La Chimica - Ivano Coccorullo

Scienziati in Erba
Chimica
Acqua
Zucchero
Oro
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La Chimica
ü 
ü 
ü 
ü 
ü 
ü 
ü 
ü 
ü 
ü 
Cosa studia la chimica?
Classificazione della materia
Stati della materia
Formule chimiche
Atomo
Tavola periodica degli elementi
I legami chimici
Le reazioni chimiche
Acidi e basi
La chimica organica
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La vita è una reazione chimica…
Ambiente
Crimine
Cucina
Medicina
Vita
Chimica
Energia
Benessere
Arte
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Si può vivere senza la chimica???
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Cosa studia la chimica?
La Chimica è lo studio della materia
e dei cambiamenti che essa subisce
1.  Materia è qualsiasi cosa che occupi spazio
(un volume), sia dotata di massa ed energia.
2.  Una sostanza è una forma di materia che
ha una composizione definita e proprietà
distinte.
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Una miscela è una combinazione di due o più
sostanze in cui le singole sostanze mantengono
identità distinte.
1.  Miscele omogenee – la composizione della
miscela è omogenea.
bibite, leghe per saldare
2.  Miscele eterogenee – la composizione non è
uniforme.
cemento,
limatura di ferro nella sabbia
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Possono essere utilizzati mezzi fisici per separare
una miscela nei suoi componenti puri.
distillazione
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calamita
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Un elemento è una sostanza che non può
essere separata in sostanze più semplici
attraverso mezzi chimici.
•  sono stati identificati 114 elementi
•  82 elementi sono presenti naturalmente sulla
Terra
oro, alluminio, piombo, ossigeno, carbonio
•  32 elementi sono stati creati dagli scienziati
tecnezio, americio, seaborgio
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Un composto è una sostanza composta da atomi
di due o più elementi uniti chimicamente in
proporzioni definite.
I composti possono essere separati solo nei loro
componenti puri (elementi) attraverso mezzi
chimici.
Acqua (H2O)
Glucosio (C6H12O6)
Ammoniaca (NH3)
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Classificazioni della Materia
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Fisico o Chimico?
Una trasformazione fisica non altera la composizione
o l’identità di una sostanza.
dissoluzione in acqua dello zucchero
fusione del ghiaccio
Una trasformazione chimica fa variare la
composizione o l’identità delle sostanze coinvolte.
L’idrogeno
brucia all’aria
per formare
acqua
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I Tre Stati della Materia
gas
liquido
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solido
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Un po’ di definizioni...
ü  La materia è costituita da particelle
piccolissime: atomi
ü  Molecola: insieme di atomi
ü  Elemento: sostanza costituita da un solo tipo
di atomo
ü  Simboli chimici: Al, Cu, H, O, He.
ü  Composti: sostanze in cui due 2 o più
elementi sono combinati chimicamente.
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Un po’ di definizioni...
Formula chimica: combinazione di simboli che
rappresentano la composizione qualitativa e
quantitativa di un composto
Formula molecolare: mostra il tipo e il numero
esatto di atomi che compaiono nella più piccola
unità di una sostanza
Acqua: H2O, Saccarosio: C12H22O11
Formula minima: indica quali elementi sono
presenti all'interno di un composto e il rapporto
minimo tra essi Saccarosio CH2O
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Formule molecolari e di struttura e modelli
molecolari di quattro molecole comuni.
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L’atomo
Acqua
Zucchero
Oro
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La Teoria Atomica di Dalton (1808)
1.  Gli Elementi sono composti da particelle estremamente
piccole, denominate atomi.
2.  Tutti gli atomi di un dato elemento sono identici ed hanno
le stesse dimensioni, masse e proprietà chimiche, ma
differiscono dagli atomi di tutti gli altri elementi.
3.  I composti sono formati da atomi di almeno due elementi
diversi. In qualsiasi composto, il rapporto del numero di
atomi di qualsiasi coppia di elementi presenti è un
numero intero e piccolo
4.  Una reazione chimica coinvolge solo la separazione, la
combinazione, o il riarrangiamento di atomi; il suo
risultato non è la loro creazione dal nulla o la loro
distruzione.
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La Teoria Atomica di Dalton
Ossigeno in CO e in CO2
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La Teoria Atomica di Dalton
16 X
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+
8Y
8 X2Y
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Tubo a raggi catodici
J.J. Thomson, misurò massa/carica di un e(1906 Premio Nobel in Fisica)
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Tubo a raggi catodici
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Esperimento di Millikan
piastra caricata
gocce d’olio
atomizzatore
Misurò la massa di un e(1923 Premio Nobel in Fisica)
foro
piastra caricata
microscopio
goccia d’olio sotto
osservazione
e- carica = -1.60 x 10-19 C
(Thomson) carica/massa di un e- = -1.76 x 108 C/g
e- massa = 9.10 x 10-28 g
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Il modello atomico di J.J. Thomson:
Elettroni immersi in un sottofondo di carica positiva
uniformemente distribuita.
