6.1 Elementi di chimica
pag. 262 La materia
La materia è tutto ciò che ci circonda.
Ha una massa e occupa uno spazio.
Una porzione di materia è un corpo.
La materia è formata da atomi.
La materia è tutto ciò che ci circonda e
che occupa uno spazio, come la terra,
gli alberi, gli animali ecc....
Tutta la materia è
costituita da atomi
Atomi che hanno identiche
proprietà chimiche
costituiscono un elemento
pag. 263/1 Elementi e composti
»Elementi
Sostanze costituite da un solo tipo di atomi.
Es.: cloro (Cl), idrogeno (H), ossigeno (O).
Gli elementi esistenti sono circa 100, e sono ordinati nella tavola periodica
degli elementi.
»Composti
Sostanze costituite da più di un tipo di atomi.
Es.: acqua (formata da idrogeno e ossigeno H2O)
E’ un elenco degli
elementi chimici
conosciuti
Sono 109
89 esistono in natura
gli altri sono stati
ottenuti in laboratorio
pag. 263/2 Elementi e composti
Didascalia
• Gli elementi che costituiscono una colonna individuano un
gruppo
• Tutti gli elementi di un gruppo hanno l’ultimo livello
riempito con un numero di elettroni uguali
• Gli elementi di un gruppo si somigliano chimicamente
perché la situazione elettronica del livello più esterno è
quella che determina il comportamento chimico
Gli elettroni dell’ultimo livello di ciascun elemento ne
determinano il comportamento chimico
Sono chiamati elettroni di valenza
Il numero del gruppo indica quanti elettroni di valenza
caratterizzano quell’elemento e quella famiglia chimica
I gruppi sono indicati con numeri romani
I
II
III
IV
V
VI
VII VIII
PARTICELLE SUBATOMICHE:
•PROTONI
•NEUTRONI
•ELETTRONI
pagg. 266-7 Evoluzione del modello atomico
pag. 264 Atomi e struttura atomica
»Atomo
La più piccola porzione di un elemento che ne conserva le proprietà.
»Struttura atomica
L’atomo è costituito da un nucleo (formato da protoni e neutroni) e da
elettroni che gli ruotano attorno. Gli elettroni sono disposti in “strati” detti
livelli energetici.
I PROTONI
PARTICELLE CARICHE
POSITIVAMENTE
NUMERO DI PROTONI
PRESENTI NEL NUCLEO
DI UN ATOMO
Ossigeno Z=8
Oro Z=79
Fluoro Z=9
Mercurio Z=80
I NEUTRONI
PARTICELLE PRIVE
DI CARICA
RENDONO STABILE
IL NUCLEO DELL’ATOMO
NUMERO TOTALE
DI PROTONI (Z) E DI NEUTRONI (N)
PRESENTI NEL NUCLEO DI UN ATOMO
A=Z+N
GLI ELETTRONI
PARTICELLE CARICHE
NEGATIVAMENTE
ATOMO ELETTRICAMENTE NEUTRO
N° ELETTRONI ATOMO = N° PROTONI NUCLEO (Z)
GLI ELETTRONI
DETERMINANO LA REATTIVITA’
DI UN ATOMO
L’ORBITALE E’ LA REGIONE DELLO SPAZIO
INTORNO AL NUCLEO
DOVE LA PROBABILITA’ DI TROVARE
UN ELETTRONE E’ MASSIMA
ATOMI AVENTI
STESSO N° ATOMICO Z
E DIFFERENTE N° DI MASSA A
AE +
Gli ioni: definizioni
-
- +3
-
-
EI
- +
+3
-
+
+3
-
-
• Uno ione è un atomo o un gruppo atomico che ha
acquisito o perso uno o più elettroni (anioni,
cationi)
17
+ -
La ionizzazione:
cationi
• Quando si fornisce il pacchetto
d’energia giusto l’atomo può
E
perdere un elettrone
• Si deve fornire energia all’atomo per
allontanare l’elettrone
• Il primo elettrone perso è sempre il
più lontano dal nucleo
• Quando un atomo neutro perde un
elettrone si carica positivamente
• Si è formato uno ione, un catione
+
N
e-
18
La ionizzazione:
anioni
• Alcuni elementi hanno la capacità di
acquistare elettroni
• Quando uno di tali atomi acquista
un elettrone emette un pacchetto di
energia
• Il primo elettrone acquistato occupa
il livello più lontano dal nucleo
• Quando un atomo neutro acquisisce
un elettrone si carica negativamente
• Si è formato uno ione, un anione
ClE
19
e-
I Gruppo
Periodo I 1
Periodo II 3
VIII
H
II
Li Be
4
Na Mg
Periodo III 11
12
III
IV
V
VI
VII
2
B
C
N
O
F
Ne
7
6
5
Al
13
He
Si
14
8
P
15
9
S
16
10
Cl
17
Ar
18
ATOMO STABILE
SCARSA CAPACITA’
DI REAGIRE
CON ALTRI ATOMI
Gli atomi con meno di 8 elettroni esterni
cercano una situazione stabile
formando dei legami chimici
fino a completare l’ottetto
HANNO SCARSISSIMA REATTIVITA’
NON CEDONO, ACQUISTANO O CONDIVIDONO
ELETTRONI
•LE PROPRIETA’ VARIANO CON PERIODICITA’
•ELEMENTI DELLO STESSO GRUPPO HANNO STESSO
NUMERO DI ELETTRONI ESTERNI E PERCIO’ HANNO
SIMILI PROPRIETA’
Disporre gli elettroni
Terzo
livello
Nucleo di
Magnesio
Primo
livello
Due
elettroni
Secondo
livello
28
Per scrivere la configurazione elettronica di un
elemento ci sono tre regole da seguire:
1) Principio della
costruzione progressiva: si
occupano prima gli orbitali
a più bassa energia e poi
quelli a energia più
elevata.
