Transcript Chimica - iscolombo.it

Istituto Tecnico Nautico
“C.Colombo”
Raccontiamo la chimica ai giovani
Alunno: Citro Alfonso Gennaro
Classe: II A
Anno scolastico: 2009-2010
Docenti: Lilla Mangano
Nunzia Sannino
Dirigente: Lucia Cimmino
Chimica
Materia
Stati
aggregazione
liquido
solido
Miscugli
omogeneo
Tecniche separazione
aeriforme
setacciatura
Passaggi di stato
Temperatura e
Pressione
eterogeneo
centrifugazione
cromatografia
decantazione
filtrazione
estrazione con
solvente
Cristallizzazione
raggio atomico
Chimica
raggio ionico
elettronegatività
affinità
elettronica
caratteristiche
metalliche
tavola
periodica
Materia
Elementi
Atomo
reazioni
Legame
covalente
o
m
o
p
o
l
a
r
e
e
t
e
r
o
p
o
l
a
r
e
Legame
ionico
d
a
t
I
v
o
Storia
dell’atomo
protoni
elettroni
bilanciare
una
reazione
coefficienti
stechiometrici
composti
neutroni
Democrito
Rutherford
Bohr
Chadwich
Boyle
Thomson
Millikan
Dalton
Lucrezio
configurazione
elettronica
numeri quantici
orbitali
s
p
d
f
momento
forma
livello
spin,
e
energetico
numero
direzione
elettroni
Chimica
La chimica è una scienza naturale, che si occupa
dello studio della struttura, delle proprietà e
delle trasformazioni delle sostanze che
costituiscono la materia.
Materia
L’universo a cui apparteniamo è costituito da corpi che
vengono genericamente indicati con il termine di
materia, che designa tutto ciò che è dotato di massa e
occupa uno spazio.
Stati di aggregazione
Gli stati di aggregazione della materia in natura sono:
liquido, solido, aeriforme, fluido e plasma.
CORPI LIQUIDI
Nei liquidi le molecole pur essendo vicine tra di loro sono
libere di muoversi. I liquidi a differenza dei solidi posso creare
dei legami di breve durata (ad esempio quello a idrogeno).
Sono molto viscosi e tendono ad assumere la forma del
recipiente che li contiene. I liquidi sono soggetti solo a
modeste variazioni di volume in funzione della temperatura.
CORPI SOLIDO
Nei solidi le forze di attrazione
tra le particelle sono ancora più
intense che nei liquidi. Le
particelle non sono infatti libere
di muoversi le une rispetto alle
altre occupano posizioni fisse e
ben determinate. L’ unico
movimento compiuto dalle
particelle è quello di vibrazione
intorno alle proprie posizioni. I
solidi hanno le seguenti
caratteristiche: occupano un
volume proprio, hanno forma
propria, sono rigidi e
scarsamente dilatabili .
CORPI AERIFORMI
Negli aeriformi le molecole sono separate da grandi
spazi. Non hanno un volume costante in quanto
quest’ultimo dipende dalla pressione e dalla
temperatura.
Passaggi di stato
I passaggi di stato si sviluppano quando la materia
passa da uno stato di aggregazione ad un altro. Per
avere un passaggio di stato bisogna intervenire sulla
temperatura di un corpo.
Fusione
La fusione è un passaggio dallo
stato solido a quello liquido. In un
solido le particelle oscillano intorno
a punti fissi. Fornendo energia, fino
ad arrivare alla temperatura di
fusione, l’energia delle particelle è
uguale all’energia dei legami ,questi
si rompono e abbiamo il liquido. La
temperatura di fusione è uguale a
quella di solidificazione (passaggio
inverso ) ed è molto diversa da
sostanza a sostanza.
La vaporizzazione
-
-
La vaporizzazione è il
passaggio dalla stato liquido a
quello aeriforme e può avvenire
in due modi :
Per evaporazione, a
temperatura inferiore a quella di
ebollizione , in tal caso il
fenomeno coinvolge solo la
superficie libera del liquido ;
Per ebollizione , coinvolgendo l’
intera massa del liquido.
Brinamento
Il Brinamento è il passaggio diretto dallo stato
aeriforme allo stato solido di una sostanza senza
passare per lo stato liquido. Un esempio di brinamento
è la grandine.
Condensazione
Il passaggio di stato dallo stato aeriforme a quello liquido si
chiama condensazione o liquefazione. Raffreddando un
aeriforme si riduce l’ energia delle particelle e quindi si può dar
loro modo di formare legami reciproci. Raffreddando un gas
al di sotto della sua temperatura si ottiene un vapore. Un
vapore può liquefare sia per ulteriore raffreddamento sia per
compressione: comprimendolo si avvicinano le particelle fino
a stabilire legami fra loro e non si allontanano più le une dalle
altre formando un liquido.
Sublimazione
Un particolare passaggio di stato è la sublimazione ,
cioè il passaggio diretto da solido ad aeriforme,
senza passare per lo stato liquido. I vapori di zolfo
sono un esempio di sublimazione
Solidificazione
La solidificazione è il passaggio dallo stato liquido allo
stato solido. Raffredando un liquido l ‘ energia delle
sue particelle diminuisce e queste si muovono più
lentamente. Arrivando alla temperatura alla quale l’
energia delle particelle è uguale a quella dei legami che
le tengono unite nel solido, il liquido si solidifica.
Miscugli
I miscugli sono corpi formati da un insieme di
materiali. Nella materia si distinguono due
categorie di miscugli: eterogenei e omogenei
Miscugli omogenei
I componenti di un miscuglio
omogeneo possono essere mescolati
in moltissime proporzioni talvolta con
qualche limitazione.
I componenti di un miscuglio
omogeneo possono essere separati se
si cambia il loro stato di aggregazione
o se si sfrutta la loro diversa solubilità.
