituendo con metalli tutto lidrogeno degli acidi si definiscono sali NEUTRI. Se nella molecola compaiono ancora degli atomi di H, si hanno i cosiddetti SALI ACIDI. Nella costruzione del nome, necessario indicare quanti H sono rimasti con il termine idrogeno o acido preceduto da un opportuno prefisso. Esempi: Na2HPO4 monoidrogeno fosfato di sodio, oppure fosfato monoacido di sodio NaHCO3 monoidrogenocarbonato di sodio,

COMPOSTI E REAZIONIoppure bicarbonato di sodio (residuo di nomenclatura in disuso, da ricordare); analogamente, Ca(HSO3)2 bisolfito di calcio.

* il Si rappresenta uneccezione e forma lacido (orto)silicico con 2H2O In genere il prefisso orto sottinteso P2O5 + H2O HPO3 acido metafosforico P2O5 + 2H2O H4P2O7 acido pirofosforico P2O5 + 3H2O H3PO4 acido (orto)fosforico o fosforico SiO2 + 2H2O H4SiO4 acido (orto)silicico o silicico

6. Metodi di SALIFICAZIONE alternativi Metallo + acido sale + H2 (gi visto); Ca +2HNO3 Ca (NO3)2 + H2 Ossido acido + ossido basico sale; CaO + CO2 CaCO3 Idrossido + acido sale + acqua; 2NaOH + H2CO3 Na2CO3 + 2H2O Ossido basico + acido sale + acqua; Na2O + H2CO3 Na2CO3 + H2O Idrossido + ossido acido sale + acqua; 2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O 7. OSSOACIDI META-PIRO-ORTO: le anidridi di alcuni Non Metalli (P, As, Sb, B, Si) possono reagire con acqua in diverse proporzioni, formando acidi diversi Anidride + 1H2O acido meta Anidride + 2H2O acido piro Anidride + 3H2O acido orto*

COMPOSTI E REAZIONI3.1.2 FORMULE DI STRUTTURA

OSSIDI O Al Al O O Al2O3 Ossido di Al N O NO2 Ossido di N (IV) O

A partire dalla formula molecolare di un composto, possibile costruire una rappresentazione chiamata FORMULA DI STRUTTURA, in cui ogni legame viene rappresentato con un trattino e corrisponde ad una coppia di elettroni condivisi. Ogni elemento sar quindi caratterizzato da un numero di legami pari al valore numerico del suo numero di ossidazione. Tali rappresentazioni sono equivalenti alle formule di Lewis, in cui gli elettroni dello strato pi esterno vengono rappresentati con puntini posti intorno al simbolo dellelemento, e ogni coppia di elettroni condivisi d luogo ad un legame. Cos, ad esempio, la molecola H2O pu essere rappresentata:H ..

PEROSSIDI, PEROSSOACIDI E TIOACIDI O H O H H H O O S S O

H2O2 Perossido di H

O H

H:O:H. .

H 2S 2O 3 Acido monotiosolforico O

H Vediamo alcuni altri esempi:

O

O

N O

HNO4 Acido perossonitrico

COMPOSTI E REAZIONIIDROSSIDI O Fe O H Fe(OH)2 Idrossido di Fe (II) H O H Al O H O H Al(OH)3 Idrossido di Al O S O O H H2SO4 Acido solforico O H O N O HNO3 Acido nitrico O H

ACIDI Per gli ossoacidi, si formano tanti gruppi OH quanti sono gli atomi di H, che vengono legati direttamente al non metallo con legame semplice, poi si legano gli O rimasti mediante doppi legami. Per gli idracidi, si lega direttamente H allelemento. H Cl HCl Acido cloridrico H S H H2S Acido solfidrico O O C H

O H H2CO3 Acido carbonico

O H O Cl O O HClO4 Acido perclorico

SALI Partendo dalla formula dellacido corrispondente, si sostituiscono gli atomi di H con il metallo, completamente nei sali neutri, parzialmente in quelli acidi. Cl Fe FeCl2 Cl Cloruro ferroso O O