Nome e
Livello ordine di
riempimento
1°
2°
3°
4°
5°
6°
7°
s
s, p
s, p, d
s, p, d, f
s, p, d, f
s, p, d, f
s, p, d, f
N° massimo
di e- per ogni
livello
2
2, 6
2, 6, 10
2, 6, 10,14
2, 6, 10,14
2, 6, 10,14
2, 6, 10,14
Un trucco grafico
• Per ricavare la
sequenza degli
orbitali senza
ricordarla a
memoria si può
utilizzare lo
schema
seguente
32
2) Principio di esclusione
di Pauli: ogni orbitale può
contenere al massimo due
elettroni, purchè
di spin opposto.
All'interno di ogni orbitale (quadratino)
possono essere inseriti al massimo due
elettroni ma con spin opposto (e quindi
verso delle frecce opposto)
3) Regole di Hund: quando
si devono riempire gli
orbitali aventi la stessa
energia (p-d-f) si colloca
un elettrone su ciascun
orbitale e poi si
completano gli orbitali
semipieni. Se ad esempio,
dobbiamo inserire tre
elettroni nei tre orbitali
2p, gli elettroni devono
essere collocati nel
seguente modo:
Applicando le tre regole
appena
viste,
possiamo
scrivere, a titolo di esempio,
la configurazione elettronica
dell'ossigeno, avente numero
atomico Z = 8
La configurazione elettronica
può essere rappresentata in
modo sintetico, scrivendo gli
elettroni ad esponente della
sigla che identifica l'orbitale.
Per l'ossigeno avremo:
configurazione-elettronicasemplificata
Scrivere la configurazione elettronica completa dello zinco (Zn; Z=30)
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10
Rappresentare la configurazione di valenza utilizzando le caselle quantiche
E
3d10
4s2
pag. 265/1 Molecole e formule chimiche
Le molecole sono insiemi di atomi (uguali o differenti) uniti mediante legami
chimici.
La molecola è la più piccola parte di una sostanza che ne conserva tutte le sue
proprietà.
pag. 265/2 Molecole e formule chimiche
Le molecole sono identificate da un nome scientifico e da una formula chimica.
Esiste una nomenclatura ufficiale stabilita dalla IUPAC.
NaCl
cloruro di sodio
NaClO
ipoclorito di sodio
NaHCO3
idrogenocarbonato di sodio
pag. 268 I legami chimici
»Legami chimici
Sono le forze mediante le quali gli atomi sono legati tra loro. In questo modo
gli atomi raggiungono una situazione energetica più stabile.
»Tipi di legami
- primari (tra atomi): ionico (con trasferimento di elettroni), covalente
con condivisione di elettroni
- secondari (tra molecole): legame a ponte di idrogeno (tra atomi di
idrogeno e atomi di ossigeno/azoto di molecole differenti), forze di Van
der Waals (interazioni molecolari temporanee)
pag. 269 L’acqua e il legame idrogeno
La molecola di acqua è polare formazione di legami idrogeno.
Da questi legami derivano le peculiarità dell’acqua (ad es. «solvente
universale»).
pag. 270/1 Le reazioni chimiche
Sono trasformazioni delle sostanze riordinamento degli atomi che costituiscono
le molecole.