Le proprietà di un miscuglio
omogeneo sono assolutamente le
stesse in qualunque suo punto.
Miscugli eterogenei
Nei miscugli eterogenei, i componenti
mantengono le proprie caratteristiche
e ciò permette di individuarli anche se
sono ben mescolati.
I componenti di un miscuglio
eterogeneo possono essere
mescolati nelle più diverse quantità e
proporzioni.
I componenti di un miscuglio
eterogeneo possono essere separati
mantenendo immutate le loro
proprietà.
Le proprietà del miscuglio possono
risultare diverse nelle diverse porzioni
del miscuglio stesso.
Tecniche di separazione
Lo scopo delle tecniche di
separazione è quello di
separare i componenti dei
miscugli omogenei e quelli
eterogenei.
Separazione dei componenti di miscugli eterogenei
I componenti dei miscugli eterogenei, possono essere
separati grazie ad alcuni metodi basati sulle
caratteristiche fisiche dei componenti; metodi basati
sullo stato di aggregazione dei componenti.
ESTRAZIONE CON SOLVENTE
Due liquidi immiscibili possono essere separati nel loro sistema a due
fasi,sfruttando la loro diversa solubilità in un solvente. Questa dovrà
sciogliere soltanto uno dei due liquidi,permettendo la completa
separazione delle fasi. Quest’ operazione viene compiuta in un imbuto
separatore,dove si formano due strati di diversa densità, che dopo un
poco si separeranno. Infine c’ è anche un rubinetto è possibile separare
le due fasi separatamente. Il solvente che ha estratto uno dei componenti
può essere allontanato per evaporazione.
DECANTAZIONE


Consiste nel lasciare a riposo il miscuglio; si lascia cioè che agisca
la gravità, per un periodo di tempo variabile in funzione delle
dimensioni delle particelle del solido: quanto più piccole sono le
particelle, tanto più lungo sarà il tempo necessario perché
“decantino”.
Al termine dell’operazione, la parte solida, che ha comunque un
peso specifico più elevato, cadrà sul fondo del recipiente, mentre
quella liquida rimarrà al di sopra.
FILTRAZIONE


Consiste nella separazione delle due fasi attraverso una
carta da filtro, che lascia passare il liquido, ma trattiene
le parti solide.
In questo caso, oltre alla gravità, si sfrutta la porosità
della carta, grazie alla quale le particelle liquide possono
passare, mentre quelle più grosse vengono trattenute.
CENTRIFUGAZIONE
Quando c’è una differenza di densità tra solido e liquido è
piccola e quest’ultimo presenta alta viscosità, la separazione
con i metodi precedenti risulta molto lenta. Si immette allora il
miscuglio in una centrifuga,un dispositivo in rapida rotazione.
L’accelerazione centrifuga sottopone i componenti a una forza
proporzionale alla loro massa, portando quelli più densi
lontano dall’ asse di rotazione.
SETACCIATURA
La setacciatura è un metodo concettualmente molto
semplice ma tutt’ora in uso in alcune attività industriali
o nell’agricoltura. Si può applicare ai miscugli
eterogenei solido-solido in cui un materiale sia
formato da granuli di dimensione diverse da quelle
degli altri componenti
Miscugli omogenei le soluzioni
Alcuni tipi di miscugli omogenei liquidi sono chiamati
soluzioni.
Le soluzioni sono quindi miscugli omogenei formati da
due o più componenti .
Il componente presente in quantità maggiore è detto
solvente , l’altro si chiama soluto .
Il solvente si presenta come un materiale liquido
mentre, prima di sciogliersi, il soluto può essere in uno
qualunque dei tre stati di aggregazione.
SEPARAZIONE DEI COMPONENTI DI
UN MISCUGLIO OMOGENEO
Le miscele omogenee si possono separare
sfruttando le loro caratteristiche. Vedremo ora
alcuni metodi utilizzabili per la separazione dei
componenti
DISTILLAZIONE SEMPLICE
Per separare il componente liquido da una miscela omogenea liquidosolida,si porta la miscela all’ebollizione.I vapori del liquido che si
liberano vengono convogliati in un apposito dispositivo
(refrigerante),dove condensano per raffreddamento,dal refrigerante esce
il liquido puro,che viene raccolto. Può servire a separare componenti di
una soluzione per esempio di acqua e sale
CROMATOGRAFIA
La cromatografia su carta è un metodo
usato per separare i diversi soluti
presenti in un miscuglio omogeneo.
Piccole quantità del miscuglio
vengono poste sulla carta per
cromatografia che viene poi immersa
in un solvente(eluente). Il solvente
risale alla capillarità della carta. I
componenti si sciolgono in esso e la
separazione avviene per effetto della
velocità di risalita.Le tecniche
cromatografie sono utilizzate
nell’analisi delle urine e degli
inquinanti delle acque e dell’ aria.
DISTILLAZIONE FRAZIONATA
Con questa apparecchiatura si possono
separare anche i componenti di una
soluzione di due liquidi, sfruttando la loro
diversa tendenza a passare allo stato di
vapore(diversa volatilità).
Il riscaldamento porta all’ebollizione il
componente che bolle a t° più bassa e i
vapori vengono convogliati nel
condensatore dove il raffreddamento li
trasforma nuovamente in liquido che
viene raccolto goccia a goccia.
Quando due liquidi hanno t° di
ebollizione vicine, non e possibile
ottenere una separazione completa delle
due sostanze, ma si può ottenere un
arrichimento.
CRISTALLIZAZZIONE
Consente di separare sotto forma cristallina un solido da
una sua soluzione resa satura per evaporazione del
solvente. Si generano cristalli tanto più grandi quanto più
lenta è l’evaporazione del solvente. In natura questo
fenomeno avviene nelle saline
Origine dell’atomo
Si cominciava a parlare di atomo già da quando
non era possibile dimostrarlo ed erano solo teorie.