COMPOSTI E REAZIONI3.1.3 NUMERO DI OSSIDAZIONE

Ca

S

O O CaSO4 Solfato di Ca Na H O O

Come accennato in precedenza, il NUMERO DI OSSIDAZIONE un numero convenzionale corrispondente alla carica ipotetica che ogni atomo di una formula acquisterebbe attribuendo gli elettroni di legame secondo i due criteri seguenti: l gli elettroni di legame tra atomi di diversa elettronegativit, cio aventi diversa tendenza ad attrarre gli elettroni di legame, vengono attribuiti allatomo pi elettronegativo; l gli elettroni di legame tra atomi di uguale elettronegativit (tendenza ad attrarre gli elettroni di legame uguale o simile) vengono ripartiti equamente tra i due atomi. Sulla base di questi principi, sono state elaborate alcune regole pratiche per una pi agevole attribuzione dei numeri di ossidazione.

C

O

NaHCO3 Monoidrogenocarbonato di Na

COMPOSTI E REAZIONIE lementi a llo sta to libero (cio non combina ti, come H 2, Ag, ecc.) E lementi del I gr uppo (come Na , K, ecc.) a llo sta to combina to E lementi del II gr uppo (come Ca , Mg, ecc.) a llo sta to combina to Idrogeno in tutti i composti E ccezione: negli idr uri dei meta lli (es. Na H, Ca H 2) O ssigeno in tutti i composti E ccezioni: perossidi (come H 2O 2) superossidi (come K 2O ) fluor uro di ossigeno (F 2O ) Fluoro in tutti i composti Alluminio in tutti i composti Z inco in tutti i composti Somma a lgebrica dei N. O. di tutti gli a tomi di una sosta nza neutra Somma a lgebrica dei N. O. di tutti gli a tomi di una specie ca rica 0

ESEMPI

+1

+2

H2SO4 (acido solforico) 2 (+1) + N.O. (S) + 4 (-2) = 0 N.O. (S) = + 8 - 2 = + 6

+1 -1 -2 -1 -1 / 2 +2 -1 +3 +2 0 Va lore della ca rica

K2Cr2O7 (bicromato di K) 2 (+1) + 2 N.O. (Cr) + 7 (-2) = 0 N.O. (Cr ) = (+ 14 - 2) / 2 = + 6

Na2CO3 (carbonato di Na) 2 (+1) + N.O. (C) + 3 (-2) = 0 N.O. (C) = 6 - 2 = 4

COMPOSTI E REAZIONI3.1.4 ESERCIZI SVOLTI

1) Scrivi il nome e la formula di struttura del composto KMnO4. Calcoliamo il N.O. del Manganese: N.O. (K) + N.O. (Mn) + 4N.O. (O) = 0 +1 + N.O. (Mn) + 4(-2) = 0 N.O. (Mn) = +7 Analogamente al N.O. +7 degli Alogeni, si forma lacido permanganico (HMnO4); sostituendo latomo di H con K, otteniamo appunto KMnO4, il cui nome : Permanganato di potassio; Per ottenere la corrispondente formula di struttura, leghiamo lunico gruppo OH che possibile formare al Mn, poi gli O rimasti con legame doppio; otteniamo: O O O

2) Scrivi il nome e la formula di struttura del composto N2O3. Si tratta di unanidride, in cui il N.O dellazoto pu essere calcolato attraverso la relazione: 2N.O. (N) + 3N.O. (O) = 0 N.O. (N) = +3 In questo caso N presenta N.O. minore, e quindi il nome del composto : Anidride nitrosa (oppure Triossido di diazoto) La sua formula di struttura sar: O N O N O

K

O

Mn

O

COMPOSTI E REAZIONI3) Scrivi il nome e la formula di struttura del composto Pb(OH)4. Il Pb ha N.O. +4; il composto un idrossido piombico o idrossido di Pb (IV). La sua formula di struttura pu essere cos rappresentata: O O Pb O O H H H H 5) Come si chiamano i composti HClO e HClO3? HClO: acido ipocloroso, in cui Cl ha N.O. +1; HClO3: acido clorico, in cui Cl ha N.O. +5. 6) Come si chiamano i composti CuO e Cu2O? CuO: ossido rameico (Cu ha N.O. +2); Cu2O: ossido rameoso (Cu ha N.O. +1). 7) Come si chiama il composto K3HSiO4? Questo sale deriva dallacido (orto)silicico H4SiO4 per parziale sostituzione dellidrogeno da parte del potassio e si chiama monoidrogenosilicato di K.