Le sostanze coinvolte nella reazione si chiamano reagenti, le sostanze ottenute
sono dette prodotti della reazione.
pag. 270/2 Le reazioni chimiche
pag. 271 Reazioni chimiche ed energia
»Reazioni esoergoniche o esotermiche
Liberano energia
Es.:
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O + energia
(combustione del metano)
»Reazioni endoergoniche o endotermiche
Richiedono energia
Es.:
6 CO2 + 6 H2O + energia C6H12O6 + 6 O2 (fotosintesi clorofilliana)
N.B. Le reazioni esotermiche spontanee sono più comuni di quelle
endotermiche spontanee.
pag. 272 Acidi, basi, sali
»Acidi
Hanno sapore acido, colorano di rosso la cartina
al tornasole, in acqua liberano H+
»Basi (o alcali)
Hanno sapore amaro, colorano di blu la cartina
al tornasole, in acqua liberano OH-
»Sali
Si formano per reazione tra un acido e una base (reazione di neutralizzazione):
acido + base sale + acqua
pag. 273 Il pH
Il pH è una grandezza che esprime la concentrazione di H+ presente in
una soluzione.
pag. 274 I composti del carbonio
Esistono numerosissimi composti del carbonio sono oggetto di studio della
chimica organica.
Il carbonio tende a formare 4 legami covalenti.
pag. 275 Il gruppo funzionale
Insieme di atomi da cui derivano le proprietà fisico-chimiche del composto di
appartenenza.
pag. 276/1 Formule e isomeria
»Formula grezza o bruta
Indica il numero di atomi di ciascun elemento presenti nella molecola.
Es.: formula grezza dell’acroleina
C3H4O
»Formula di struttura
Oltre alle indicazioni del numero e del tipo di atomi, mette in evidenza i legami
caratteristici della molecola.
Es.: formula di struttura dell’acroleina
»Isomeri
Composti che hanno lo stesso numero di atomi, dello stesso tipo, ma legati in
modo differente.
pag. 276/2 Isomeri di struttura
Gli isomeri di struttura hanno la stessa formula bruta ma diversa formula
di struttura.
N.B. Il gruppo ossidrilico –OH è posto su atomi di carbonio differenti.
pag. 277 Isomeri geometrici
Gli isomeri geometrici si presentano nei composti che hanno doppi legami.
Es.:
Gli isomeri geometrici hanno proprietà fisico-chimiche e biologiche differenti.
Es.:
acido oleico (forma cis) abbassa "colesterolo cattivo" nel sangue
acido elaidinico (forma trans) aumenta "colesterolo cattivo" nel sangue
pag. 278 Gli idrocarburi
»Idrocarburi
Composti organici formati esclusivamente da atomi di carbonio e atomi di
idrogeno. Gli atomi di C, legati tra loro, formano lo scheletro carbonioso.
»Classificazione
Saturi o alcani
Insaturi (alcheni e alchini)
Aromatici
pag. 279 Alcoli e fenoli
»Alcoli
Si caratterizzano per il gruppo funzionale ossidrilico (-OH)
Es.:
CH3OH
CH3CH2OH
alcol metilico o metanolo
alcol etilico o etanolo
»Fenoli
Si caratterizzano per il gruppo funzionale
ossidrilico (-OH) legato a un anello aromatico
Es.:
pag. 280 Aldeidi e chetoni
Entrambi si caratterizzano per il gruppo carbonile.
Il carbonile è un gruppo molto reattivo che riveste un ruolo
fondamentale nelle biomolecole.
Nelle aldeidi il gruppo carbonile è terminale.
Es.: metanale (più noto come aldeide formica o formaldeide)
Nei chetoni il gruppo carbonile è situato all’interno della
molecola.
Es.: propanone (più noto come acetone)
pag. 281/1 Gli acidi carbossilici
Gli acidi organici si caratterizzano per avere il gruppo
carbossilico.
Es.: acido metanoico, acido etanoico
Gli acidi grassi (i costituenti dei lipidi) sono acidi carbossilici con numero di atomi
di carbonio tra 4 e 26.
Es.: acido esanoico o acido capronico
pag. 281/2 Gli esteri
Gli esteri sono composti organici che si caratterizzano per il gruppo estereo.
Derivano dall’unione di un acido e di un alcol.
Gli esteri più piccoli (con catene di atomi di C < 10) hanno odori gradevoli e sono
presenti nei frutti.
Es.: acetato di etile (pera, mela); acetato di pentile (banana)
pag. 282 Le ammine
Sono composti organici contenenti il gruppo amminico (-NH2).
Es.: metilammina (CH2-NH2)
Hanno carattere basico.
Le ammine più piccole (numero di C ≤ 6) sono solubili in H2O.
Alcune sono tossiche.
Es.: la trimetilammina N(CH3)3 è presente nei pesci avariati.
Per reazione con i nitriti formano le nitrosammine (sostanze cancerogene).
pag. 283 Le biomolecole
Sono composti organici presenti negli esseri viventi, possono avere:
- piccole dimensioni vitamine, acidi grassi
- grandi dimensioni macromolecole (ad es. DNA, proteine)
Idrolisi e condensazione sono reazioni
opposte che avvengono naturalmente
nelle cellule.
I principi alimentari sono: glucidi,
protidi, lipidi, vitamine, sali minerali,
acqua.