Oggi come ben sappiamo la materia è costituita
da atomi, i quali a sua volta sono costituiti da
particelle ancora più piccole, le quali: gli elettroni i
protoni, i neutroni e i quark.
Teoria atomica Democrito.
Nel 450 a.C., Democrito ipotizzò che la
materia non fosse continua,ma costituita
da particelle minuscole e indivisibili. Per lui
gli atomi hanno solo due qualità:la
grandezza e la forma,ogni aggregato di
atomi può disporsi secondo un ordine
diverso,dando luogo a composti diversi.
Gli atomi sono dotati di un moto proprio
dovuto da una forza naturale interna agli
stessi,tale moto determina la massa degli
atomi,in quanto essa dipende dalla velocità
che acquistano gli atomi stessi urtando altri
atomi. Dal moto degli atomi hanno origine
i corpi materiali
Teoria atomica Lucrezio
Secondo Lucrezio come
scrisse nella sua opera “De
rerum natura”,nulla nasce dal
nulla. Gli atomi sono
divisibili in frammenti di
grandezza inferiore non
divisibili e che formano
l’universo.
Teoria atomica di Dalton






La teoria atomica fu formulata da Dalton è lui afferma
che :
Gli atomi di elemento sono diversi da quelli di un altro
elemento.
La materia è costituita da particelle chiamate atomi.
Gli atomi si uno stesso elemento sono tutti uguali tra
di loro.
Le reazione chimiche sono il risultato dell’unione di
atomi diverse.
Atomi diversi si possono aggregare per formare i
composti.
Gli atomi di diversi elementi non possono essere ne
creati,ne distrutti,ma cambia solo il modo in cui si
combinano tra caratteristiche fisiche di quel elemento
di loro.
Dalton definì che l’atomo è la più piccola parte di un
elemento che mantiene le caratteristiche fisiche di
quell’ elemento.
Modello Rutherford
Nel 1911 Ernest Rutherford formulò un
nuovo modello atomico con il seguente
esperimento: bombardò con particelle alfa
(nuclei di elio), cariche positivamente, una
sottilissima lamina di oro. La maggior parte
dei "proiettili" attraversò l'ostacolo, ma
alcune particelle alfa tornarono indietro,
altre vennero fortemente deviate nella loro
traiettoria, come fossero passate vicine ad
un corpo con la stessa carica positiva.
Secondo Thomson l’atomo è composto da
un nucleo positivo,in cui è concentrato tutta
la massa e attorno al quale ruotano a
notevole distanza gli elettroni. Al nucleo
dell’atomo di idrogeno diede nel 1920 il
nome di protone
Modello Thomson
Secondo il modello atomico di
Thomson l’atomo è costituito da
elettroni disposti in posizioni
ordinate all’interno di una sfera
carica di elettricità positiva. Thomson
si deve la scoperta dell’elettrone
avvenuta nel 1897.
Teoria atomica Millikan
Nel 1900 Millikan scoprì che l’
elettrone era molto più piccolo di
qualsiasi atomo.
Teoria atomica Bohr
Bohr introdusse la teoria che gli elettroni
si muovevano nello spazio intorno al
nucleo su orbite stazionarie poste a
diversa distanza dal nucleo e
caratterizzata da precisi valori di energia .
Teoria atomica J.Chadwik
Chadwick attraverso le sue
teorie,evidenziò l’esistenza del
neutrone nei nuclei atomici ,che
anteriormente al 1932 si riteneva
fossero costituiti da protoni ed
elettroni. Il bombardamento del
berillio trasformò il berillio in
carbonio, infatti espelle un neutrone.
Nella reazione, infatti, viene
conversato il numero di massa e il
numero atomico
Teoria atomica Boyle
Boyle è un chimico scettico,
secondo lui quattro elementi
(terra,acqua,fuoco e aria)
costituiscono la materia,dicendo
che le piccole particelle di materia
si uniscono e formano corpuscoli .
Atomo
L’ atomo così chiamato perché considerato l’unità più piccola
ed indivisibile della materia ,è la più piccola parte di ogni
elemento esistente in natura. Inseguito con la scoperta degli
elettroni fu dimostrato che l’atomo non era indivisibile, ma
composto da particelle più piccole (chiamate subatomiche).
L’atomo in natura è elettricamente neutro. Le particelle di
segno opposto si respingono mentre quelle di segno diverso
si attraggono. Le particelle subatomiche sono le seguenti:
 Neutroni;
 Protoni;
 Elettroni;
 Quark .
Elettroni
L’elettrone è una particella subatomica con carica elettrica negativa. Nel
1897 venne scoperta da J.J.Thomson grazie al metodo dei raggi catodici.
L’elettrone possiede una massa a riposo paria a 9,11x 10-28g. La carica
dell’elettrone venne determinata soltanto nel 1911 dal fisico R.Millikan e
risulto valere -1,602 x 10-19C , oggi gli vieni attribuito il valore
convenzionale di -1. Gli elettroni ruotano sulle orbitali e in base al
principio di Heisenberg non è possibile conoscere posizione e quantità
di una particella come l’elettrone.
Protoni
Il protone è una particella subatomica dotata di carica positiva.
Viene indicato con il simbolo P+. Il valore della sua carica
elettrica è uguale a quella dell’elettrone solo con segno
positivo: 1,602 × 10-19 coulomb. La sua massa è di circa 1836
volte più grande di quella di un elettrone ed è quasi uguale a
quella di un neutrone.
Il protone è composto da tre quark, due up e uno down.