4) Come si chiama il composto K2Cr2O7? Dicromato di potassio, il Cr ha N.O. +6.

COMPOSTI E REAZIONI8) Scrivi le formule dellanidride fosforica e dellanidride perclorica. Anidride fosforica: consideriamo il P con N.O. +5 e lo combiniamo con O2, secondo la reazione: 4VP + 5IIO2 2P2O5. Anidride perclorica: Cl viene preso con N.O. +7 e combinato con O2, si ottiene: 2VIICl2 + 7IIO2 2Cl2O7 9) Scrivi la formula dellacido metafosforico. Il prefisso meta indica che lanidride fosforica (P2O5,ottenuta nellesercizio precedente) ha reagito con una sola molecola di H2O; si ottiene: P2O5 + H2O 2HPO3 10) Scrivi la formula e la formula di struttura del monoidrogeno carbonato ferroso. Consideriamo il carbonio con N.O. +4 e lo combiniamo con O2: IV C + IIO2 CO2 anidride carbonica (o biossido di carbonio) Otteniamo poi lacido carbonico mediante reazione con H2O: CO2 + H2O H2CO3 Sostituiamo parte dellH con il ferro (II) ed otteniamo il composto cercato: II Fe + 2H2CO3 Fe(HCO3)2 + H2 Questo sale pu essere denominato, in alternativa, carbonato acido di ferro (II), oppure bicarbonato ferroso. La sua formula di struttura la seguente:

H Fe H

O O O O

C C

O O

COMPOSTI E REAZIONI11) Scrivi la formula del fosfato diacido di sodio. Procediamo analogamente allesercizio precedente, partendo da P con N.O. +5: 4VP + 5IIO2 2P2O5 anidride fosforica P2O5 + 3H2O 2H3PO4 acido fosforico o (orto)fosforico 2H3PO4 + 2INa 2NaH2PO4 + H2 12) Scrivi la formula del borato stannoso. Si considera il B (N.O. +3), ricordando che lacido borico richiede 3 molecole di H2O: 4IIIB + 3IIO2 2B2O3 anidride borica B2O3 + 3H2O 2H3BO3 acido (orto)borico 2H3BO3 + 3IISn Sn3(BO3)2 + 3H2 13) Prepara il solfato di sodio mediante i cinque metodi di salificazione che conosci. Nel Solfato di Na, Na2SO4, il S presenta N.O. +6 1. H2SO4 + 2Na Na2SO4 + H2 (acido + metallo) 2. SO3 + Na2O Na2SO4 (ossido acido + ossido basico) 3. 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O (idrossido + acido) 4. Na2O + H2SO4 Na2SO4 + H2O (ossido basico + acido) 5. 2NaOH + SO3 Na2SO4 + H2O (idrossido + ossido acido)

COMPOSTI E REAZIONI3.2 REAZIONI CHIMICHE3.2.1 SIGNIFICATO GENERALE

Una REAZIONE CHIMICA una trasformazione per cui da una serie di sostanze, dette REAGENTI, si ottengono altre sostanze, dette PRODOTTI. Ogni reazione viene generalmente schematizzata con simboli chimici usando le formule di tutte le specie che partecipano alla reazione; spesso si indicano con il termine di reazione sia la trasformazione chimica, che la sua rappresentazione simbolica. Se schematizziamo una generica reazione chimica nel modo seguente, A+BC+D possiamo notare che i reagenti A e B si trovano a sinistra della freccia, mentre a destra compaiono i prodotti C e D; la freccia singola indica che questa reazione avviene unicamente da sinistra a destra. Una formula chimica indica : - sul piano QUALITATIVO (o microscopico) il tipo di sostanza che interviene nella reazione;

