Chimica - Laura Damiani

Chimica
Lezione 1
La materia
Materia
• Tutte le sostanze che costituiscono
l’universo
• Infinita varietà di forme
• Classificazione a seconda dello stato
FISICO (solido, liquido, gassoso) o della
COMPOSIZIONE (elemento, composto,
miscela)
SOSTANZE PURE
(composizione
costante)
• Composti
• Elementi
MISCELE
(composizione
variabile)
• M. OMOGENEE:
uguali proprietà in
ogni punto
• M. ETEROGENEE:
due o più fasi con un
proprio insieme di
proprietà
Elemento
• Porzione omogenea di materia costituita da
atomi tutti dello stesso tipo
• Sostanza pura, caratterizzata da atomi tutti
uguali, cioè aventi lo stesso numero atomico
Elementi
Una sostanza che non può essere decomposta in due o più
sostanze si definisce elemento. Si rappresenta con un simbolo (es.
Au).
L’ atomo è la più piccola particella di un elemento che possiede le
proprietà chimiche di quell’elemento. Le proprietà fisiche
caratteristiche di un elemento sono la massa, la forma le
dimensioni.
neon
rame
cloro
Elementi e composti
Composto: sostanza pura
che si può decomporre, con
trattamenti chimici, in
sostanze più semplici
Elemento: sostanza pura
che non può essere
decomposta in sostanze più
semplici
Molecole formate da due o
più atomi diversi
Molecole formate da atomi
di un solo tipo
HCl, H2O, NH3
Ne, Cu, Cl
Atomi
Sostanza pura
• Se si preleva un campione in un punto
piuttosto che in un altro si incontrano
molecole tutte dello stesso tipo (H2O)
• Le sostanze pure possono essere anche
composti (H2O, NaCl)
Composto
• Porzione di materia non costituita da atomi
di una sola specie che si presenta come
OMOGENEA (cioè con caratteristiche
uguali in ogni suo elemento di volume)
• Manifesta proprietà specifiche e
composizione chimica costanti
• Può essere costituito da due o più specie di
atomi, chimicamente combinati in rapporti
definiti
Composti
Molte sostanze pure possono essere separate in sostanze
più semplici mediante trasformazioni chimiche.
Una sostanza che può essere decomposta in due o più
sostanze si definisce composto. Un composto si
rappresenta con una formula chimica. (es. H2SO4 ) e ha
una composizione definita e costante.
La molecola è la più piccola particella di un composto
che possiede le proprietà chimiche di quel composto
acqua: H2O
cloruro di idrogeno: HCl
ammoniaca: NH3
Miscela
• Insieme di più INDIVIDUI CHIMICI
• Individuo chimico è una specie omogenea
di materia con composizione definita ed
invariabile
• Elementi e composti sono individui chimici
Confronto tra le caratteristiche di una
miscela e quelle di un composto
MISCELA
COMPOSTO
vI componenti possono essere presenti in
qualsiasi rapporto di peso
vI componenti di un composto si
possono separare soltanto attraverso
reazioni chimiche
vI componenti della miscela si possono
separare con mezzi fisici
vLe miscele non possono essere rappresentate
con una formula chimica, perché i componenti
possono essere presenti in quantità variabile
zolfo
ferro
Miscela di zolfo e
ferro
vI componenti sono presenti in quantità
che stanno tra loro secondo precisi
rapporti in peso
vHa un formula chimica definita
zolfo
ferro
Solfuro di
ferro FeS
Composti e miscele
Un composto è una sostanza costituita da almeno due atomi di tipo
diverso chimicamente combinati in rapporti definiti
Una miscela è un insieme di due più sostanze di cui ciascuna
mantiene la propria identità
Miscela omogenea
• Porzione di materia omogenea formata da
due o più sostanze
• In qualsiasi punto si faccia un prelievo si
trovano sempre le stesse molecole, nella
stessa percentuale
• È un insieme di individui chimici (molecole
o composti)
• Deve avere gli stessi composti in ogni
punto, nella stessa percentuale
Miscela eterogenea
