Introduzione alla chimica
generale
Prof.ssa Losavio Maria Cristina
Bibliografia: Esploriamo la chimica - G. Valitutti, A. Tifi, A. Gentile – Ed. Zanichelli
La chimica studia composizione e trasformazioni della materia
Classificazione della materia
Figura 1-7 Schema di classificazione della materia.
Le particelle fondamentali
dell’atomo
• La materia è costituita da atomi.
•Ogni atomo contiene un nucleo, cioè una zona molto
piccola e densa in cui sono confinati i protoni e i
neutroni: a tali particelle di dà il nome di nucleoni.
•I nucleoni occupano uno spazio enormemente ridotto
rispetto al volume totale dell’atomo;
• l’atomo ha una struttura essenzialmente vuota nella
quale si muovono gli elettroni.
La massa di un protone è circa uguale alla massa di
un neutrone (1,67 10-24g) ed entrambi sono circa 2000
volte più pesanti di un elettrone (9,1 10-28g).
Normalmente, il numero degli elettroni che
ruotano attorno al nucleo eguaglia il numero dei
protoni che costituiscono il nucleo. Essendo dette
cariche di valore uguale (a parte il segno), un
atomo è normalmente elettricamente neutro.
Se, facendo le proporzioni, consideriamo il nucleo
grande come una mela, gli elettroni si muovono
attorno ad una distanza pari a circa un chilometro.
Numero atomico, numero di
massa e isotopi
•Il numero di protoni presenti nel nucleo di
un atomo si chiama numero atomico (Z).
Se l’atomo è neutro, questo numero è
uguale a quello degli elettroni.
Numero atomico, numero di
massa e isotopi
•Il numero di massa (A) è uguale alla somma del numero
di protoni (Z) e del numero di neutroni (n°) contenuti nel
nucleo
A = Z + n°
•Conoscendo il numero atomico e il numero di massa di un
elemento si può calcolare il numero di neutroni contenuti
nel suo nucleo
n° = A - Z
Ogni atomo è indicato da una sigla e da due numeri : il numero
atomico (il numero dei protoni identico al numero degli elettroni)
indicato in basso vicino al simbolo dell’elemento ed il numero di
massa (il numero dei nucleoni, ovvero dei protoni e dei neutroni che
costituiscono il nucleo) indicato in alto.
Numero atomico, numero di massa
e isotopi
•Gli isotopi sono atomi dello stesso
elemento aventi le stesse proprietà chimiche
ma masse diverse, perché contengono un
diverso numero di neutroni.
Un atomo può esistere in natura con un ugual numero atomico
ma diverso numero di massa. Simili atomi sono detti isotopi ed
hanno le stesse proprietà chimiche (cioè di creare composti,
molecole,
dalle
stesse
proprietà). Esistono isotopi stabili e radioattivi, le diverse
quantità sono espresse come abbondanza %
Numero atomico, numero di
massa e isotopi
•Gli elementi allo stato naturale e nei composti
contengono una miscela dei vari isotopi in
percentuali ben determinate e costanti.
•Le proprietà fisiche osservate per ciascuno di essi
sono la media di quelle dei singoli isotopi presenti.
•Oggi le masse atomiche si determinano attraverso
lo spettrometro di massa.
La massa atomica e la massa
molecolare
La massa atomica di un elemento è la massa relativa
rispetto all’ atomo di 12C.
L’unità di massa atomica (u o dalton) è uguale a 1/12
della massa dell’atomo 12C.
In generale il peso degli atomi è multiplo di quello
dell'atomo di idrogeno. Per convenzione però l’unità
di peso atomico è posta uguale a 1/12 del peso del C
12 (uma)
La massa atomica e la massa
molecolare
La massa atomica relativa, MA, di un elemento è la sua massa
espressa in unità u, quindi relativamente alla massa dell’atomo di
carbonio.
La tavola periodica riporta per ogni elemento il valore della
massa atomica, chiamata anche peso atomico.
