Manuale di chimica - IngressoMedicina ED ICI NA .IT -1 - Manuale di chimica ING RE SS OM A cura di IngressoMedicina Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -2 - Indice NA .IT In questo manuale cercherò di esporre alcuni punti fondamentali della chimica seguiti da alcuni esempi in modo da farveli capire al volo senza tanti giri di parole. A volte farò esempi stupidi ma non me ne vogliate… Ah, state molto attenti ai promemoria che metterò qua e là. Sono molto utili. Se avete domande, correzioni, proposte da fare, non esitate a scriverci all’indirizzo e-mail [email protected]! —Numero atomico —Numero di massa —Isotopi ED ICI L’atomo………………………………………………………………………………………………………….4 I modelli atomici……………………………………………………………………………………………5 —Descrizione generale modelli —Modello di Bohr —Configurazione elettronica —Numeri quantici —Energia di ionizzazione —Energia di legame —Lunghezza di legame —Valenza OM Tavola periodica……………………………………………………………………………………………8 Legame chimico……………………………………………………………………………………………11 ING RE SS —Legame atomico ——Covalente semplice ——Covalente doppio ——Covalente triplo ———Legame sigma ———Legame pi greco —Legame covalente polare —Ibridazione —Legame dativo —Legame ionico —Legame metallico —Legame idrogeno Moli………………………………………………………………………………………………………………15 —Pesi atomici e molecolari —Calcolo moli Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina .IT -3 - Numeri di ossidazione…………………………………………………………………………………16 Ossidi……………………………………………………………………………………………………………17 NA —Ossidi basici —Ossidi acidi Idrossidi………………………………………………………………………………………………………18 Ossiacidi………………………………………………………………………………………………………18 ED ICI Sali………………………………………………………………………………………………………………19 Soluzioni……………………………………………………………………………………………………21 —% in peso —Frazione molare —Molalità —Molarità —Normalità —Peso equivalente OM Gas………………………………………………………………………………………………………………24 ING RE SS —Legge di Boyle —Prima legge di Gay-Lussac —Seconda legge di Gay-Lussac —Legge di Avogadro —Legge dei gas perfetti Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -4 - L’atomo .IT L’atomo è ciò che costituisce la materia. Esso è costituito da particelle subatomiche: - Elettrone -> è la più piccola particella con carica negativa presente negli atomi; NA - Protone -> è la più piccola particella con carica positiva presente nell’atomo; - Neutrone -> è una particella scoperta nel 1932 e ha carica neutra. ED ICI Per identificare i vari atomi ci avvaliamo di due dati fondamentali, quali il numero atomico (Z) ed il numero di massa (A). Il numero atomico corrisponde al numero di protoni contenuti nell’atomo. Esso è fisso e costante e rappresenta la caratteristica strutturale che permette di individuarne l’identità chimica. Come abbiamo già detto, il numero atomico si indica con la lettera Z e si pone a sinistra in basso del simbolo dell’elemento. In un atomo neutro (senza carica) il numero atomico coincide con il numero di elettroni. RE SS OM Il numero di massa corrisponde alla somma del numero di protoni e neutroni e si indica in alto a sinistra dell’elemento. Atomi che presentano lo stesso numero atomico ma diverso numero di massa vengono chiamati isotopi. ING Gli isotopi quindi, presentano stesso numero di protoni ed elettroni ma diverso numero di neutroni. Diversi isotopi di uno stesso elemento hanno uguali proprietà chimiche poiché queste dipendono esclusivamente dal numero di elettroni. Esempi classici di isotopi dell’idrogeno sono il deuterio, che presenta un neutrone (l’idrogeno non ne ha) ed il trizio, che presenta due neutroni. Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -5 - .IT Modelli atomici Esistono vari modelli atomici che elencherò di seguito ma approfondiremo solo l’ultimo poiché importante per i test di ingresso. NA - Modello di Thomson (l’atomo era una sfera carica positivamente con elettroni all’interno senza un posizione precisa); -Modello di Rutherford (bombardò con i raggi x una lamina d’oro e notò che i raggi passavano la lamina senza alcuna deviazione); ED ICI -Modello di Geiger (osservò anni dopo Rutherford che alcune particelle rimbalzavano e tornavano indietro); Il modello che approfondiremo è il modello di Bohr. Secondo questo modello: - L’atomo è costituito da un nucleo dove si trovano protoni e neutroni; - gli elettroni, ruotando, descrivono orbite ben determinate; OM - un elettrone che ruota non acquista né cede energia; - le orbite sono quantizzate (nettamente separate) e hanno diversi livelli energetici; - l’elettrone sottoposto ad una scarica elettrica passa ad uno stato eccitato, RE SS restituendo poi l’energia sotto forma di radiazione luminosa; - all’interno dei livelli (vanno da n=1 a n=7) sono presenti dei sottolivelli ING (contraddistindi dalle lettere s, p, d, f). Regole generali Il 1° livello ha un sottolivello: s; Il 2° livello ha due sottolivelli: s, p; Il 3° livello ha tre sottolivelli: s, p, d;. Il 4° livello ha quattro sottolivelli: s, p, d, f. Il sottolivello s può contenere al massimo 2 elettroni; Il sottolivello p può contenere al massimo 6 elettroni; Il sottolivello d può contenere al massimo 10 elettroni; Il sottolivello f può contenere al massimo 14 elettroni. Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -6 - .IT Vi faccio 2 esempi in modo da capire come viene descritta la configurazione elettronica. NA IDROGENO: 1 elettrone OM SODIO: 11 elettroni ED ICI Configurazione elettronica: 1s1 ING RE SS Configurazione elettronica: 1s2 2s2 2p6 3s1 Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -7 - .IT Ciò che ho scritto riguardo i modelli atomici fin qui è ciò che vi servirà grosso modo per il test di ingresso. Continuerò con altre poche nozioni giusto per farvi ripassare il tutto. NA Siccome non riusciamo ad identificare un punto preciso in cui un elettrone è localizzato, definiamo l’orbitale. Un orbitale è la porzione di spazio all’interno del quale si ha maggiore possibilità di trovare l’elettrone, a seconda dell’energia che possiede. Ad ogni orbitale corrisponde una forma, una direzione ed un orientamento, descritti da 3 parametri o numeri quantici. ED ICI Numero quantico principale: da questo numero dipende la dimensione dell’orbitale ed il numero massimo di elettroni che può contenere ciascun livello; Numero quantico secondario: indica quanti tipi di orbitali ci possono essere all’interno di un livello energetico principale; Numero quantico magnetico: indica quanti orbitali esistono in ciascun sottolivello che corrisponde a ciascun numero quantico secondario. OM Oltre questi 3 parametri abbiamo anche il numero quantico di spin che può corrispondere a +1/2 o a -1/2, in relazione alla direzione dello spin che hanno gli elettroni. Segue quindi il principio di esclusione che enuncia che due elettroni possono coesistere in uno stesso orbitale solo se dotati di spin opposti. A tutto ciò seguono delle regole fondamentali per il riempimento degli orbitali: RE SS - un elettrone si dispone sempre nell’orbitale a minore energia; - un orbitale non può essere occupato da più di due elettroni; - gli elettroni tendono ad occupare il massimo degli orbitali disponibili in uno ING stesso sottolivello. Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -8 - .IT Tavola periodica Questo è un argomento su cui si batte molto perché molto spesso si pensa sia semplice e superfluo studiarlo, quindi vi prego di impararlo bene. NA Le proprietà degli elementi ricorrono periodicamente quando gli elementi vengono ordinati in funzione del loro numero atomico crescente. La tavola periodica è costituita da periodi e gruppi. Vi faccio degli esempi: ED ICI I periodi corrispondono alle file orizzontali. Ogni nuovo periodo inizia con un elemento che ha un solo elettrone in un nuovo livello principale di energia. - 1° periodo: costituito da 2 elementi, elio ed idrogeno poiché sono 2 gli elettroni appartenenti al 1° livello; - 2° periodo: costituito da 8 elementi poiché sono 8 gli