Neutroni
Il neutrone è una particella subatomica senza carica
elettrica e con massa superiore a quella del protone. L’
esistenza del neutrone venne ipotizzata da James
Chadwik nel 1932. Il neutrone è composto da tre
quark: un up e due down.
Isotopo
Gli isotopi sono atomi aventi lo stesso numero
atomico (atomi dello stesso elemento), ma diverso
numero di massa perché contenenti un diverso
numero di neutroni. Un determinato isotopo si
rappresenta scrivendo in alto a sinistra il numero di
massa e in basso a sinistra il numero atomico vicino al
simbolo dell’ elemento.
Configurazione elettronica
La configurazione elettronica è la distribuzione
ordinata degli elettroni negli orbitali secondo il livello
di energia e secondo delle regole ben precise. Tale
disposizione è regolata da 4 numeri quantici.
Numeri quantici.



Il primo numero quantico si rappresenta con un
intero che va da 1 a 7 e ci indica il livello energetico.
Il secondo e il terzo numero quantico mi dice la forma
e la direzione dell’orbitale.
Il quarto numero quantico ci indica il numero di
elettroni e il movimento di spin. Quest’ ultimo mi dice
il moto di rotazione dell’elettrone, con la freccia in
alto l’ elettrone ruota in senso orario con la freccia in
basso in senso antiorario.
Orbitale
L’orbitale è la regione di spazio intorno al nucleo
dove esiste un’ alta probabilità (almeno del 90%)
di trovare l’elettrone dato. Abbiamo due tipi di
orbitali quelli di forma sferica e quelli a clessidra.
Orbitale s
L’ orbitale di forma sferica lo indichiamo con il
simbolo s e possiamo trovare solo un elettrone
al suo interno.
Orbitale p
Gli orbitali del tipo p compaiono dal secondo
livello in poi e fanno parte degli orbitali a forma
di clessidra. Questi orbitali hanno tre direzioni
nello spazio con 6 elettroni.
Orbitale d
L’ orbitale di tipo d fa parte degli orbitali a
forma di clessidra. Questi orbitali hanno 5
direzioni nello spazio con 10 elettroni.
Orbitale f
L’orbitale f fa parte anch’ esso dell’ orbitale a
forma di clessidra e ha 7 direzioni nello spazio
con 14 elettroni.
Regola della diagonale
L’ ordine effettivo di
energia crescente degli
orbitali è dato dalla
regola della diagonale.
Questa ci aiuta nella
configurazione
elettronica.
Elemento
Gli elementi sono formati da atomi uguali e non
possono essere scomposti in sostanze più
semplici.
Tavola periodica di Mendeleev
Tutti gli elementi di solito vengono rappresentati in una
tabella, chiamata tavola periodica o sistema periodico.
Tra il 1869 e il 1871, il lavoro geniale del chimico
russo D. Mendeleev produsse un risultato di grande
valore scientifico, una legge periodica degli elementi
che lo stesso Mendeleev sintetizzò con le seguenti
parole:”Gli elementi disposti secondo la grandezza dei
loro pesi atomici mostrano proprietà periodiche”.
Mendeleev mise in ordine gli elementi conosciuti
cominciando dall’idrogeno, l’elemento con peso
atomico più piccolo aggiungendo mano mano gli
elementi di peso atomico crescente.
La tavola periodica attuale
Nella tavola periodica attuale gli elementi sono
ordinati secondo il numero atomico (Z) crescente. La
sistemazione degli elementi corrisponde con il
modello della struttura degli atomi.
 Gli elementi sono distribuiti in sette righe, così come
sono sette i livelli energetici in cui si distribuiscono gli
elettroni.
 Il numero di elementi contenuti in ogni riga
corrisponde al numero massimo di elettroni che
possono essere collocati nel livello energetico
corrispondente.
Struttura della tavola periodica
La tavola periodica si articola in gruppi e periodi:

Le colonne di elementi si chiamano gruppi e sono indicati in
alto con un numero che va da 1 a 18. Ogni gruppo
comprende gli elementi con la stessa configurazione
elettronica esterna e lo stesso numero di elettroni nell’ultimo
livello energetico.

Le righe di elementi si chiamano periodi e sono indicati a
sinistra con un numero ordinale dall’alto verso il basso che
va dal 1°al 7°. Il periodo invece raggruppa elementi che
hanno lo stesso livello energetico. Quindi il periodo ci dirà
qual è l’ultimo livello energetico.
Nella tavola periodica sono evidenziati con diversi colori i differenti
blocchi. I primi due gruppi sono i metalli che hanno a disposizione
l’orbitale s, quelli al centro sono i metalli di transizione con orbitale d, dal
gruppo 3 al gruppo 8 a troviamo i non metalli con orbitale p. Gli
elementi in fondo hanno caratteristiche simili agli attinidi e ai lantanidi a
hanno a disposizione l’orbitale f .
Elementi naturali ed artificiali
Gli elementi presenti nella tavola periodica sono
tutt’oggi 111. Tutti gli elementi fino all’uranio (Z=92)
sono presenti in natura come tali o nei loro composti,
a eccezione del tecnezio (Z=43) e del promezio
(Z=61). Questi elementi insieme al nettunio (Z=93) in
poi sono elementi artificiali cioè sono stati creati per
mezzo di reazioni nucleari. La maggior parte degli
elementi naturali si trovano combinati in composti da
quali si possono ottenere attraverso reazioni chimiche.
Oggi possiamo essere certi che non ci sono nuovi
elementi naturali da scoprire,ma si potranno creare
altri elementi in modo artificiale
Metalli,non metalli e semimetalli
Nella tavola periodica è evidente la suddivisione degli
elementi in tre raggruppamenti:
 Metalli;
 Non metalli;
 Metalli di transizione.