• È una porzione di materia di composizione
diversa da punto a punto, nella quale sono
cioè distinguibili FASI diverse
• Fase è una porzione omogenea di materia
limitata da superfici di separazione
fisicamente definite
• Quando due sostanze si combinano per formare
un composto, le loro masse si combinano in
proporzioni definite e costanti
• Le quantità in massa di un elemento che si
combinano con la stessa quantità di un altro
elemento per formare diversi composti, stanno tra
loro in rapporti espressi da numeri interi
• Nelle reazioni tra gas i volumi di gas che
reagiscono tra loro stanno in rapporto semplice di
numeri interi
• Quando due elementi si combinano tra loro o con
un terzo elemento le quantità che si combinano
con una quantità fissa del terzo elemento sono
uguali a quelle che si combinano tra loro
Ipotesi atomica
• Dalton, 1905
• Le sostanze elementari sono costituite da
corpuscoli uguali e indivisibili
Numero di massa (A)
•
•
•
•
Z+N
Z=numero di protoni
N=numero di neutroni
NUCLIDE= specie atomica caratterizzata
da una ben determinata composizione del
nucleo (atomo contrassegnato dal suo
numero atomico e di massa)
• Due nuclidi aventi lo stesso numero
atomico ma masse diverse si dicono
ISOTOPI
Isotopi
Isotopi di uno stesso elemento hanno lo stesso
n° di protoni (e quindi di elettroni) ma un
diverso n° di neutroni
hanno lo stesso n° atomico (Z) ma un
diverso n° di massa (A)
diversa massa
Esercizio 1.1
Indicare il nome e determinare il numero di
protoni, elettroni e neutroni nei seguenti
isotopi
• 3115P
• 13856Ba
• 23892U
Miscele isotopiche
• Il nucleo di un atomo di numero atomico Z
è formato dall’insieme di Z protoni e N
neutroni
• Con Z protoni possono però essere stabili
più nuclei, diversi nel numero di neutroni
• In natura gli elementi sono presenti sotto
forma di miscele isotopiche
• Gli isotopi hanno uguali proprietà chimiche
e diverse proprietà fisiche
• L’ ossigeno presente in natura è formato per
il 99,76% da 168O per lo 0,04% da 178O e
per lo 0,20% da 188O
• Le proprietà chimiche degli atomi non
dipendono quindi dalla struttura del nucleo
(e solo pochissimo dalla massa)
• La reattività degli atomi è data dagli
elettroni che sono in moto attorno al nucleo
su orbite elettroniche
• Le dimensioni dell’atomo corrispondono
alle orbite elettroniche più esterne
Pesi atomici assoluti
• Nelle reazioni chimiche le quantità delle
sostanze che entrano in reazione si
calcolano in base alle masse dei loro atomi
• Le masse atomiche si riferiscono alla
MASSA MEDIA della MISCELA
ISOTOPICA
• I valori assoluti delle masse atomiche si
usano solo in casi particolari
Pesi atomici relativi
• Nei comuni calcoli chimici intervengono
sempre i pesi atomici relativi
• I pesi atomici relativi vengono riferiti alla
massa atomica del nuclide 126C (il tutto
moltiplicato per 12)
• La massa assoluta del 126C è 1,9926 x 10-23g
• Una unità di massa atomica è 1/12 della
massa dell’isotopo 126C
Massa atomica relativa
• Per massa atomica relativa di un nuclide
isotopo si intende la massa di quel nuclide
espressa in unità di massa atomica (u.m.a.)
• Risulta dal rapporto tra la massa atomica
assoluta di quel nuclide e 1/12 della massa
del nuclide 126C
• E’ ADIMENSIONALE
• Massa assoluta 126C=1,9926 x 10-23g
• Una unità di massa atomica (UMA) è pari a
1/12 della massa dell’isotopo 126C, ovvero è
pari a 1,6605 x 10-24g
• Per MASSA ATOMICA RELATIVA di un
nuclide isotopo si intende la massa di un
atomo di quel nuclide espressa in UMA
• Risulta dal rapporto tra la massa atomica
ASSOLUTA di quel nuclide e 1/12 della
massa del nuclide 126C
Esercizio 1.2
• La massa assoluta del nuclide 2311Na è
38,103 x 10-24g. Calcolare la sua massa in
UMA.