elettroni permessi nel 2° livello; - 3° periodo: costituito da 18 elementi poiché sono 18 gli elettroni permessi nel OM 3° livello. I gruppi corrispondono alle file verticali. Gli elementi così indicati, possiedono lo stesso numero di elettroni di valenza (stessa famiglia chimica) Distinguiamo 3 grandi famiglie: RE SS - Metalli alcalini (1 elettrone nel livello più esterno); - Metalli alcalino-terrosi (2 elettroni nel livello più esterno); - Alogeni (7 elettroni nel livello più esterno). Distinguiamo poi 4 blocchi: ING - i primi 2 gruppi riempiono l’orbitale s; - i gruppi dal III al VIII riempiono l’orbitale p; - gli elementi di transizione riempiono l’orbitale d; - i lantanidi e gli attinidi riempiono l’orbitale f. Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina PROMEMORIA: .IT -9 - - Il raggio atomico ed il volume atomico AUMENTA lungo il gruppo dall’alto al basso e lungo il periodo da destra a sinistra; lungo il periodo da sinistra a destra. - Metalli (SINISTRA della tavola periodica); ED ICI - Semimetalli (CENTRO della tavola periodica); NA - Il potenziale di ionizzazione DIMINUISCE lungo il gruppo dall’alto al basso e ING RE SS OM - Non metalli (DESTRA della tavola periodica). Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -10- .IT Passiamo ora ad un argomento breve ma che ci servirà per capire alcuni argomenti che tratteremo nelle prossime pagine. Ci saranno alcune definizioni buttate lì. Leggetele ma non imparatele a memoria, arrivateci per logica. NA L’energia di ionizzazione di un atomo è l’energia richiesta per estrarre l’elettrone più esterno da un atomo allo stato gassoso. Quando forniamo energia ad un atomo per allontanare degli elettroni, esso prende il nome di ione, che può chiamarsi catione se positivo, anione se negativo. ED ICI Gli argomenti che tratterò brevemente di seguito non serviranno per il test ma è sempre meglio dare un’occhiata rapida. I gas nobili appartengono al VIII gruppo e per la loro particolare struttura atomica (8 elettroni nel loro ultimo livello) sono poco reattivi e molto stabili. Tutti gli elementi tendono a raggiungere la stabilità e ad assomigliare al gas nobile più vicino nella tavola periodica grazie ai legami. Si forma un legame covalente quando 2 atomi di non metalli condividono una coppia di elettroni, creando così una molecola. OM N.B.:questo legame si instaura anche tra atomi di diversi elementi. L’energia di legame è l’energia liberata al momento della formazione di un legame e quindi l’energia da somministrare per romperlo. RE SS La lunghezza di legame è la distanza che intercorre tra i nuclei di due atomi legati. Esistono atomi che necessitano di 2 coppie (legame doppio) o 3 coppie (legame triplo) per raggiungere l’ottetto. La valenza è il numero di legami che l’atomo di un elemento può formare con altri atomi. ING Quando la coppia di elettroni condivisi proviene da uno solo degli atomi coinvolti si è in presenza di un legame covalente dativo. In questo caso si presentano un donatore ed un accettore. Il legame ionico invece, è dovuto alla forza elettrostatica che si instaura tra ioni di carica opposta. In questo caso non è la coppia ad essere condivisa ma è la forza di attrazione elettrostatica che fa perdere ad uno dei due gli elettroni. Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -11- NA Legame Chimico .IT Tratto ora un argomento che inizialmente non volevo mettere ma che poi ho deciso di inserire poiché potrebbe capitare qualche domanda sporadica. Parliamo di legame chimico. Ne ho già parlato brevemente sopra ma ora cercheremo di capire meglio ogni tipo di legame. Cercherò di argomentare il meno possibile perché vorrei darvi pochi e precisi input. ED ICI Ricordiamo prima di tutto la regola dell’ottetto, cioè che gli atomi si legano, perdono, acquistano o condividono elettroni per raggiungere uno strato esterno di 8 elettroni. Inoltre gli atomi tendono a perdere o acquistare elettroni per assumere la configurazione