08 - TT 1 CHIMICA

8
[
C H I M I C A
8. Chimica
]
Chimica inorganica
La materia è tutto quello che ci circonda e che ha una massa, ha struttura discontinua ed è costituita da molecole e da atomi.
La molecola è la più piccola quantità di materia che ancora possiede
le proprietà caratteristiche della sostanza considerata.
L’atomo è la più piccola quantità di elemento che può esistere o da
solo o unito ad altri atomi. Fino a oggi si conoscono 104 atomi diversi che costituiscono l’Universo.
L’atomo è costituito da un nucleo e dagli elettroni.
Il nucleo – che varia per ciascun elemento – è costituito da protoni, che
sono particelle aventi carica positiva, e da neutroni, che non hanno carica elettrica. La massa del protone e quella del neutrone hanno valore quasi identico, e cioè grammi 1,67 · 10-24.
Gli elettroni (sono tutti eguali tra loro, qualunque sia l’elemento considerato) hanno carica negativa e una massa di grammi 9 · 10-25 ciascuno. In ogni atomo la carica totale positiva dei protoni è bilanciata dalla carica totale negativa degli elettroni.
Gli elettroni si muovono intorno al nucleo con velocità molto elevata, nell’ordine di migliaia di chilometri al secondo, e hanno a disposizione uno spazio che è enorme rispetto alle loro dimensioni e alle
dimensioni del nucleo.
La materia è accompagnata dall’energia. L’energia è accompagnata dalla materia.
La relazione tra queste due entità è regolata dall’equazione di Einstein:
E c2 m.
Nelle reazioni chimiche ordinarie la trasformazione della massa in energia avviene a spese di una quantità piccolissima di massa.Tale quantità possiamo ammettere che sia imponderabile.
153
C H I M I C A
Nelle trasformazioni nucleari la trasformazione della massa in energia
avviene a spese di una quantità maggiore di massa.
L’energia, messa in gioco nelle reazioni chimiche, si può manifestare sotto
varie forme: sotto forma di calore (energia termica); sotto forma di luce
(energia luminosa); sotto forma di elettricità (energia elettrica) e così via.
PROPRIETÀ FISICHE E CHIMICHE DELLE SOSTANZE
Le proprietà fisiche sono quelle proprietà che possono essere misurate senza che la sostanza subisca trasformazioni nella sua costituzione chimica.
Le proprietà chimiche sono quelle che riguardano la trasformazione
a cui sono sottoposte le sostanze, le quali subiscono cambiamenti della loro costituzione chimica.
La materia può presentarsi sotto tre diversi stati di aggregazione: stato
solido, liquido e gassoso. È possibile il passaggio da uno stato di aggregazione all’altro.
Il passaggio dallo stato solido a quello liquido si chiama fusione. La
temperatura a cui avviene tale trasformazione si chiama temperatura di
fusione.
Il passaggio inverso, dallo stato liquido a quello solido, si chiama solidificazione.
Il passaggio dallo stato liquido a quello di vapore si chiama ebollizione. La temperatura a cui avviene tale trasformazione – che è quella
temperatura alla quale la tensione di vapore del liquido è uguale alla
pressione atmosferica che preme sulla superficie del liquido – si chiama temperatura di ebollizione.
Il passaggio inverso, dallo stato di vapore a quello liquido, si chiama
condensazione e, se è dallo stato di gas a quello di liquido, si chiama liquefazione.
Il passaggio dallo stato solido direttamente a quello di vapore si chiama sublimazione.
La pressione critica è la pressione alla quale avviene la liquefazione del
gas che si trova alla temperatura critica.
La temperatura critica è la temperatura alla quale bisogna portare un gas,
che è tenuto alla pressione critica, per farlo liquefare e al disopra della quale, qualunque sia la pressione, il gas non può essere liquefatto.
Le molecole di tutte le sostanze sono in continuo movimento. L’energia che le agita si chiama energia cinetica.