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L’ esperimento di Rutherford
(1908 Premio Nobel in Chimica)
velocità delle particelle α ~ 1.4 x 107 m/s
(~5% velocità della luce)
1.  La carica positiva dell’atomo è concentrata nel nucleo
2.  Il protone (p) ha carica opposta (+) rispetto all’elettrone (-)
3.  La massa di p è 1840 x massa di e- (1.67 x 10-24 g)
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Il modello
atomico di
Rutherford
raggio atomico ~ 100 pm = 1 x 10-10 m
raggio nucleare ~ 5 x 10-3 pm = 5 x 10-15 m
Se l’atomo avesse le dimensioni di uno stadio, il volume del suo
nucleo sarebbe confrontabile con quello di una piccola biglia
Rutherford ipotizzò che all’interno del nucleo oltre ai protoni vi fosse un
secondo tipo di particella neutra.
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Esperimento di Chadwick (1932)
(1935 Premio Nobel in Fisica)
H atomi - 1 p; He atomi - 2 p
massa He/massa H dovrebbe essere = 2
invece massa He/massa H = 4
α + 9Be
1n
+ 12C + energia
neutrone (n) è neutro (carica = 0)
massa n ~ massa p = 1.67 x 10-24 g
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Il numero atomico, il numero di massa e gli isotopi
numero atomico (Z) = numero di protoni nel nucleo
numero di massa (A) = numero di protoni + numero di neutroni
= numero atomico (Z) + numero di neutroni
Isotopi sono atomi di uno stesso elemento (X) con un diverso numero
di neutroni nel nucleo
Numero di Massa
A
ZX
Numero Atomico
1
1H
235
92
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2
1H
U
Simbolo dell’elemento
(D)
238
92
3
1H
(T)
U
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massa p = massa n = 1840 x massa eCorso PON – Scienziati in erba
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Il modello atomico di Bohr
Nel 1913 Bohr sviluppa un modello partendo dal modello di"
Rutherford + la teoria dei quanti di Planck.
Teoria dei quanti di Planck
L’energia non è continua ma è formata dai cosiddetti quanti di
energia che rappresentano l’unità di energia.
de Broglie
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Heisenberg
Schroedinger
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Schroedinger
Mappe di probabilità: si ottengono unendo tutti i punti dello
Spazio in cui la probabilità assume lo stesso valore (superfici).
Nuvola elettronica: si considera la carica dell’elettrone come
se fosse diffusa e distribuita intorno al nucleo.
Orbitali: numeri quantici.
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Numeri quantici
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Schroedinger
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Configurazione elettronica
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Gas nobili
Alogeni
Gruppo
Metalli alcalino-terrosi
Metalli alcalini
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Periodo
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Il numero atomico, il numero di massa e gli isotopi
numero atomico (Z) = numero di protoni nel nucleo
numero di massa (A) = numero di protoni + numero di neutroni
= numero atomico (Z) + numero di neutroni
Isotopi sono atomi di uno stesso elemento (X) con un diverso numero
di neutroni nel nucleo
Numero di Massa
A
ZX
Numero Atomico
1
1H
235
92
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2
1H
U
Simbolo dell’elemento
(D)
238
92
3
1H
(T)
U
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Gli isotopi dell’idrogeno
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È chiaro cos’è un isotopo?
Quanti protoni, neutroni, ed elettroni ci sono in
14
6C ?
6 protoni, 8 (14 - 6) neutroni, 6 elettroni
Quanti protoni, neutroni, ed elettroni ci sono in
11
6C ?
6 protoni, 5 (11 - 6) neutroni, 6 elettroni
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2.3
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Una molecola è costituita da almeno due atomi in
proporzioni definite e costanti, legati da forze chimiche
H2
H 2O
NH3
CH4
Una molecola biatomica contiene solo due atomi
H2, N2, O2, Br2, HCl, CO
Una molecola poliatomica contiene più di due atomi
O3, H2O, NH3, CH4
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Uno ione è un atomo, o un gruppo di atomi, che
presenta una carica positiva o negativa
catione – ione con una carica positiva
Se un atomo neutro perde uno o più elettroni
diventa un catione.
Na
11 protoni
11 elettroni
Na+
11 protoni
10 elettroni
anione – uno ione con una carica negativa
Se un atomo neutro guadagna uno o più elettroni
diventa un anione.
Cl
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17 protoni
17 elettroni
Cl-
17 protoni
18 elettroni
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È chiaro cos’è uno ione?
Quanti protoni ed elettroni ci sono in
27 3+
13 Al
?
13 protoni, 10 (13 – 3) elettroni
Quanti protoni ed elettroni ci sono in
78
2Se
34
?
