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).