Metalli
I metalli rappresentano l’insieme di gran lunga più
numeroso. L’aspetto dei metalli, è spesso grigio chiaro
come quello dell’argento, giallo come l’ oro e rosso
come il rame. I metalli a temperatura ambiente sono
tutti solidi tranne il mercurio che è liquido. Altre
caratteristiche dei metalli sono la lucentezza,
conducibilità elettronica, duttilità e malleabilità.
Non metalli
I non metalli sono stati denominati in questo modo
perché hanno la caratteristica di non possedere le
proprietà tipiche dei metalli. Per quanto riguarda lo
stato di aggregazione 5 non metalli sono solidi, solo
uno è liquido e gli altri undici si trovano allo stato
gassoso. Tipici non metalli sono lo zolfo, il fosforo
che si presenta in diverse forme come quello bianco
che è facilmente infiammabile, il cloro di colore verde.
Metalli di transizione
I metalli di transizione o metalloidi sono collocati nella
tavola periodica tra i metalli e i non metalli. Questi
elementi hanno proprietà intermedie tra quelle dei
metalli e quelle dei non metalli. A causa della loro
particolare conduttività elettrica, alcuni metalli di
transizione (come boro e silicio) sono utilizzati come
semiconduttori.
Numero atomico
Ad ogni numero atomico corrisponde un diverso
elemento . Il numero atomico (indicato solitamente
con Z , dal tedesco Zahl) corrisponde al numero di
protoni contenuti in un nucleo atomico. In un atomo
neutro il numero atomico è pari anche al numero di
elettroni; in caso contrario l'atomo è detto ione. Si usa
scrivere questo numero come pedice sinistro del
simbolo dell'elemento chimico in questione. Il numero
atomico è indicato con la sigla N.A. ed indica il
numero di protoni presenti in un atomo cioè se il
numero atomico di un atomo.
Numero di massa
Il numero di massa (solitamente indicato con A) è la
somma di neutroni e protoni contenuti in un nucleo
Quando di un elemento si vuole specificare il numero
di massa, lo si scrive in alto, a sinistra del simbolo
chimico.
Raggio ionico
Il raggio ionico indica il raggio assunto dall’atomo
dopo esser stato ionizzato,ovvero privato o fornito di
una certa quantità di elettroni, detti di valenza. Esso
diminuisce con l’aumentare del numero di ionizzazioni
subite dall’ atomo. L’ atomo si trasforma in ione
positivo quando vi è un aumento della carica positiva
rispetto a quella negativa dovuto alla perdita di
elettroni. Invece , quando un atomo è trasformato in
uno ione negativo si ha una diminuzione della carica
effettiva del nucleo.
Raggio atomico
Il raggio atomico è la distanza dal centro del nucleo
fino all’ultimo livello energetico.
Il raggio atomico in un gruppo aumenta procedendo
verso il basso. In un periodo invece procedendo da
sinistra verso destra,il raggio diminuisce.
Affinità elettronica
L’energia liberata da un atomo allo stato gassoso per l’
acquisto di un elettrone si chiama affinità
elettronica(A.E). Il nuovo elettrone conferisce una
carica negativa all’atomo,che diviene ione negativo o
anione. L’affinità elettronica è associabile alle
dimensioni dell’ atomo. Questa è tanto maggiore
quanto più piccolo è il volume atomico. Infatti più
piccolo è un atomo, tanto più vicino si collocherà
l’elettrone acquistato, liberando maggiore energia.
L’affinità elettronica aumenta dal basso verso l’alto in
un gruppo e da sinistra a destra in un periodo.
Elettronegatività
L’elettronegatività è definita come la tendenza
dell’atomo ad attirare su di sé gli elettroni di legame.
L’elettronegatività aumenta dal basso verso l’alto nei
gruppi da sinistra a destra in un periodo.
Caratteristiche metalliche
I metalli costituiscono la stragrande maggioranza degli
elementi della tavola periodica,e in condizione
normali,sono quasi tutti solidi. Hanno bassa
elettronegatività,hanno punti di fusione e densità
elevati,sono duttili,malleabili,lucenti hanno alta
conducibilità termica ed elettrica. Il carattere metallico
diminuisce lungo un periodo da sinistra e destra e
aumenta lungo un gruppo dall’alto verso il basso.
ENERGIA DI IONIZZAZIONE
Nucleo ed elettroni,avendo cariche opposte,si
attraggono. Per staccare gli elettroni dall’atomo è
necessario vincere questa attrazione e quindi fornire
energia. L’energia necessaria per allontanare
l’elettrone più esterno da un atomo allo stato gassoso
si chiama energia di prima ionizzazione. L’atomo che
perde uno o più elettroni,mentre mantiene inalterato il
numero di protoni del nucleo del nucleo,assume una o
più cariche positive. Si forma,cioè,uno ione positivo,o
catione.
L’energia di ionizzazione aumenta dal basso verso
l’alto nei gruppi e da sinistra a destra nei periodi.