La massa molecolare relativa, MM o peso molecolare, è la
somma delle masse atomiche che compaiono nella molecola.
Per i composti ionici la massa molecolare relativa si calcola allo
stesso modo ma prende il nome di peso formula.
Contare per moli
Il valore dell’unità di massa atomica, 1 u = 1,661 10-24 g,
è estremamente piccolo per essere misurato con gli
strumenti a noi conosciuti.
È stato perciò necessario trovare una grandezza che
mettesse in relazione gli atomi e le molecole con le
grandezze misurabili con le bilance.
Questa grandezza è la mole (mol).
Una mole è la quantità di sostanza che contiene un
numero di particelle elementari uguali al numero di
atomi contenuti in 12 g di 12C.
Contare per moli
La massa di una mole di un elemento (o di una molecola) è
uguale alla sua massa atomica (o molecolare) espressa in
grammi/mole.
La massa molare M che si misura in g/mol, è la massa di
una mole.
Avogadro si pose il problema di quante particelle
elementari fossero contenute in una mole e lo risolse
tramite il rapporto:
massa molare/massa atomica =
= 6,022 1023 particelle/mol
Contare per moli
Il risultato del rapporto
massa molare/massa atomica =
= 6,022 1023 particelle/mol
è noto come numero o costante di Avogadro.
Una mole di sostanza contiene sempre 6,022 1023 particelle
(atomi, molecole o ioni).
Avogadro trova che volumi uguali di gas diversi nelle stesse
condizioni di P e T contengono lo stesso numero di molecole
Numero di Avogadro N=6,022 .1023
Mole =quantità di sostanza contenente un numero di
Avogadro di particelle (6,022. 1023)
Massa molare= massa in g di una mole (PM per le
molecola)
Volume molare= volume occupato da una mole di gas
(uguale per tutti nelle stesse condizioni di P e T)
Contare per moli
Contare per moli
In pratica, per calcolare il numero di moli di una sostanza si usa la
formula
Verso il sistema periodico
•Nel 1869 Dmitrij
Mendeleev ordinò i 63
elementi noti in base alla
massa atomica crescente, e
costruì la prima tavola
periodica degli elementi.
Le proprietà fisiche e
chimiche degli elementi
sono una funzione
periodica del loro
numero atomico.
La moderna tavola periodica
La moderna tavola periodica
•Le proprietà fisiche e chimiche degli
elementi appartenenti a una stessa riga
(periodo) variano con gradualità.
•Gli elementi che hanno proprietà chimiche
simili appartengono a una stessa colonna
(gruppo).
•Lungo le righe nello schema di
Mendeleev c’erano degli spazi vuoti.
La moderna tavola periodica
1. Gli elementi della moderna tavola
periodica sono 118;
2. la posizione di ciascun elemento sulla
tavola dipende dal suo numero atomico
(Z);
3. le righe orizzontali formano 7 periodi,
ciascuno dei quali indica il livello
energetico a cui si trovano gli elettroni di
valenza degli elementi che li
compongono;
La moderna tavola periodica
4. gli elementi che chiudono i
periodi sono i gas nobili, così
chiamati per la scarsissima
reattività dovuta alla loro
configurazione elettronica
stabile;
La moderna tavola periodica
5. gli elementi verticali formano i gruppi;
6. fra il gruppo II e il gruppo III si trovano
gli elementi di transizione;
7. in fondo alla tavola periodica ci sono
due file di 14 elementi metallici
costituenti le serie dei lantanidi e degli
attinidi.
La moderna tavola periodica
•Gli elettroni del livello
più esterno sono detti
elettroni di valenza.
•Gli elementi che
appartengono allo
stesso periodo
presentano gli elettroni
di valenza allo stesso
livello energetico.
I simboli di Lewis
•La struttura di Lewis permette di
rappresentare la struttura elettronica dello
strato di valenza degli elementi dei gruppi
principali.
Le proprietà periodiche degli
elementi
•Le proprietà degli elementi variano con
regolarità lungo la tavola periodica in base
alla variazione periodica della
configurazione elettronica.