- sul piano QUANTITATIVO (o macroscopico) una mole di quella sostanza. Volendo attribuire alla reazione anche un significato quantitativo, necessario che essa sia bilanciata, cio che vengano introdotti opportuni coefficienti interi davanti alle formule, in modo che venga rispettato il principio di conservazione della massa. Possiamo, quindi, riscrivere lequazione precedente, aA + bB cC + dD in cui sono stati aggiunti in minuscolo i COEFFICIENTI STECHIOMETRICI, che esprimono il numero relativo di molecole di reagenti e prodotti che partecipano alla reazione. Consideriamo a titolo di esempio la reazione tra dicloro e diossigeno che porta alla formazione dellanidride perclorica: 2Cl2 + 7O2 2Cl2O7 i coefficienti stechiometrici posti davanti alle formule indicano che 2 molecole di cloro reagiscono con 7 molecole di ossigeno, per formare

COMPOSTI E REAZIONI2 molecole di Cl2O7. Questi stessi coefficienti possono assumere anche un significato macroscopico, legato allidea di mole, ed indicare che 2 moli di cloro reagiscono con 7 moli di ossigeno, per formare 2 moli di Cl2O7. Esaminando una reazione chimica bilanciata, risulta quindi possibile risalire ai rapporti tra le masse e tra i volumi delle specie che partecipano alla reazione; la modalit pratica di calcolo verr descritta in seguito. Essenzialmente, possono essere individuati tre tipi di reazioni chimiche: 1. Associazione/dissociazione SO3 + H2O H2SO4 CaCO3 CaO + CO2 2. Sostituzione e scambio 2AgNO3 + CaCl2 2AgCl + Ca(NO3)2 3. Ossidoriduzione (in cui si ha variazione del N.O.) 2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H23.2.2 BILANCIAMENTO DELLE REAZIONI NON DI OSSIDO-RIDUZIONE

Secondo il principio di conservazione della massa, in una reazione chimica il numero totale di atomi di ogni elemento deve essere lo stesso dai due lati delle freccia. Il bilanciamento di una reazione si effettua introducendo davanti alle formule dei composti coefficienti opportuni (i coefficienti stechiometrici), mentre non consentito introdurre altre formule o cambiare quelle gi presenti. E importante non confondere INDICI e COEFFICIENTI. Ad esempio, nella formula Na2SO4 lindice 2 indica il numero di atomi di sodio presenti nella molecola, legato ai rapporti di combinazione tra gli elementi, e non pu essere cambiato. Se invece scriviamo 2Na2SO4 il coefficiente posto davanti alla formula indica che si considerano 2 molecole (o 2 moli) del composto. In fase di bilanciamento si interviene unicamente sui coefficienti, mentre non consentito modificare gli indici. Operativamente, si bilanciano una ad una le specie presenti, considerando per ultimi lidrogeno e lossigeno. Se nella reazione compaiono delle cariche, anche queste dovranno essere bilanciate.

COMPOSTI E REAZIONIESEMPIO Fe(OH)3 + HCl FeCl3 + H2O Procediamo al bilanciamento di Cl e otteniamo: Fe(OH)3 + 3HCl FeCl3 + H2O3.2.3 BILANCIAMENTO DELLE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE (REAZIONI REDOX)

Ossidazioneperdita di elettroni = aumento del N.O.

RiduzioneOsserviamo che anche il Fe risulta bilanciato; consideriamo quindi H: Fe(OH)3 + 3HCl FeCl3 + 3H2O Risultano in questo modo 6 atomi di H per parte; verifichiamo che il bilanciamento sia esatto controllando che il numero di atomi di ossigeno sia uguale per i reagenti e per i prodotti: Fe(OH)3 + 3HCl FeCl3 + 3H2O 3 atomi O 3 atomi O La reazione a questo punto correttamente bilanciata.acquisto di elettroni = diminuzione del N.O.

Riducenteperde elettroni = aumento del N.O

Forma ossidata

Forma ridotta

acquista elettroni = diminuisce il N.O.