NUMERI DI OSSIDAZIONE


Nella tavola periodica sono riportate i principali
numeri di ossidazione degli elementi come abbiamo
già detto gli elementi possono presentare più di un
numero di ossidazione, a seconda dei legami che i loro
atomi riescono a formare,quindi per assegnare
rapidamente il numero di ossidazione a un atomo
occorre tener conto delle seguenti regole:
Gli atomi si tutte le sostanze elementari hanno sempre
n.o=0;





2 Negli ioni monoatomici il N.O. dell’ elemento è
uguale alla carica dello ione;
3 La somma algebrica dei N.O. di tutti gli atomi
presenti nella formula di una sostanza deve essere
zero;
4 La somma algebrica dei N.O. di tutti gli atomi
presenti in un ione poliatomico coincide con la carica
dello ione;
5 L’ atomo di ossigeno nei composti ha sempre
N.O=-2; l’unica eccezione riguarda i perossidi dove l’
ossigeno ha N.O=-1;
6 L’ atomo di idrogeno nei composti ha sempre
N.O=+1,fanno eccezione gli idruri dei metalli alcalini
e alcalino terrosi,in cui l’idrogeno ha N.O=-1
Lewis
La prima interpretazione in senso moderno di legame chimico
si deve al chimico statunitense G.Lewis,che nel 1916 identificò
negli elettroni del livello esterno i responsabili dell’unione tra
gli atomi. La teoria di Lewis trae le sue origini dall’osservazioni
del comportamento dei gas nobili. Le rispettive configurazioni
esterne evidenziano tutte otto elettroni(a eccezione dell’elio
che ne ha due) nel livello energetico esterno,ossia una
configurazione esterna 2 s2 2 p6 nella quale gli orbitali s e p
risultano completamente occupati. Per studiare la formazione
dei legami,egli adottò una rappresentazione simbolica(simbolo
di Lewis) mediante la quale evidenzia con dei puntini,disposti
intorno al simbolo dell’elemento, soltanto gli elettroni del
livello esterno,cioè quelli coinvolti nella formazione del
legame.
Regola dell’ottetto
La configurazione elettronica esterna a otto elettroni, chiamata
ottetto, fu ritenuta una condizione di particolare stabilità,alla
quale,secondo Lewis, tendono gli atomi di tutti gli elementi. In
base a questa considerazione Lewis stabilì la regola dell’ottetto,
secondo la quale: ogni atomo in base al numero di elettroni di
valenza,tende a cedere,acquistare o mettere in comune gli
elettroni necessari al raggiungimento di un ottetto completo
ossia (2 s2 2 p6). Gli elementi dei primi gruppi della tavola
periodica tendono a perdere elettroni avendo una
configurazione come quella del gas nobile che li precede. Gli
elementi del VI e VII tendono, invece ad acquistare elettroni
raggiungendo la configurazione dei gas nobile che li segue.
Reazioni chimiche.
Una reazione chimica è un trasformazione in cui si
rompono e si formano legami chimici. Il modo più
sintetico per rappresentare una reazione consiste nella
scrittura di un’equazione chimica, in cui le formule
delle sostanze reagenti, scritte da sinistra, sono
separate da una freccia dalle formule delle sostanze
prodotte, scritte a destra. Le reazioni possono avvenire
spontaneamente o possono essere provocate agendo
su alcuni fattori quali: qualità di sostanza, pressione,
temperatura, l’agitazione.
Bilanciamento delle razioni chimiche
Nelle reazioni chimiche la massa dei reagenti deve
essere uguale alla massa dei prodotti (legge della
conservazione della massa Lavoisier ),quindi l’
equazione deve essere bilanciata. Per bilanciare una
reazione si devono anteporre alle formule dei reagenti
e dei prodotti i coefficienti stechiometrici tali per cui il
numero di atomi di ogni elemento sia uguale nei
reagenti e nei prodotti, in modo da rispettare la legge
della conservazione della massa.
Per bilanciare un’equazione si devono seguire le seguenti
regole:
1. Contare il numero di atomi di un elemento presente nel lato
reagenti e nel lato prodotti. Se il numero non è lo stesso
aggiungere i coefficienti stechiometrici tali da renderlo
uguale in entrambi i lati dell’equazione.
2. ripetere questa operazione per ogni elemento che compare
nell’equazione.
3. è opportuno iniziare a bilanciare da un elemento diverso da
O e H perché questi elementi compaiono in più di un
composto.
Mole
Nel S.I. viene definita mole (mol) una quantità di
sostanza che contiene un numero di particelle uguale
al numero di atomi contenuti in 12,000 g di 12C .
Una mole di qualsiasi sostanza contiene 6,022 x 1023
particelle e tale valore, che si indica con N, è chiamato
numero di Avogrado.
La massa di una mole, massa molare, è una quantità di
sostanza in grammi numericamente uguale alla sua
massa atomica o molecolare.
Unità di massa atomica
L’ unita di massa atomica è un’ unita di misura
utilizzata per esprimere la massa di singoli atomi,
molecole, ioni delle particelle elementari. Essa è la
dodicesima parte della massa di un atomo di carbonio
-12(12C) . Nel S.I l’ unità uma corrisponde a 1,660565x
10-27 kg . L’unità di massa atomica non appartiene al
Sistema Internazionale di unità di misura (S.I), ma è da
esso riconosciuta in virtù del largo impiego che viene
fatto di quest’ unità in chimica, biochimica e biologia
molecolare
I legami chimici
In natura i sistemi materiali tendono a raggiungere il
minor dispendio di energia potenziale,cioè lo stato di
massima stabilità.
L’unione che si verifica tra atomi uguali o diversi per
raggiungere uno stato energicamente stabile va sotto il
nome di legame chimico.
I legami chimici possono essere atomici o molecolari.
Quest’ultimi interessano le molecole mentre quelli
atomici gli atomi. Questi possono essere di tre tipi:
 Metallico;
 Ionico;
 Covalente.
Legame metallico
Il legame metallico interessa gli atomi di metallo. La
caratteristica del legame metallico è dovuto alla
delocalizzazione degli elettroni. In questo legame i
nuclei vengono disposti su piani paralleli e abbiamo
una grande nube di elettroni che gira intorno ai nuclei.
Questo è anche il motivo della conducibilità termica
ed elettrica, spiega anche la malleabilità e la duttilità.
Legame ionico
Il legame ionico porta alla formazione degli ioni. In natura ci
sono elementi con maggiore e minore forza di
elettronegatività. Se avviciniamo due elementi come il sodio
con elettronegatività 0,9 e il cloro 3,0 ;il cloro tende a prendere
l’ elettrone del sodio, questo perché il cloro è più
elettronegativo portando quindi alla formazione di due ioni.