•Sono proprietà periodiche il raggio
atomico, l’energia di ionizzazione,
l’affinità elettronica e l’elettronegatività.
Le proprietà periodiche degli
elementi
•Il raggio atomico (Å) è la metà della
distanza minima di avvicinamento tra due
atomi dello stesso elemento.
•Il raggio atomico aumenta lungo un
gruppo e diminuisce lungo un periodo.
Le proprietà periodiche degli
elementi
Aumenta Z
Aumenta n
Le proprietà periodiche degli
elementi
•L’energia di ionizzazione è l’energia
necessaria per rimuovere un elettrone da
un atomo isolato.
•
A + energia A+ + e-
Le proprietà periodiche degli
elementi
•L’energia di prima ionizzazione
aumenta lungo un periodo e diminuisce
lungo un gruppo.
•
Le proprietà periodiche degli
elementi
•L’affinità elettronica è l’energia che si
libera quando un atomo in fase gassosa
cattura un elettrone.
•L’affinità elettronica, come l’energia di
prima ionizzazione, aumenta lungo un
periodo e diminuisce lungo un gruppo.
•
A + e- A- + energia
Le proprietà periodiche degli
elementi
•L’elettronegatività di un elemento misura
la sua tendenza ad attrarre gli elettroni di
legame da un altro elemento.
•L’elettronegatività aumenta lungo un
periodo e diminuisce lungo un gruppo.
Elettronegatività
Tendenza di un atomo ad
attirare verso se gli elettroni che
condivide con un altro atomo a
cui è legato
Le proprietà periodiche degli
elementi
Metalli, non metalli e semimetalli
•A seconda delle loro proprietà fisiche e
chimiche gli elementi si possono
suddividere in metalli, non metalli e
semimetalli.
Metalli, non metalli e semimetalli
•I metalli sono più di 80 e occupano la
parte sinistra della tavola periodica.
•Gli elementi metallici sono solidi, duri,
lucenti, malleabili, duttili e conducono
calore ed elettricità.
Metalli, non metalli e semimetalli
•Le proprietà chimiche dei metalli
dipendono dalla loro tendenza a perdere
elettroni diventando ioni positivi.
•Le proprietà fisiche dei metalli dipendono
dal tipo di legame tra gli atomi.
Metalli, non metalli e semimetalli
Metalli, non metalli e semimetalli
•I non metalli occupano la parte destra
della tavola periodica.
•Le proprietà chimiche dei non metalli
dipendono dalla loro capacità di accettare
elettroni diventando ioni negativi.
•Gli elementi del gruppo VII sono detti
alogeni.
Metalli, non metalli e semimetalli
•I semimetalli presentano sia
comportamento metallico sia non metallico.
•I semimetalli si trovano lungo il confine che
separa i metalli e i non metalli.
Metalli, non metalli e semimetalli
•I metalli di transizione e i lantanidi hanno
caratteristiche metalliche.
•Gli attinidi sono elementi artificiali, instabili
e radioattivi.
Elementi molecolari e loro stati fisici a T ambiente
(g) = gassoso
(l) = liquido
(s) = solido
Energia di ionizzazione (I)= energia da somministrare
perché un atomo gassoso isolato perda un elettrone
esterno dando uno ione positivo
Può esistere una prima (I1) ed una seconda (I2) energia di
ionizzazione, dove I2> I1
I valori + alti di I li hanno i gas nobili, i più bassi i metalli
del gruppo 1, che colpiti da radiazioni luminose possono
emettere eAffinità elettronica = energia liberata da un atomo
neutro gassoso isolato quando acquista un elettrone
dando uno ione negativo
Gli elementi che hanno tendenza a perdere elettroni di
valenza per dare ioni positivi (elementi elettropositivi)
cioè hanno basse energie di ionizzazione sono metalli.
Gli elementi elettronegativi con alta affinità elettronica
sono non metalli.
Gli elementi con carattere intermedio sono semimetalli
