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1 | 0Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Chimica generale ed inorganica con laboratorio (Canale.

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1 1 | 0Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Chimica generale ed inorganica con laboratorio (Canale A-E) (12 CFU) Programma del corso Introduzione alla chimica Struttura atomica Legame chimico e geometria molecolare Reazioni chimiche Stati di aggregazione della materia ed introduzione alla termodinamica chimica Equilibrio chimico in soluzioni acquose Cinetica chimica Cenni di chimica nucleare e radiochimica Elettrochimica Proprietà degli elementi

2 1 | 1Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 INTRODUZIONE ALLA CHIMICA (Cap. 1) Il metodo scientifico. Le misure quantitative. Grandezze fisiche fondamentali e derivate. Sistema internazionale delle unità di misura (SI). Accuratezza e precisione di una misura. Errore percentuale. Cifre significative nei calcoli.

3 1 | 2Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 La chimica e il metodo scientifico La Chimica studia la composizione, la struttura, le proprietà e le trasformazioni della materia, spontanee o provocate dall’uomo. La chimica è alla base della comprensione di molte discipline quali la biologia, la geologia, la scienza dei materiali, la medicina, la fisica e diversi settori dell’ingegneria. Industria dei fertilizzanti Industria farmaceutica Materie plastiche La chimica è alla base dei prodotti che rendono possibile la vita quotidiana Chimica e ambiente

4 1 | 3Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 La Chimica è una scienza sperimentale basata sul metodo scientifico.

5 1 | 4Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Metodo scientifico - Definizione dell’obiettivo - Raccolta di informazioni o dati sull’oggetto in esame - Dati qualitativi e quantitativi - Formulazione di un’ipotesi - Esperimenti a supporto dell’ipotesi - Formulazione di una legge scientifica (riassume le relazioni ma non le spiega). -Sviluppo di una teoria o principio unificatore, che spieghi le leggi fondate sulle osservazioni sperimentali La teoria può essere modificata o scartata, sulla base di ulteriori evidenze sperimentali.

6 1 | 5Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 La chimica moderna è fondata su misure quantitative, cioè misure i cui risultati sono espressi in forma di numero. Le osservazioni qualitative sono informazioni non numeriche come il colore di una sostanza o il suo aspetto fisico.

7 1 | 6Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Legge di conservazione della massa: In una reazione chimica la massa totale delle sostanze reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti ottenuti ossia in una reazione chimica la massa totale si conserva. Copertina del trattato di chimica di Lavoisier (1789) Antoine Lavoisier fu il primo chimico ad apprezzare l’importanza di eseguire misure quantitative. Il trattato di chimica di Lavoisier (1789) fu il primo libro di testo di chimica basato su esperimenti quantitativi.

8 1 | 7Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Le grandezze che si possono misurare sono dette grandezze fisiche. Le grandezze fisiche, nel Sistema Internazionale di Unità di misura (SI) si dividono in fondamentali e derivate.

9 1 | 8Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Secondo il Sistema Internazionale di Unità ci sono sette grandezze fondamentali.

10 1 | 9Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Dalle grandezze fondamentali si ricavano le grandezze derivate. Ogni grandezza fondamentale ha una sua unità di misura la cui combinazione fornisce le unità di misura delle grandezze derivate.

11 1 | 10Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012

12 1 | 11Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Prefissi comuni delle unità del SI

13 1 | 12Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Nel SI l’unità di misura della lunghezza è il metro. In chimica le misure sono riportate in centimetri (cm), millimetri (mm), micrometri o micron (µm). Gli oggetti di scala atomica e molecolare hanno dimensioni dell’ordine dei nanometri (nm) o dei picometri (pm). Lunghezza

14 1 | 13Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Il volume è una grandezza derivata da una lunghezza (elevata al cubo) e la sua unità di misura è il m 3 Volume Nel SI l’unità di misura del volume (V) è il metro cubo (m 3 ). In laboratorio si usa il litro (L) che equivale al volume di un cubo con spigolo 10 cm. 1 m 3 1L = (10 cm) 3 = 1000 cm 3 = 1 dm 3 1 mL = (1 cm) 3 = 1 cm 3 = 1 cc