Gli ioni che si formano stanno uniti grazie all’attrazione
elettrostatica delle loro cariche opposte. In questo legame
sono coinvolti elementi con grande differenza di
elettronegatività. Se tra i due abbiamo una differenza pari o
maggiore a 1,57 si raggiunge il legame ionico.
Ioni
Un atomo può cedere o acquistare uno o più elettroni,
perdendo così la propria neutralità elettrica e
trasformandosi in uno ione. Un catione (ione positivo)
è un atomo che ha perso uno o più elettroni esterni.
Un anione (ione negativo) è un atomo che ha
acquistato uno o più elettroni esterni .
Legame covalente



Il legame covalente si ha quando due atomi con
elettronegatività uguale o simile mettono in comune
un o più elettroni ciascuno,in modo da raggiungere
entrambi l’ ottetto ossia una configurazione elettronica
stabile.
il legame covalente può essere di tre tipi:
Omopolare ;
Eteropolare;
Dativo.
Legame covalente omopolare
Il legame covalente puro (omopolare),si realizza
quando due atomi uguali o con elettronegatività simile
mettono in comune uno o più elettroni. Questo tipo
di legame si realizza quando i due atomi hanno
differenza di elettronegatività pari a 0,4.
Legame covalente eteropolare
Il legame covalente polare (eteropolare) si forma tra
atomi diversi, con piccola differenza di
elettronegatività compresa tra 0,4 e 1,7. In questo tipo
di legame gli elettroni saranno attratti dall’ atomo più
elettronegativo.
Legame covalente dativo
Il legame covalente dativo è un tipo particolare di legame covalente e,
come tale, costituito da due elettroni condivisi tra due atomi.
Mentre nel legame covalente, i due elettroni del doppietto sono forniti
ciascuno da un atomo, nel legame dativo i due elettroni provengono
entrambi dallo stesso atomo (donatore) che li condivide con l’altro
atomo ( accettore ). Il legame si forma tra un atomo che dispone di
almeno un doppietto solitario (donatore) e uno che ha (può ottenere) un
orbitale vuoto (accettore). Il legame si indica con una freccia diretta dal
donatore verso l accettore.
Composti
I composti binari sono composti formati dalla
combinazione di due elementi.
Ossidi basici
Gli ossidi basici sono composti ionici binari formati da
un metallo che reagisce con l’ossigeno.. Essendoci una
grande differenza di elettronegatività tra il metallo e il
non metallo abbiamo un legame di tipo ionico. La
reazione generale è la seguente: M + O2
M+O-2
Come abbiamo osservato l’ossigeno ha numero di
ossidazione -2 , mentre il metallo ha numero di
ossidazione positivo.
Nomenclatura ossidi basici
1.
2.
3.
4.
Per assegnare la nomenclatura osserviamo il seguente
schema:
Ossido Ipo “Nome del Metallo”-oso
Ossido “Nome del Metallo” –oso
Ossido “Nome del Metallo” -ico
Ossido Per “Nome del Metallo” -ico
Se il metallo ha un solo numero di ossidazione useremo
ossido di “Nome del Metallo”. Questo tipo di nomenclatura
può essere utilizzata anche per i composti acidi sostituendo
però ad ossido la parola anidride.
Ossidi acidi o anidridi
Gli ossidi acidi (anidridi) sono composti binari formati
da un non metallo che reagisce con l’ossigeno. Visto
che non c’è una grande differenza di elettronegatività
abbiamo un legame di tipo covalente. La reazione
generale è la seguente: nM + O2
nM+O-2
Idracido
Gli idracidi sono composti binari formati
dall’idrogeno che reagisce con un non metallo. La
reazione generale è la seguente:
nM + H2
H+1 nMIn questo caso l’idrogeno ha numero di ossidazione
+1. La nomenclatura di questo composto è questa :
acido “nome del non metallo” idrico.
Idruro
Gli idruri sono dei composti binari formati
dall’idrogeno che reagisce con un metallo . In questo
caso l’idrogeno avrà numero di ossidazione -1. La
formula generale di questo composto è la seguente:
M +H2
M + H -1
La nomenclatura è uguale a quella degli ossidi solo che
useremo idruro al posto di ossido.
Composti ternari


I composti ternari sono composti formati dalla
combinazione di tre elementi e si suddividono in:
Idrossidi;
Acidi (ossiacidi)
Idrossidi
Gli idrossidi sono composti ionici ternari che
contengono lo ione OH,detto ossidrile, legato allo
ione di un metallo. Si formano dalla reazione di un
ossido basico e acqua e hanno carattere basico. La
reazione generale è la seguente:
MO + H2 O
M+(OH)-1
Per la nomenclatura useremo “ossido di + nome del
metallo”.
Ossiacidi
Gli ossiacidi sono composti ternari molecolari formati
da idrogeno ,un non metallo e ossigeno. Si forma dalla
reazione di un’ anidride con l’ acqua e hanno carattere
acido. La reazione generale è la seguente:
nMO + H2 O
H2nMO2
Anche in questa reazione l’acqua mantiene numero di
ossidazione -1. La nomenclatura è uguale a quella degli
ossidi solo che useremo ossiacido al posto di ossido.
Sali binari
I Sali binari si ottengono dalla reazione di un metallo
con un non metallo.
M + nM
M+nMCome visto il metallo ha un numero di ossidazione
positivo, mentre il non metallo ha numero di valenza
negativo. Abbiamo in questo caso un legame di tipo
ionico . Per la nomenclatura metteremo il suffisso uro
al nome del non metallo.