154
Chimica inorganica
8
[
Il peso della materia si misura con la bilancia mediante confronto con
masse note dette pesi. L’unità di peso è nel sistema C.G.S. il grammo
(C.G.S. centimetro-grammo-secondo).
Il volume della materia allo stato liquido o di gas si misura con il litro
che è il volume occupato dalla massa di 1 kg campione di acqua distillata alla temperatura di 4 °C.
L’unità di misura della temperatura è il grado centigrado.
La densità è la massa dell’unità di volume.
Il peso specifico è il peso dell’unità di volume.
La densità relativa (o peso specifico relativo) è il rapporto tra la massa (o
il peso) di una sostanza e la massa (o il peso) di un ugual volume di
una sostanza di riferimento.
C H I M I C A
]
ELEMENTI E COMPOSTI
L’Universo è costituito da un centinaio di elementi, che vengono rappresentati da simboli.
I simboli sono costituiti dalla prima, o dalle prime lettere del nome italiano o latino dell’elemento.
I composti sono costituiti da elementi uniti in proporzioni costanti di
peso. Per riseparare gli elementi nel composto, sono necessarie azioni molto energiche.
Le miscele provengono dalla unione di elementi o di composti in rapporto tra loro. La riseparazione dei costituenti di una miscela è spesso operazione agevole.
La legge delle proporzioni definite afferma che gli elementi si uniscono in proporzione definita in peso per formare un composto.
NUMERO ATOMICO E NUMERO DI AVOGADRO
Il numero di protoni contenuti in un atomo si chiama numero atomico. Esso è tipico dell’elemento.
In ogni atomo il numero atomico, il numero dei protoni e il numero degli
elettroni sono eguali tra loro.
Gli elettroni si muovono intorno al nucleo su diversi livelli di energia quantizzata e si chiama orbitale lo spazio nel quale si ha la maggiore probabilità di trovare l’elettrone.
L’orbitale è individuato, sia dal punto di vista energetico sia da quello spaziale da un numero quantico principale, che definisce gli strati
155
8.2 QUESITI DI CHIMICA
TEST DI VERIFICA
S O L U Z I O N I
A
P A G I N A
2 0 6
01 L’acqua ha calore specifico:
■
■
■
■
a
b
c
d
1 cal
0,5 cal
0,1 cal
0,02 cal
02 A – 273 °C la pressione di un qualsiasi gas diviene uguale a:
■
■
■
■
a
b
c
d
una atmosfera
0,5 atmosfera
dieci atmosfere
zero
03 Per completare l’ottetto del livello di valenza il carbonio ha
bisogno di altri:
■
■
■
■
a
b
c
d
4 elettroni
2 protoni
6 elettroni
4 protoni
04 Nelle grammomolecole delle varie sostanze è contenuto lo stesso
numero di molecole. Tale numero è:
■
■
■
■
a
b
c
d
il numero quantico
il numero atomico
il numero di ossidazione
il numero di Avogadro
05 I composti che hanno la stessa formula molecolare ma hanno
formule di struttura diverse sono detti:
■
■
■
■
200
a
b
c
d
isotopi
esosi
isomeri
polimeri
Quesiti di chimica
8
[
06 I composti eterociclici contengono:
a
b
c
d
C H I M I C A
■
■
■
■
anelli di atomi di carbonio
almeno un atomo diverso dal carbonio
almeno un atomo di azoto
catene carboniose ma non anelli
07 Derivano dalla combinazione di un non metallo con ossigeno:
a
b
c
d
]
■
■
■
■
idrossidi
idracidi
ossidi acidi
ossidi basici
08 È una reazione di scambio semplice:
■
■
■
■
a
b
c
d
NaCl KNO3 → KCl NaNO3
H2SO4 Ca(NO3)2 → CaSO4 2HNO3
PbO2 SO2 → PbSO4
Mg 2HCl → MgCl2 H2
09 Possono essere considerati derivati dall’acido solfidrico, H – S –
H, per sostituzione di ambedue gli atomi di idrogeno con gruppi
organici:
■
■
■
■
a
b
c
d
tioeteri
alcoli
ammine
esteri
10 Rispetto alle strutture che lo costituiscono, un ibrido di
risonanza è:
■
■
■
■
a
b
c
d
più stabile
di uguale stabilità
meno stabile
privo di stabilità
11 Comprende gli elementi C, Si, Ge, Sn e Pb:
■
■
■
■
a
b
c
d
I gruppo
III gruppo
VII gruppo
IV gruppo
12 Un legame simmetrico intorno all’asse internucleare è detto:
■
■
■
■
a
b
c
d
legame pi greco (π)
legame trigonale
legame sigma (σ)
legame ionico
201
Soluzioni
Commenti ai quesiti
di chimica
(pagina 200)
01 a Il calore specifico è la quantità
di calore assorbito da 1 kg della
sostanza considerata per aumentare
la sua temperatura di 1 °C
CH2O 1 Kcal/kg · °C 1 cal/g · °C
02 d Si applichi la legge di Gay-Lussac.
