Corso propedeutico a chimica generale 2009
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Corso propedeutico a chimica generale 2009 Luigi Cerruti [email protected] www.minerva.unito.it Lezioni di chimica 3-4 Unità di misura SI Unità fondamentali Unità di misura SI Unità derivate Gli oggetti microscopici della chimica L'atomo • L'atomo è un sistema miscoscopico costituito da – protoni, carica 1,6 • 10-19 C, massa 1,673 • 10 -24 g – neutroni, carica zero, massa 1,675 • 10 -24 g – elettroni, carica - 1,6 • 10-19 C, massa 9,109 • 10 -28 g Gli oggetti microscopici della chimica Molecole e ioni • Una molecola è un sistema costituito da uno o più atomi, in grado di esistere 'isolato' – Il termine 'isolato' si riferisce qui a sistemi che hanno solo interazioni deboli con altri oggetti microscopici • Le molecole sono dette mono-, bi- , tri- … atomiche a seconda che siano costituite da 1, 2, 3 atomi – La γ-globulina è costituita da 19.996 atomi • Uno ione è un atomo o una molecola con carica elettrica intera, positiva o negativa – Il solfato di rame è costituito da ioni Cu2+ e SO42- Il reticolo cristallino dell'NaCl Cristalli di sale da cucina La cella unitaria dell'NaCl contiene 4 ioni Na+ e 4 ioni Cl- Gli oggetti microscopici della chimica I costituenti di un cristallo • Molte sostanze importanti, specie allo stato solido, non sono costituite da molecole 'isolabili' – Nel sale da cucina NaCl (s) esistono solo ioni Na+ e Clseparati; l'unità di riferimento è NaCl – Nel 'verde rame' CuSO4 (s) esistono solo ioni Cu2+ e SO42- ; l'unità di riferimento è CuSO4 – Il diamante è un corpo semplice, in cui esistono solo atomi di carbonio legati fra di loro in modo da costituire un'unica molecola; l'unità di riferimento è C Gli oggetti microscopici della chimica L'atomo • L'atomo è un sistema miscoscopico costituito da – protoni, carica 1,6 • 10-19 C, massa 1,673 • 10 -24 g – neutroni, carica zero, massa 1,675 • 10 -24 g – elettroni, carica - 1,6 • 10-19 C, massa 9,109 • 10 -28 g Le proprietà chimiche di un atomo sono determinate dal numero di protoni contenuti nel nucleo Schema del funzionamento di uno spettrometro di massa Schema del funzionamento di uno spettrometro di massa Spettro di massa del mercurio 196Hg 0,146 % 202Hg 29,80 % massa atomica relativa del mercurio naturale: 200,59 L'unità di massa atomica Si è definita come unità di massa atomica un dodicesimo della massa dell'isotopo 12C Il nome di questa unità di misura è dalton (uma) 1 uma = 1,66059 • 10-24 g Massa atomica relativa (mar) E' il rapporto tra la massa di un atomo di un elemento naturale (spesso una miscela di isotopi ) e la dodicesima parte della massa dell’atomo di carbonio 12. Il suo valore per ogni elemento “risulta facendo la media tra i valori massimo e minimo, trovati sperimentalmente e di dimostrata alta precisione, su tutti i materiali normali noti” (Definizione della IUPAC , International Union of Pure and Applied Chemistry) La massa atomica relativa è detta anche peso atomico, in ogni caso questa grandezza è adimensionale. Massa atomica relativa Il caso del fosforo Il fosforo è un elemento mononuclidico, è cioè costituito esclusivamente dal nuclide 31P. La massa atomica relativa del fosforo è 30,973 76. Ciò significa che la massa di un atomo di fosforo-31 è 30,973 76 volte maggiore della dodicesima parte della massa dell’atomo di carbonio 12. Massa atomica relativa Il caso del silicio Il silicio è un elemento polinuclidico costituito in maggioranza (92,21 %) dall’isotopo 28Si (27,976 93 amu) ma contenente il 4,70 % dell’isotopo 29Si (28,976 49 amu) e il 3,09 % dell’isotopo 30Si (29,97376 amu). La massa atomica relativa del silicio è 28,086. Ciò significa che la massa di un atomo di silicio naturale (media tra quelle dei tre isotopi) è 28,086 volte maggiore della dodicesima parte della massa dell’atomo di carbonio 12. Condizioni standard per i gas • E' utile definire le condizioni standard di uno stato di riferimento per i gas. • Si è assunta come temperatura standard 0 °C • Si è assunta come pressione standard 1 atm • Si ricordi che 0 °C corrispondono a 273,15 K Gli isotopi I nuclei degli atomi sono caratterizzati dal numero di protoni e di neutroni che contengono. Gli atomi di un elemento hanno tutti lo stesso numero di protoni, ma possono avere un numero diverso di neutroni. Gli atomi di un elemento che hanno un numero diverso di neutroni sono detti isotopi di quell'elemento Simboli atomici A Z X 16 8 O 35 17 Cl X simbolo dell'elemento, ad es. Ne, neon A numero di massa dell'isotopo: numero dei protoni + numero dei neutroni Z numero atomico: numero dei protoni, carica nucleare La tavola periodica degli elementi La legge di Gay-Lussac, 1808 Data la reazione fra due gas, i volumi dei reagenti e dei prodotti gassosi stanno fra di loro in rapporto come numeri interi semplici 1 vol. di idrogeno più 1 vol. di cloro danno 2 vol. di cloruro di idrogeno 2 vol. di idrogeno più 1 vol. di ossigeno danno 2 vol. di acqua (vapore) La legge di Avogadro, 1811 Volumi uguali di gas diversi, nelle stesse condizioni di temperatura e pressione, contengono lo stesso numero di molecole L'interpretazione della legge di Gay-Lussac Il caso della reazione fra idrogeno e cloro L'interpretazione della legge di Gay-Lussac Il caso della sintesi dell'acqua
