Introduzione - anna onofri

INTRODUZIONE ALLA CHIMICA
La chimica è la scienza che studia la struttura, la composizione e le proprietà della materia e le sue
trasformazioni.
Una trasformazione chimica comporta variazioni nella composizione e nella struttura della materia.
Es.Combustione.
Materia è tutto ciò che costituisce l'universo, tutto ciò che ha un volume ed una massa e che può
quindi essere percepito più o meno direttamente dai nostri sensi.
STRUTTURA DELLA MATERIA
La materia è costituita da atomi. Una porzione omogenea di materia formata da atomi della stessa
specie costituisce una sostanza elementare, o elemento.
Una porzione omogenea di materia formata da due o più specie di atomi costituisce invece un
composto.
L'atomo è la più piccola parte di un elemento che entra come parte intera e indivisibile nella
costituzione della materia.
La molecola è la più piccola parte di un elemento o di un composto che può esistere in natura. Le
molecole possono essere costituite da un solo atomo, da due o più atomi uguali, o da atomi diversi
in rapporti ben definiti (composti).
Lo ione è un atomo o un gruppo di atomi che porta cariche positive o negative.
LA STRUTTURA DELL’ATOMO
L’Atomo è l’unità fondamentale della materia.
Ogni Atomo è costituito da un Nucleo (con protoni e neutroni) e dagli elettroni che ruotano attorno
ad esso formando una nuvola elettronica.
I protoni hanno carica elettrica positiva, i neutroni sono privi di carica, gli elettroni hanno carica
elettrica negativa.
Numero atomico, numero di massa
L'identità di un atomo è determinata dal numero di protoni contenuti nel nucleo. Questo numero
viene definito numero atomico (Z) e si indica ponendo il numero in basso a sinistra del simbolo
dell'elemento. Ad esempio 6C, indica che il carbonio ha numero atomico 6 e contiene quindi 6
protoni nel nucleo.
In modo analogo, con un numero posto in alto a sinistra del simbolo elementare si indica il numero
di massa (A), che è dato dalla somma del numero di protoni (Z) e di neutroni (che generalmente si
indica con N) contenuti nel nucleo. Il simbolo
indica il cosiddetto nuclide del carbonio.
Gli elementi che hanno lo stesso numero atomico, ma diverso numero di massa si dicono isotopi.
Un particolare isotopo di un elemento si indica utilizzando solo il numero di massa, dando per
sottinteso il numero atomico. Così, 14C indica l'isotopo del carbonio che contiene 8 neutroni,
anziché i 6 dell'isotopo più stabile, che è appunto il 12C.
GLI ELETTRONI NELLA NUVOLA ELETTRONICA
Gli elettroni ruotano in un guscio sferico attorno al nucleo. Il numero degli elettroni è uguale a
quello dei protoni (visto che l’atomo deve essere elettricamente neutro)
Non è semplice stabilire la posizione di un elettrone all’interno del guscio: possiamo dire che vi è
una alta probabilità di trovarlo.
I gusci sono 7 e il numero di elettroni che vi possiamo trovare in ciascuno è dato dalla formula: 2n2
(n=1,2,3…7).
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All’interno dei gusci troviamo gli orbitali: essi rappresentano dei sottolivelli in cui si vanno a
distribuire gli elettroni. Gli orbitali vengono chiamati s,p,d ed f.
Man mano che aumenta il numero degli elettroni, questi si distribuiranno nei diversi orbitali,
partendo dal guscio 1 .
Esempio: due elettroni dell'atomo di elio (He )occuperanno solo l'orbitale 1s , dei 3 elettroni del litio
Li i primi due si distribuiranno nel primo orbitale 1s e, poiché l'orbitale è completo, il terzo andrà ad
occupare il primo orbitale libero 2s, un atomo di ossigeno O, che ha 8 elettroni, ne avrà due nel
primo orbitale 1s, due nel secondo 2s, due nel primo dei tre 2p e uno ciascuno nei rimanenti due 2p.