Ossidante

COMPOSTI E REAZIONILe REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE, o redox, sono processi che possono anche essere interpretati come un trasferimento di elettroni dalla specie che si ossida a quella che si riduce; confrontando il valore del N.O. di tutti gli elementi presenti a sinistra e a destra della freccia, si osserva per almeno un elemento una diminuzione del N.O. (corrispondente alla riduzione) e per almeno un elemento, in genere diverso dal precedente, un aumento del N.O. (corrispondente allossidazione). Tali variazioni nel N.O. possono appunto essere interpretate come un acquisto o una cessione di elettroni. I processi di ossidazione e riduzione verranno descritti pi ampiamente in elettrochimica. Poich gli elettroni vengono trasferiti dallelemento che si ossida a quello che si riduce, le variazioni complessive dei N.O. relative ai due processi di ossidazione e riduzione dovranno essere uguali in valore assoluto, e quindi la loro somma algebrica sar uguale a zero. Di questo aspetto necessario tenere conto in fase di bilanciamento, introducendo opportuni coefficienti. Dal punto di vista pratico, una reazione di ossidoriduzione viene bilanciata mediante una serie di operazioni successive: 1. Si determinano i N.O. di tutti gli elementi presenti secondo le regole convenzionali; 2. si individuano gli elementi per i quali il N.O varia, si valuta tale variazione sia per lelemento che si ossida, sia per quello che si riduce, e la si moltiplica per il numero di atomi di quellelemento presenti nella molecola (se questo diverso da 1); 3. invertendo i valori trovati per rendere uguali le variazioni in valore assoluto, si determinano i coefficienti stechiometrici per le specie che contengono gli elementi che si ossidano e si riducono (NB: nel corso del bilanciamento il rapporto individuato NON PUO ESSERE MODIFICATO); 4. si determinano i coefficienti di tutti gli altri elementi secondo il principio di conservazione della massa, considerando per ultimo lossigeno.

COMPOSTI E REAZIONIESEMPIO BaSO4 + C BaS + CO Determiniamo i N.O. di tutti gli elementi presenti: BaSO4 + C BaS + CO Si ha variazione dei N.O. di C ed S: S +6 -2 diminuzione di 8 unit x 1 atomo variazione del N.O = 8 ; C 0 +2 aumento di 2 unit x 1 atomo variazione del N.O = 2 ; inverto i coefficienti, per rendere uguali le due variazioni: coeff.(BaSO4)=2 coeff.(C)=8 Infine, semplifico dividendo per 2 (consideriamo i pi piccoli coefficienti possibili) ed introduco i valori trovati nella reazione: BaSO4 + 4C BaS + CO Bilancio le altre specie presenti: BaSO4 + 4C BaS + 4CO+2 +6 -2)4 0 +2 -2 +2 -2

3.2.4 ESERCIZI SVOLTI

1) Individua i coefficienti stechiometrici che rendono bilanciata la seguente reazione: ZnCl2 + NH3 + H2O Zn(OH)2 + NH4Cl Bilanciamo lo Zn (al momento gi bilanciato), quindi il cloro ZnCl2 + NH3 + H2O Zn(OH)2 + 2NH4Cl e successivamente lazoto ZnCl2 + 2NH3 + H2O Zn(OH)2 + 2NH4Cl procediamo con lidrogeno ZnCl2 + 2NH3 + 2H2OZn(OH)2 + 2NH4Cl Verifichiamo lesatto bilanciamento conteggiando gli atomi di O dei reagenti e dei prodotti: ZnCl2 + 2NH3 + 2H2O Zn(OH)2 + 2NH4Cl 2 atomi di O 2 atomi di O I coeff. stechiometrici sono quindi, 1, 2, 2, 1, 2.

COMPOSTI E REAZIONI2) Individua i coefficienti stechiometrici che rendono bilanciata la seguente reazione: CS2 + NaOH Na2CS3 + Na2CO3 + H2O Se consideriamo S, possiamo osservare che compare con indice 2 da un lato e con indice 3 dallaltro; probabilmente, sar necessario avere da entrambe le parti un numero di atomi corrispondente al minimo comune multiplo. Introduciamo quindi un 3 davanti al composto in cui compare S2 ed un 2 davanti a quello in cui troviamo S3: 3CS2 + NaOH 2Na2CS3 + Na2CO3 + H2O Notiamo che C risulta bilanciato (3 atomi da entrambi i lati); bilanciamo quindi Na ponendo un 6 a sinistra: 3CS2 + 6NaOH 2Na2CS3 + Na2CO3 + H2O Bilanciamo infine H 3CS2 + 6NaOH 2Na2CS3 + Na2CO3 + 3H2O e verifichiamo che gli atomi di O presenti corrispondano: sono in effetti 6 per parte. I coefficienti sono 3, 6, 2, 1, 3. 3) Determina il N.O. del Cr in K2Cr2O7. N.O. (K) = +1 N.O. (O) = -2 2(+1) + 2N.O. (Cr) + 7(-2) = 0 2N.O. (Cr) = + 12 N.O. (Cr) = +6