1
p p0 (1 αt); α ––––––, t –273 °C
273
1
p p0 1 ––––– • (–273) 0
27
03 a Il Carbonio si può considerare
come elemento di transizione nel
senso che può cedere ma anche
acquistare elettroni.
04 d Una grammomolecola di qualsiasi sostanza contiene 6,02 · 1023
molecole; 6,02 · 1023 è il numero di
Avogadro.
05 c L’isomeria o epimeria è un
fenomeno per il quale due composti
aventi la stessa formula chimica differiscono per le proprietà chimicofisiche. Un esempio è rappresentato
dal carbonio (C) che può formare forme grafite o diamante.
06 b I composti eterociclici sono
composti organici insaturi con struttura ad anello penta o esa-atomico.
La loro caratteristica è la presenza
nell’anello di uno o più atomi di elementi diversi dal carbonio.
07 c Dalla reazione di un non metallo con ossigeno si forma un ossido
acido, cioè un’anidride.
08 d Le reazioni a e b sono di doppio scambio. Nella reazione c non vi
è scambio. La a è una reazione di
scambio semplice.
09 a Gli alcoli sono composti organici caratterizzati dal gruppo ossidrile
206
– OH legato a un gruppo alchilico; le
ammine sono derivati dell’ammoniaca per sostituzione di uno o più atomi di idrogeno con altrettanti gruppi
alchilici o arilici; gli esteri derivano
dalla condensazione di un acido e di
un alcol.
10 a Il concetto di risonanza è stato introdotto da Heisenberg, considerando che i doppietti elettronici
non accoppiati oscillino con una
determinata frequenza lungo gli assi
della molecola anziché formare doppi legami in posizioni fisse. Secondo
il numero di doppi legami teorici e
delle posizioni che potrebbero assumere, si dice che il sistema «risuona»
fra due o più strutture, assumendo
una configurazione detta «ibrido di
risonanza» che non contiene nessun
legame insaturo ma risulta invece
stabilizzata dalla energia assorbita
dal movimento oscillatorio della nube
elettronica.
11 d Gli elementi Carbonio, Silicio,
Germanio, Stagno e Piombo appartengono al quarto gruppo della tavola periodica: si tratta di metalloidi
tetravalenti.
12 c Il legame σ è simmetrico intorno all’asse intenucleare.
13 c Gli isotopi sono atomi di uno
stesso elemento che hanno stesso
numero di protoni (numero atomico)
ma diverso numero di neutroni e conseguentemente diversa massa atomica. Tutti gli elementi hanno uno o
più isotopi, naturali o artificiali, stabili o instabili (radioattivi).
14 b Gli alcani o idrocarburi paraffinici, hanno formula generale CnH2n2
e sono caratterizzati dalla presenza
di legami semplici.
n 1 CH4
metano
n 2 C2H6
etano
n 3 C3H8
propano
n 4 C4H10
butano