34 protoni, 36 (34 + 2) elettroni
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Relazioni di massa nelle
reazioni chimiche
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Massa atomica è la massa di un atomo
espressa in unità di massa atomica (uma)
Per definizione:
1 atomo 12C “pesa” 12 uma
Con questa scala
1H
= 1.008 uma
16O
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= 16.00 uma
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Litio naturale è:
7.42% 6Li (6.015 uma)
92.58% 7Li (7.016 uma)
massa atomica media del litio:
7.42 x 6.015 + 92.58 x 7.016
= 6.941 uma
100
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Massa atomica media (6.941)
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La mole (mol) è la quantità di una sostanza che
contiene tante unità elementari (atomi, molecole o
altre particelle) quanti sono gli atomi contenuti
esattamente in 12 g di 12C
1 mol = NA = 6.0221367 x 1023
Numero di Avogadro (NA)
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uova
scarpe
Massa molare è la massa di 1 mole di marmi in grammi
atomi
1 mole atomi 12C = 6.022 x 1023 atomi = 12.00 g
1 atomo 12C = 12.00 uma
1 mole atomi 12C = 12.00 g 12C
1 mole atomi litio= 6.941 g di Li
Per ogni elemento
massa atomica (uma) = massa molare (grammi)
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Una mole di:
S
C
Hg
Cu
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Fe
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1 atomo 12C
12.00 g
1.66 x 10-24 g
x
=
23
12
12.00 uma
6.022 x 10 atomi C
1 uma
1 uma = 1.66 x 10-24 g o 1 g = 6.022 x 1023 uma
M = massa molare in g/mol
NA = numero di Avogadro
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È chiaro cos’è la massa molare?
Quanti atomi ci sono in 0.551 g di potassio (K) ?
1 mol K = 39.10 g K
1 mol K = 6.022 x 1023 atomi K
1 mol K
6.022 x 1023 atomi K
0.551 g K x
x
=
1 mol K
39.10 g K
8.49 x 1021 atomi K
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Massa molecolare (o peso molecolare) è la somma
delle masse atomiche (in uma) in a molecola.
1S
SO2
2O
SO2
32.07 uma
+ 2 x 16.00 uma
64.07 uma
Per ogni molecola
massa molecolare (uma) = massa molare (grammi)
1 molecola SO2 = 64.07 uma
1 mole SO2 = 64.07 g SO2
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Hai capito cos'è la massa molecolare?
Quanti atomi di H ci sono in 72.5 g di C3H8O ?
1 mol C3H8O = (3 x 12) + (8 x 1) + 16 = 60 g C3H8O
1 mol di molecole di C3H8O = 8 mol H atomi
1 mol H = 6.022 x 1023 atomi H
1 mol C3H8O 8 mol H atomi 6.022 x 1023 H atomi
72.5 g C3H8O x
x
x
=
1 mol C3H8O
1 mol H atomi
60 g C3H8O
5.82 x 1024 atomi H
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Massa dell'unità formula è la somma delle masse degli
atomi (in uma) in una unità formula di un composto
ionico.
1Na
NaCl
22.99 uma
1Cl + 35.45 uma
NaCl
58.44 uma
Per ogni composto ionico
Massa dell’unità formula (uma) =
= massa molare (grammi)
1 unità formula NaCl = 58.44 uma
1 mole NaCl = 58.44 g NaCl
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È chiaro cos'è la massa dell’unità formula?
Qual è la massa dell’unità formula di Ca3(PO4)2 ?
1 unità formula di Ca3(PO4)2
3 Ca
3 x 40.08
2P
2 x 30.97
8O
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+ 8 x 16.00
310.18 uma
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La composizione percentuale di un elemento in un
composto =
n x massa molare elemento
x 100%
massa molare composto
n è il numero di moli dell’elemento in 1 mole del
composto
2 x (12.01 g)
x 100% = 52.14%
46.07 g
6 x (1.008 g)
%H =
x 100% = 13.13%
46.07 g
1 x (16.00 g)
%O =
x 100% = 34.73%
46.07 g
%C =
C 2H 6O
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52.14% + 13.13% + 34.73% = 100.0%
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Composizione percentuale e formula empirica
Determina la formula empirica di un
composto che ha la seguente
composizione percentuale in massa:
K 24.75%, Mn 34.77%, O 40.51%.
1 mol K
nK = 24.75 g K x
= 0.6330 mol K
39.10 g K
nMn = 34.77 g Mn x
1 mol Mn
= 0.6329 mol Mn
54.94 g Mn
nO = 40.51 g O x
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1 mol O
= 2.532 mol O
16.00 g O
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Composizione percentuale e formula empirica
nK = 0.6330, nMn = 0.6329, nO = 2.532
0.6330 ~
K:
~ 1.0
0.6329
Mn :
0.6329
= 1.0
0.6329
2.532
~ 4.0
O:
~
0.6329
KMnO4
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