Sale ternario
I sali ternari sono formati dalla reazione di non metallo più metallo più ossigeno. Per
ottenere i Sali ternari abbiamo otto tipi di reazioni che sono:
-Metallo + Acido
Sale + Idrogeno
M
+ HnMO
MnMO +H2
-Ossido basico + Anidride
Sale + Ossigeno
MO
+ nMO
MnMO + O2
-Idrossido + Acido
Sale + Acqua
MOH
+ HnMO
HnMO +H2O
-Idracido + Idrossido
Sale + Idrogeno
HnM
+ MOH
HnMO +H2
-Non Metallo + Idrossido
Sale + Idrogeno
nM
+ MOH
MnMO +H2
-Sale ternario + Sale ternario
Sale + Sale
MnMO
+ MnMO
MnMO + MnMO
-Anidride + Idrossido
Sale + Acqua
nMO + MOH
HnMO +H2O
-Sale binario + Sale ternario
Sale Binario + Sale ternario
MnM
+ MnMO
MnM + MnMO
La chimica del silicio della vita quotidiana
Il vetro
Il termine vetro viene usato convenzionalmente per descrivere
uno stato della materia. Questo stato, noto altrimenti come
“stato vetroso”, è quello che si realizza quando un liquido
sottoposto a raffreddamento incrementa a tal punto la propria
viscosità che pur rimanendo formalmente un liquido acquista
apparentemente le proprietà fisiche di un solido.
Il vetro è una sostanza allo stato solido amorfo, cioè un
materiale rigido costituito di unità strutturali non organizzate
secondo l’ordine geometrico tipico dello stato cristallino. A
differenza dei solidi cristallini, per un vetro non si parla di
temperatura di fusione o di solidificazione ma di un intervallo
di temperature, chiamato intervallo di trasformazione, in cui
avviene la solidificazione. La temperatura alla quale la massa
fusa solidifica, detta temperatura di transizione vetrosa,
dipende dalla composizione chimica del fuso vetroso e dalla
velocità di raffreddamento.
Un vetro siliceo è costituito essenzialmente da silice (circa 60 - 70 %),
altri ossidi inorganici e la sua composizione Gli ossidi inorganici
utilizzati nella produzione del vetro si distinguono a seconda della loro
funzione in: vetrificanti (silicio, boro, fosforo), fondenti (alcalini) e
modificatori (alcalino-terrosi, calcio, magnesio, bario, piombo, zinco,
alluminio). La chimica determina le proprietà chimico-fisiche e quindi il
suo campo d'impiego. La sabbia quarzifera viene utilizzata quale
apportatrice di silice, SiO2 , nella miscela. Questa può contenere altri
minerali quali feldspati, argille ed impurezze dovute a ossidi di ferro e
cromo ed è soggetta a processi di lavaggio con acqua e purificazione con
altri mezzi chimico-fisici. Le sabbie si distinguono per il loro contenuto
in ossido di ferro, Fe2O3. Per produttori di vetro incolore di alta qualità
(vetro al piombo, vetro da tavola) sono disponibili sabbie contenenti lo
0.008% in Fe2O3e lo 0.0002 di ossido di cromo, Cr2O3
In generale è bene che la concentrazione di Cr2O3non
superi lo 0.0005%. Per vetri colorati il contenuto in
ferro non critico e può essere sufficiente una sabbia
con un contenuto in ossido di ferro dello 0.25%. Per
quanto riguarda la granulometria, nei forni a bacino
vengono utilizzate sabbie con grani di diametro 0.10.8 mm, mentre nei forni a crogioli si fa uso di sabbia
con granulometria tra 0.1-0.3 mm.
Le frazioni granulometriche più grossolane e quelle
fini, inferiori a 0.1 mm, vengono di norma eliminate
perché causa di disturbo nella fusione e per l’alto
contenuto di impurezze.
I cicli biogeochimici
L’ esistenza della sottile pellicola di materia vivente
sulla terra è consentita da cicli di energia e di materia
molto complessi. In essi esiste un equilibrio che
permette il continuo trasferimento degli animali dal
mondo vivente e viceversa , rendendo così possibile il
procedere e il continuo rinnovamento dell’attività
vitali. All’ interno di queste trasformazioni si inserisce
l’opera dell’ uomo, che a volte può modificare gli
equilibri esistenti con danni per l’ecosistema. I cicli
che descriverò sono definiti biogeochimici e quelli
dell’elementi più importanti riguardano l’ ossigeno,
l’azoto e il fosforo.
Ciclo dell’ossigeno
Il ciclo biogeochimico che spiego è quello dell’ ossigeno.L’
ossigeno è un costituente fondamentale di quasi tutte le
molecole vitali rappresentando circa 1/4 degli atomi della
materia vivente. L’ ossigeno permette il mantenimento della
vita e viene esso stesso prodotto attraverso attività vitali.
Quello presente sulla terra è tutto di origine biologica. Parte di
esso è trasformata in ozono dall’ attività delle radiazioni
ultraviolette . Sulla terra l’ossigeno si combina con numerosi
elementi. Esso è presente nell’ aria per il 21% e proviene dalla
scissione delle molecole di acqua provocata dall’ energia solare
(fotolisi dell’ acqua) durante la fotosintesi e anche per azione
delle radiazioni U.V. Tutta materia organica della biosfera
ha origine dal processo di fotosintesi , in cui le piante
utilizzano l’ energia solare per far reagire l’ anidride
carbonica con l’ acqua e creare glucosio :
6 CO2 + 6 H2O + energia solare
C6 H12 O6 + 6O2
Nelle cellule delle piante e degli animali che si nutrono
di glucosio, esso è soggetto a trasformazioni chimiche
che alla fine restituiscono all’ atmosfera co2 e h2o
La respirazione può essere scritta esattamente al
contrario della reazione di fotosintesi.
C6 H12 O6 + 6O2
6 CO2 + 6 H2O + energia solare