del gas nobile più vicino. Parliamo quindi del legame atomico. Eccovi alcune caratteristiche: - Viene chiamato anche legame omopolare o covalente puro; - Coinvolge atomi (o gruppi) uguali; - Ogni atomo partecipa al legame con un proprio e-; OM - Vi è una compenetrazione degli orbitali. In questa zona vi è una elevata densità di carica. Maggiore è la ricopertura della zona e maggiore sarà l’energia di legame; - La distribuzione di carica è centrosimmetrica; RE SS - È una molecola apolare; - Ha un carattere direzionale. Gli orbitali atomici che si sovrappongono saranno ING quindi orientati nella direzione che permette la massima sovrapposizione. Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -12- .IT Ora che ho descritto le caratteristiche di questo legame possiamo procedere velocemente. Ci sono 3 tipi di legame di questo genere: - covalente semplice che mette in correlazione un elettrone (molecola di idrogeno); - covalente doppio che mette in correlazione due elettroni (molecola di NA ossigeno); - covalente triplo che mette in correlazione tre elettroni (molecola di azoto). Ciascuno di questi legami presenta legami specifici. Mi spiego meglio. ED ICI - Il legame covalente semplice presenta un legame σ (sigma); - Il legame covalente doppio presenta un legame σ (sigma) ed un legame π (pi greco); - Il legame covalente triplo presenta un legame σ (sigma) e due legami π (pi greco). Quali sono le caratteristiche di questi legami? OM Il legame σ (sigma) lega i due nuclei, mentre il legame π (pi greco) si forma fuori dai nuclei. Di conseguenza il primo legame è più forte del secondo, poiché le nubi elettroniche si sovrappongono maggiormente. Vi scrivo ora brevemente le caratteristiche del legame covalente polare: RE SS - Coinvolge atomi (o gruppi) diversi; - Ogni atomo partecipa al legame con un proprio e-; - Vi è una distribuzione di carica asimmetrica e vi è quindi una separazione di carica; - Viene formato un dipolo (molecola polare); - Il legame è misto. È sia atomico (e- messi in condivisione) che elettrostatico ING (attrazione carica). PROMEMORIA: GLI ALCANI HANNO UN LEGAME σ (SIGMA), GLI ALCHENI HANNO UN LEGAME σ (SIGMA) ED UN LEGAME π (PI GRECO) E GLI ALCHINI HANNO UN LEGAME σ (SIGMA) E DUE LEGAMI π (PI GRECO). Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -13- .IT Giuro che questo sotto-argomento sarà breve anche perché io l’ho trovato molto noioso. Questo non vuol dire però che ve lo spiegherò male. Lo farò solo in poche e semplici parole. Parliamo di ibridazione. ED ICI NA Per formare legami e ridurre il contenuto energetico del sistema, gli atomi possono ricombinare gli orbitali atomici (s, p, d, f) per dar luogo ad un numero uguale di orbitali atomici chiamati orbitali ibridi. L’ibridazione interessa orbitali superficiali (di valenza) con contenuto energetico non molto diverso. Gli orbitali ibridi così formati sono tutti di uguale forma ed energia e sono orientati in modo da interferire il meno possibile fra di loro, massimizzando la reciproca distanza. Esistono ibridazioni sp, sp2 ed sp3 che si formano rispettivamente con orbitali atomici s+p, s+2p ed s+3p. Non vi serve saper dimostrare la formazione degli orbitali, ve l’assicuro. Legame dativo: OM Passiamo velocemente ai restanti legami. Vi elencherò le loro caratteristiche principali in modo da poterli riconoscere senza problemi. - Coinvolge atomi (o gruppi) diversi; - L’atomo donatore mette in comune un orbitale pieno (2e-) e l’atomo accettore ha un orbitale vuoto di energia adatta ed è più elettronegativo del donatore; RE SS - Il legame è misto. È sia atomico (e- messi in condivisione) che elettrostatico (attrazione carica). Legame ionico: - Coinvolge atomi con elevata differenza di elettronegatività; - L’atomo donatore (cede gli elettroni) è un atomo metallico, mentre l’atomo ING accettore (acquista gli elettroni) è un atomo non-metallico. Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -14- .IT Legame metallico: - La struttura elettronica interna degli atomi rimane intatta; - Vi è una compartecipazione degli e- dei livelli esterni incompleti; NA - Gli orbitali che si formano sono estesi a tutto il cristallo; - Gli e- sono liberi di muoversi e sono condivisi da tutti gli ioni metallici. Legame idrogeno: ED ICI È per queste proprietà che i metalli hanno una buona conducibilità elettrica e termica. - L’idrogeno è un atomo piccolo; ha un solo elettrone; - L’H si lega ad un atomo fortemente elettronegativo; ING RE SS OM - Vi è un’interazione elettrostatica di Hσ+ e con Xσ-. Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -15- NA Moli .IT Passiamo ora agli argomenti ed alle formule che fanno impazzire tutti i ragazzi che si approcciano alla chimica per la prima volta. Di seguito non scriverò leggi strane e difficili da imparare ma cercherò di usare termini semplici e a rapido “assorbimento cerebrale”. Per parlare di moli definiamo prima il peso atomico ed il peso molecolare. ED ICI Il peso atomico è la media ponderale bla bla bla… In parole povere il peso atomico è dato dalla somma dei protoni e dei neutroni presenti nell’atomo poiché gli elettroni hanno un peso insignificante. È comunque indicato nella tavola periodica. OM Esempio: N (azoto) ha un numero atomico corrispondente a 7 e 7 neutroni. Quindi il suo peso atomico è uguale a 7+7=14. RE SS Per calcolare il peso molecolare di conseguenza, basta sommare i pesi atomici dei singoli elementi. ING Esempio: H2O (acqua) è costituito da 2 atomi di idrogeno che hanno un peso atomico di 1 e da un atomo di ossigeno che ha un peso atomico di 16. H2O ha quindi un peso molecolare di 1+1+16=18. Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -16- .IT Come calcolare le moli di una sostanza? Ah, la mole è definita come la quantità di sostanza che contiene tanti atomi o molecole quanti sono gli atomi di 12C contenuti in 12 grammi di 12C (la scrivo solo perché potrebbe capitare ma in senso pratico non serve a molto). NA Numero di moli= (massa in grammi)/(peso molecolare) Di solito la massa viene data dal quesito ed in caso non la desse, avreste comunque dei dati chiari per trovarla. ED ICI Passiamo ora ai numeri di ossidazione. È un argomento un po’ difficile da affrontare ma cercherò di farvelo capire senza tanti giri di parole. Numero di ossidazione Il numero di ossidazione di un atomo in un composto rappresenta la carica che l’atomo assumerebbe se gli elettroni di legame fossero attribuiti all’atomo più elettronegativo. OM Vi espongo di seguito alcune caratteristiche del numero di ossidazione: - non tiene conto dei tipi di legame tra molecole; - gli atomi di una sostanza allo stato elementare hanno sempre come numero di RE SS ossidazione 0. Esempio: l’ossigeno che in natura si trova sotto forma di O2 ha come numero di ossidazione 0; - nella formula H2O l’ossigeno ha come numero di ossidazione -2 poiché è più elettronegativo dell’idrogeno; - nella formula OF2 l’ossigeno ha come numero di ossidazione +2 poiché è il fluoro ad essere più elettronegativo; - nei perossidi (composti da due ossigeni) l’ossigeno ha numero di ossidazione -1; - in uno ione poliatomico, la somma algebrica dei numeri di ossidazione di tutti ING gli atomi che lo compongono deve corrispondere alla carica dello ione stesso. Esempio: OH- : O=-2 H=+1 La somma algebrica dà quindi -1 che corrisponde alla carica dello ione (quel segno “-“ in alto a destra di OH). Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -17- .IT Sappiamo che ciascun composto è rappresentato da una formula costituita dai simboli degli elementi che la compongono e al pedice il numero che indica quanti atomi di quell’elemento sono presenti nella molecola. - ossidi (composti dell’ossigeno); - idruri e idracidi (composti dell’idrogeno). Ossidi NA I composti binari sono composti da due elementi e si dividono in: ED ICI Negli ossidi il numero di ossidazione dell’ossigeno è -2 e l’elemento lo precede. Ossidi basici: - sono composti binari con metalli e ossigeno; - si dirà OSSIDO seguito dal nome dell’elemento con il suffisso -oso se il numero di ossidazione è il maggiore e -ico se è il minore. Ossidi acidi: - sono composti binari con non metalli e ossigeno; OM - si dirà ANIDRIDE seguito dal nome dell’elemento con suffisso -osa se il numero di ossidazione è il maggiore e -ica se è il minore. RE SS Esistono poi i prefissi ipo- e iper- che indicano rispettivamente i più bassi ed i più alti numeri di ossidazione. I composti ternari sono costituiti dalla combinazione di 3 elementi e sono suddivisi in: - idrossidi; - ossiacidi; ING - sali. Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -18- Idrossidi: .IT - Sono costituiti dall’idrogeno ed un metallo; - La caratteristica principale è la presenza di un gruppo -OH detto ossidrile che NA ha un numero di ossidazione complessivo di -1. L’ossidrile è posto tra parentesi e al pedice è posto un numero che corrisponde al numero di ossidazione del metallo; - Si dirà IDROSSIDO DI ed il nome del metallo con l’aggiunta delle desinenze -oso o -ico secondo le regole descritte sopra. ED ICI Ossiacidi: - Sono composti ternari costituiti dall’acqua ed un ossido. Esempio: SO2 + H2O H2SO3 ; - Si dirà ACIDO con il nome dell’ossido o l’anidride seguito dalle desinenze: - per-…-ico; …-ico; …-oso; ipo-…-oso. OM Alcune anidridi possono combinarsi con l’acqua in rapporti diversi dando luogo a diversi tipi di ossiacidi. ING RE SS Per formare uno ione negativo da una molecola di ossiacido o idracido bisogna sottrarre uno o più ioni di idrogeno. Questi vengono chiamati radicali acidi. In questo caso al suffisso -oso va sostituito -ito ed al suffisso -ico va sostituito -ato. Al suffisso -idrico si sostituisce -uro. Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -19- Sali: uno o più ioni di metalli; .IT - Si ottengono per sostituzione degli ioni idrogeno della molecola di acido con - La formula del sale dunque è costituita da un metallo, scritto per primo, e da una radicale acido che lo segue; NA - Un sale privo di idrogeni è un sale neutro. Il sale da cucina (NaCl) è un esempio classico; - Un sale con idrogeni è un sale acido. 2H2SO4 + 2Na → 2NaHSO4 + H2 (Bisolfato di sodio); (Idrossicloruro di calcio); ED ICI - Un sale con ossidrili è un sale basico. Ca(OH)2 + HCl → Ca(OH)Cl + H2O - La nomenclatura è ricavabile dal nome del radicale dell’acido da cui deriva seguito dal nome del metallo. Vi faccio alcuni esempi sui numeri di ossidazione qui sotto. - NH3 ; OM - N2 ; - NO2 ; - NO ; RE SS - NH2(OH) ; - N2O3. Prima di cominciare diamo per assodato che l’idrogeno ha come numero di ossidazione +1 e l’ossigeno -2. ING Quindi in NH3, se l’idrogeno ha +1, l’azoto avrà come numero di ossidazione x=(1*3) poiché abbiamo detto che la somma dei numeri di ossidazione deve essere uguale alla carica della molecola o dello ione che in questo caso è 0. L’equazione vera e propria sarebbe infatti x+(1*3)=0. L’azoto ha quindi -3 come numero di ossidazione. In N2 l’azoto ha come numero di ossidazione 0 perché è legato solo a se stesso e quindi l’equazione sarebbe 2x=0. Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -20- .IT In NO2 l’azoto ha +4 poiché l’ossigeno ha un numero di ossidazione pari a -2 e da qui deriva l’equazione x+(-2*2)=0. In NO l’azoto ha +2 come numero di ossidazione sempre per l’ossigeno che è uguale a -2, quindi x-2=0. NA In NH2(OH) l’equazione è x+(1*2)-1=0. Ricordo che il gruppo OH ha come numero di ossidazione -1. L’azoto in questo caso ha quindi come numero di ossidazione -1. In N2O3 l’azoto ha come numero di ossidazione +3 poiché l’equazione è 2x+ (-2*3)=0. - SO42- (ione solfato); - NO3- (ione nitrato); - CO32- (ione carbonato). ED ICI Facciamo lo stesso ragionamento con qualche ione così ci rendiamo conto delle operazioni da svolgere in loro presenza. OM I numeri ed i segni all’apice servono ad indicare la carica dello ione. Se uno ione è segnato con apice 2- vorrà dire che avrà una carica 2 volte negativa. RE SS In sostanza, se prendiamo in considerazione il primo ione, SO42-, l’equazione corretta sarà x+(-2*4)=-2 che correttamente svolta darà come risultato +6. NO3- corrisponderà all’equazione x+(-2*3)=-1 che sarà uguale a +5. ING Infine, in CO32-, dove l'equazione è x+(-2*3)=-2, il carbonio avrà come numero di ossidazione +4. Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -21- NA Soluzioni .IT Vi parlo ora di un argomento che potrebbe sembrare facile ma non lo è poi così tanto anche perché molto spesso le formule vengono confuse ed escono fuori numeri che neanche la calcolatrice scientifica ha mai visto. Vi parlo delle soluzioni. ED ICI Non sto qui a darvi la definizione di soluzione perché sto cercando di creare un manuale diretto con il minimo indispensabile per il test. Però a pensarci bene una definizione non guasta e quindi eccovela: una soluzione è un sistema fisicamente omogeneo. Andate in cucina, prendete un bicchiere, versate dell’acqua ed un cucchiaio di sale. È omogeneo? Si, allora è una soluzione. Ora versate un cucchiaio di sabbia. Non avete della sabbia in cucina? Versate dell’olio. È omogeneo? No, non è una soluzione. Se è omogeneo, o non avete versato dell’olio, oppure al posto dell’acqua avete messo della benzina. Mi chiederei a questo punto cosa ci fate con della benzina in cucina. Partiamo con delle definizioni seguite da formule. Un consiglio, non vi appiccicate la formula in testa ma capite prima la definizione. Saranno tutte semplici giuro. RE SS OM Prima di tutto dobbiamo capire che una soluzione è formata da un solvente e da un soluto. Nel caso che vi ho esposto sopra, il solvente è l’acqua mentre il soluto è il sale. In chimica vi chiederanno molto spesso di calcolare la concentrazione della sostanza che avrete scritta sul foglio. La concentrazione sarà quindi il protagonista dei nostri discorsi. Questa si può calcolare ahimè in 5 diversi modi ma non fatevi prendere dallo spavento perché sono facilissimi da capire. Dividiamo questi modi in 2 famiglie: - quelle che richiedono il peso della soluzione; - quelle che richiedono il volume della soluzione. ING Partiamo dalla famiglia di operazioni che richiede il peso della soluzione: - percentuale in peso; - Frazione molare; - Molalità. Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -22- .IT La percentuale in peso indica il numero di grammi di soluto contenuto in 100 grammi di soluzione. Pertanto il rapporto sarà il seguente: grammi soluto:grammi soluzione=x:100 NA Da cui segue la formula: x=[(grammi soluto)/(grammi soluzione)]*100 ED ICI È un semplicissimo rapporto e basta ricordarsi la definizione breve per poter svolgere l’operazione. Prima di andare avanti dobbiamo ricordare cosa sono le moli. Senza che andiate indietro vi do direttamente la formula ed indicherò d’ora in poi per comodità il numero di moli con n, la massa in grammi con mg e il peso molecolare con PM. n=mg/PM OM La frazione molare corrisponde al rapporto fra il numero di moli del soluto ed il numero di moli totali (moli soluto + moli solvente). La formula quindi sarà: RE SS x=(nsoluto)/(nsoluto+nsolvente) Ricordate sempre che le frazioni molari assumono sempre valori compresi tra lo 0 e l’1 e che la somma delle frazioni molari di un soluto sarà sempre 1. La molalità (m) corrisponde al numero di moli del soluto disciolte in 1Kg di solvente. ING La formula pertanto è: m=(nsoluto)/(msolvente) Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -23- Passiamo ora alla famiglia che richiede il volume della soluzione: .IT - Molarità; - Normalità. NA La molarità (M) corrisponde al numero di moli del soluto disciolte in 1L di soluzione. La formula pertanto è: ED ICI M=(nsoluto)/(Lsoluzione) La normalità (N) corrisponde infine al numero di equivalenti di soluto in 1L di soluzione. La formula sarà quindi la seguente: N= (n.eqsoluto)/(Lsoluzione) Ma come si ottiene il numero di equivalenti di soluto? OM n.eqsoluto=(msoluto)/(PE) Questo PE è il peso equivalente, che viene quasi sempre dato in questo tipo di esercizi. Vi scrivo comunque le definizione. ING RE SS Il peso equivalente è il peso in grammi di una specie chimica che, a secondo della sua natura, può combinarsi, sostituire, ossidare o ridurre 1 grammo atomo di H o un grammo ione di H+ o H-. Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -24- .IT Parliamo ora di un argomento che potrebbe aiutarvi sia in fisica che chimica: i gas. Gas Proprietà dei gas: - Possono essere compressi facilmente; NA Ve ne descriverò le proprietà ed enuncerò qualche formula fondamentale per poter riuscire nel test e anche nelle prime materie universitarie. ED ICI - Esercitano una determinata pressione sul recipiente; - Occupano tutto il volume disponibile; - Non hanno forma propria né volume proprio; - Due gas diffondono facilmente l’uno nell’altro; - Hanno tutti bassa densità. - Pressione (P); RE SS - Volume (V); OM Alcuni esperimenti di cui vi parlerò di seguito hanno dimostrato che il comportamento fisico dei gas dipende da 4 variabili: - Temperatura (T); ING - Numero di particelle (n). Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -25- .IT Vi parlo molto in breve degli esperimenti in modo da darvi un’idea. Legge di Boyle NA Prendiamo un recipiente con un coperchio con all’interno una temperatura che non cambia, costante. A questo punto cominciamo a comprimerlo. Noteremo che quanto più comprimiamo il recipiente, tanto più il volume diminuisce. Possiamo dunque affermare che a temperatura T costante vi è una proporzionalità inversa tra la pressione P ed il volume V. Prima legge di Gay-Lussac ED ICI se T=costante allora PV=costante Prendiamo lo stesso recipiente ma stavolta manteniamo costante la pressione mettendo magari un pesetto sopra. Noteremo che aumentando la temperatura all’interno, il volume tenderà ad aumentare e viceversa, diminuendo la temperatura, il volume diminuirà. Si può quindi affermare che ad una data pressione P, sia il volume V che la temperatura T aumentano e diminuiscono in maniera direttamente proporzionale. OM se P=costante allora V/T=costante Seconda legge di Gay-Lussac RE SS Prendiamo ancora una volta il nostro amato recipiente ma stavolta non gli permettiamo di espandersi o restringersi. Manteniamo quindi costante il volume. Notiamo stavolta che aumentando la pressione, aumenta anche la temperatura e viceversa diminuendo la pressione diminuisce la temperatura. Si può allora dire che ad un dato volume V, sia la pressione P che la temperatura T aumentano e diminuiscono con una proporzionalità diretta. se V=costante allora P=costante*T Legge di Avogadro ING Questa ve la scrivo semplicemente, senza prendere recipienti perché me ne servirebbero due e non ne ho un altro a disposizione. Alla stessa temperatura e pressione, volumi uguali di gas diversi contengono lo stesso numero di particelle. Ingresso Medicina - Marcello Vecchio 2013-2014 - www.ingressomedicina.it Manuale di chimica - IngressoMedicina -26- .IT Ok, ma in sostanza a che servono queste 3 leggi? Semplice, a ricavare le seguenti formule. - P0V0=P1V1; - V0/T0=V1/T1; NA - P0/T0=P1/T1. Queste 3 formule sono essenziali per lo svolgimento di esercizi riguardanti i gas. Il pedice 0 indica lo stato iniziale del gas, mentre il pedice 1 quello finale. ED ICI Esiste infine un’equazione che racchiude le 4 leggi citate sopra e che è la salvezza in molti esercizi. In sostanza se non sapete cosa fare, questa legge c’entra sempre qualcosa! È la legge dei gas perfetti. PV=nRT - P=Pressione; - V=Volume; - n=numero di moli; OM - T=Temperatura; - R=costante che equivale a 0,08 se ragioniamo in atmosfere, mentre vale 8,31 se RE SS ragioniamo in Joule. PROMEMORIA: LA TEMPERATURA DEVE ESSERE SEMPRE ESPRESSA IN KELVIN! ING E se l’esercizio mi indica i gradi centigradi? Niente di più semplice, K=T°+273,16. 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