COMPOSTI E REAZIONI4) Individua i coefficienti stechiometrici che rendono bilanciata la seguente reazione di ossido-riduzione:KMnO4 + H2S + H2SO4 K2SO4 + MnSO4 + S + H2O

altri composti contenenti S), H. 2KMnO4 + 5H2S + 3H2SO4 K2SO4 + 2MnSO4 + 5S + 8H2O Verifico il bilanciamento conteggiando gli atomi di O, che sono 20 per parte. I coefficienti esatti sono 2, 5, 3, 1, 2, 5, 8. 5) Individua i coefficienti stechiometrici che rendono bilanciata la seguente reazione di ossido-riduzione: Zn(NO3)2 ZnO + NO2 + O2 Determiniamo i N.O. di tutti gli elementi presenti: Zn(NO3)2 ZnO + NO2 + O2 Possiamo notare che a sinistra i due elementi che cambiano numero di ossidazione (N e O) fanno parte dello stesso composto; la reazione viene bilanciata come se fosse scritta nel verso opposto,+2 +5)2 -2)6 +2 -2 +4 -2)2 0

Determiniamo i N.O. di tutti gli elementi presenti:+1 +7 -2)4 +1)2 -2

KMnO4 + H2S + H2SO4 K2SO4 + MnSO4 + S + H2O

+1)2 +6 -2)4

+1)2 +6 -2)4

+2 +6 -2)4

0

+1)2 -2

Per Mn il N.O. passa da +7 a +2 (variazione di 5 unit x 1 atomo = 5); per S, passa da -2 a 0 (2 unit x 1 atomo =2), mentre nella variazione non considero lS del solfato il cui N.O rimane identico da entrambe le parti. Inverto i coefficienti e li pongo davanti alle specie interessate: 2KMnO4 + 5H2S + H2SO4 K2SO4 + 2MnSO4 + + 5S + H2O Senza modificare questi coefficienti, bilancio le altre specie: K, S (modificando H2SO4 senza toccare gli

COMPOSTI E REAZIONIcio da destra a sinistra. Il N.O. di N passa quindi da +4 a +5 (1 unit x 1 atomo = 1), mentre il N.O. di O passa da 0 a -2 (2 unit x 2 atomi = 4). Invertiamo i coefficienti e li poniamo davanti ad NO2 e O2: Zn(NO3)2 ZnO + 4NO2 + O2 bilanciamo quindi N: 2Zn(NO3)2 ZnO + 4NO2 + O2 poi Zn: 2Zn(NO3)2 2ZnO + 4NO2 + O2 infine, verifichiamo la corrispondenza tra gli atomi di O, che sono in effetti 12 da entrambe le parti. I coefficienti sono 2, 2, 4, 1. Determiniamo i N.O. delle specie presenti: NaClO NaCl + NaClO3 Il Cl presente nel reagente, in parte si ossida ed in parte si riduce: quando si ha ossidazione e riduzione dello stesso elemento parliamo di reazione di DISMUTAZIONE o disproporzione. Come nellesempio precedente, anche in questo caso si determinano i coefficienti di reazione considerando la reazione inversa a quella scritta: Cl passa da +5 a +1 (4 unit x 1 atomo = 4) e da -1 a +1 (2 unit x 1 atomo = 2). Invertiamo i coefficienti e li dividiamo entrambi per 2: NaClO 2NaCl + NaClO3 Concludiamo il bilanciamento e verifichiamo gli atomi di O: 3NaClO 2NaCl + NaClO3 3 atomi O 3 atomi O I coefficienti sono 3, 2, 1.+1 +1 -2 +1 -1 +1 +5 -2)3

6) Individua i coefficienti stechiometrici che rendono bilanciata la seguente reazione di ossido-riduzione: NaClO NaCl + NaClO3

COMPOSTI E REAZIONI3.3 RELAZIONI TRA LE MAS