• M(2311Na)=38,103 x 10-24g/1,6605 x 10-24g
x UMA-1=22,98 UMA
• La massa dell’isotopo 2311Na è 23 volte più
grande di quella del 126C/12
Esercizio 1.3
Facciamo reagire, nelle opportune condizioni, lo
zolfo (S) e l’ossigeno molecolare (O2)
S + O2
SO2
In 100g di SO2 sono presenti 50g di O e 50g di S
n= numero atomi in 50g di S
2n= numero atomi in 50g di O
Numero atomi (n) x massa (g) di un atomo di S=50g
Numero atomi (2n) x massa (g) di un atomo di O=50g
[n (atomi) x massa (g) di un atomo di S] /2n x m di un
atomo di O = 1
PERIODI
GRUPPI
8°
1°
2°
3°
4°
5°
6°
7°
BLOCCHI
INERTI
METALLI
METALLI
1°
s2
2°
3°
4°
5°
6°
7° NON METALLI
f14 d10 p6
LA CONFIGURAZIONE ELETTRONICA
DI UN ELEMENTO DETERMINA LA
POSIZIONE CHE LO STESSO OCCUPA
NELLA TABELLA PERIODICA
Un PERIODO è una riga
orizzontale della tavola periodica
• Il 1° periodo è cortissimo, ha due atomi e configurazione
elettronica 1s2
• Il 2° periodo è corto, ha 8 atomi e configurazione
elettronica 2s2 2p6
• Il 3° periodo è corto, ha 8 atomi e configurazione
elettronica 3s2 3p6
• Il 4° periodo è lungo, ha 18 atomi e configurazione
elettronica 4s2 3d104p6
• Il 5° periodo è lungo, ha 18 atomi e configurazione
elettronica 5s2 4d105p6
• Il 6° periodo è lunghissimo, ha 32 atomi e configurazione
elettronica 6s2 4f145d106p6
• Il7° periodo è incompleto, con configurazione elettronica
7s2 5f146d107p6
GRUPPI
• Il 1° gruppo ha configurazione elettronica
s1:
metalli, atomi che tendono a perdere
elettroni acquistando la configurazione
stabile dei gas nobili; riducenti (cedono
elettroni obbligando un altro atomo a ridurre
il numero di ossidazione, numero reale o
virtuale di protoni) e cationogeni, cioè
generatori di cationi (atomi o gruppo di
atomi con carica positiva: se cedono un
elettrone il nucleo acquista un protone).
• Il 2° gruppo: metalli ( cationogeni e
riducenti) con configurazione elettronica s2
• Il 3° gruppo ha configurazione elettronica
s2p1
• Il 4° gruppo ha configurazione elettronica
s2p1p1
• Il 5° gruppo ha configurazione elettronica s2p1p1p1
• Il 6° gruppo ha configurazione elettronica s2p2p1p1
• Il 7° gruppo è composto dai non metalli
anionogeni, cioè generatori di anioni, e ossidanti,
che tendono ad acquistare elettroni; ha
configurazione elettronica s2p2p2p1.
• L’8° gruppo è costituito dai gas nobili o gas inerti
( non reagiscono poiché già possiedono la
configurazione elettronica stabile s2p6
regola
dell’OTTETTO).
BLOCCHI
• I BLOCCHI SONO 4, QUANTI SONO I
SOTTOLIVELLI ENERGETICI:
• Il blocco s è costituito da tutti metalli (formato da 2
gruppi).
• Il blocco f è costituito da elementi di transizione interna
tutti anfoteri, possono cioè essere metalli e non metalli (a
seconda del numer odi ossidazione alto/basso: proprietà
metalliche o non metalliche); 14 gruppi.
• Il blocco d è costituito da elementi di transizione tutti
anfoteri; 10 gruppi.
• Il blocco p è costituito da inerti, non metalli (sulla
diagonale boro –astato e sopra), e da anfoteri (sotto la
diagonale).