Ricorda:
Nel 1° livello esiste solamente il sottolivello s.
Nel 2° livello esistono i sottolivelli s e p.
Nel 3° livello esistono i sottolivelli s, p e d.
Nel 4° livello e in tutti quelli successivi esistono i sottolivelli s, p, d e f.
Il sottolivello s può contenere 2 elettroni, il sottolivello p ne può contenere 6, il sottolivello d ne
può contenere 10 e quello f 14.
TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI
La tavola periodica degli elementi è lo schema col quale vengono ordinati gli atomi sulla base del
loro numero atomico Z.
Ideata dal chimico russo Dimitrij Mendeleev nel 1869
La tavola periodica si articola in gruppi e periodi:
 Ogni gruppo (colonne della tabella) comprende gli elementi che hanno la stessa
configurazione elettronica esterna (uguale numero di elettroni nel guscio più esterno).
All'interno di ogni gruppo si trovano elementi con caratteristiche simili.
 Ogni periodo (righe delle tabella) inizia con un elemento il cui atomo ha come
configurazione elettronica esterna un elettrone di tipo s, e procedendo verso gli atomi
successivi del periodo, il numero atomico Z aumenta di una unità ad ogni passaggio.
Da ricordare:
gli atomi appartenenti al 1 gruppo, possiedono un elettrone nello strato più esterno, quelli
appartenenti al secondo gruppo ne hanno 2.
Gli elementi del gruppo 8, avendo 8 elettroni nello strato più esterno, si chiamano “gas nobili”
perché sono i più stabili.
I LEGAMI CHIMICI
Alla base della formazione del legame chimico vi è il tentativo di raggiungere una condizione di
stabilità: un composto o una molecola sono sempre più stabili degli atomi isolati che li
costituiscono.
A parte i gas nobili, tutti gli elementi della tavola periodica sono instabili e cercano di raggiungere
la stabilità raggiungendo il numero di 8 elettroni nello strato più esterno.
Possono interagire con atomi della stessa specie o con specie diverse. Nel primo caso formeranno
Molecole elementari (O2, H2,Cl2), mentre nel secondo caso si formeranno molecole composte.
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Quando si verificano queste interazioni, si formano dei legami chimici. I legami chimici sono forze
di attrazione che si instaurano tra gli atomi e sono generate dagli elettroni del livello più esterno,
chiamati elettroni di valenza. La valenza corrisponde al numero di legami che un atomo può
stabilire con altri atomi. Corrisponde al numero di elettroni che un atomo cede, acquista o mette in
comune.
SIMBOLO
H
O
N
C
S
Cl
Na
VALENZA
1
2
2-3-5
4
2-4-6
1-3-5-7
1
ATOMO
IDROGENO
OSSIGENO
AZOTO
CARBONIO
ZOLFO
CLORO
SODIO
Esempio: l’Ossigeno ha 6 elettroni nell’ultimo strato e valenza 2 perché, per arrivare a 8, può
accettare 2 elettroni da un altro atomo.
Chi ha pochi elettroni cercherà di perderli, chi ne ha di più cercherà di prenderli.
LEGAME IONICO:
Trasferimento di elettroni da un atomo all’altro (tipico tra elementi del primo gruppo ed elementi
del 7° gruppo)
Na+Cl=NaCl (cloruro di sodio o sale da cucina).
Attrazione tra ioni positivi e negativi
LEGAME COVALENTE
Messa in comune di una coppia di elettroni tra due atomi. Le nuvole elettroniche dei due atomi si
fondono. E’ più forte del legame ionico.
C+4H= CH4 (Metano)
LEGAME IDROGENO
E’ un particolare tipo di legame che si instaura tra alcune molecole polari, cioè con una zona
positiva e una negativa.
L’acqua è una molecola polare e il legame che si instaura tra le molecole d’acqua è il legame
idrogeno.
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