15 1 | 14Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012

16 1 | 15Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Massa La massa di un corpo rappresenta la misura fondamentale della quantità di materia. Nel SI l’unità di misura della massa è il chilogrammo (kg). Masse inferiori vengono espresse in grammi (g) o milligrammi (mg). 1 kg = 1000 g 1 g = 1000 mg

17 1 | 16Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 I termini massa e peso sono spesso interscambiabili, ma a rigore non rappresentano la stessa cosa. La massa (m) di un oggetto è la misura dell’inerzia dell’oggetto, o la resistenza al movimento ed è una proprietà intrinseca dell’oggetto stesso. Il peso (P) di un oggetto è pari alla forza di attrazione esercitata sull’oggetto di massa m da un corpo di notevoli dimensioni come la Terra; è misurato in newton (N), ed è espresso dalla seguente relazione: P = m x g dove g è l’accelerazione di gravità (9.8 m/s 2 ).

18 1 | 17Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 La temperatura è una grandezza intensiva che ci fornisce una misura di quanto un corpo è caldo o freddo, ovvero è associata alla misura quantitativa della tendenza relativa del calore a lasciare un oggetto. Lo strumento utilizzato per misurare la temperatura è il termometro. Le scale di temperatura più usate sono: scala Celsius (°C) scala Kelvin (K) scala Fahrenheit (°F) Temperatura

19 1 | 18Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 La scala di temperatura Celsius (°C) viene definita assegnando il valore 0 al punto di congelamento dell’acqua pur (0°C) e 100 al suo punto di ebollizione (100°C). La scala di temperatura Kelvin (K) usa per unità la stessa dimensione di quella della scala Celsius, ma assegna lo zero alla temperatura più bassa che si può raggiungere, lo zero assoluto, corrispondente a °C. Il simbolo di grado (°) non viene usato con la temperatura kelvin. Il nome dell’unità in questa scala è il kelvin.

20 1 | 19Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Confronto delle scale termometriche Fahrenheit, Celsius e Kelvin T (K) = t (°C) t (°C) = (5/9) [t (°F) ]

21 1 | 20Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Le grandezze che descrivono le proprietà della materia sono di due tipi: grandezze o proprietà estensive: dipendono dalla quantità di sostanza: es. massa, volume grandezze o proprietà intensive: non dipendono dalla quantità di sostanza: es. temperatura, pressione, densità Proprietà estensive ed intensive

22 1 | 21Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 La densità è una proprietà fisica (le proprietà fisiche possono essere osservate e misurate senza variare la composizione di una sostanza) ed è un esempio di proprietà espressa in unità derivate. La densità è il rapporto tra la massa di un oggetto e il suo volume d = m/V L’unità SI è (kg/m 3 ). In chimica l’unità di misura usata è g/cm 3 o g/mL. Densità

23 1 | 22Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Energia, lavoro e calore L’energia è la capacità di un corpo di compiere un lavoro e trasferire calore. Il lavoro è il prodotto della forza per lo spostamento L = F  s nel SI l’unità di misura è il joule (J = N  m). Il lavoro si misura anche in calorie: 1 cal = J. Il calore è un trasferimento di energia tra due corpi che si trovano inizialmente a temperature diverse.

24 1 | 23Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 È possibile distinguere l’energia in: energia cinetica: l’energia associata al movimento di un oggetto E c = ½ m  v 2 energia potenziale: l’energia posseduta da un oggetto associata alla sua posizione relativamente ad un punto di riferimento E p = m  g  h E totale = E c + E p = costante 1 J = 1 kg  m 2  s - 2

25 1 | 24Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Misure: accuratezza e precisione L’accuratezza di una misura rappresenta l’accordo tra la misura e il valore vero per quella quantità. La precisione di una misura indica quanto sono in accordo tra di loro diverse determinazioni della stessa quantità. L’ accuratezza di una misura è espressa mediante l’errore percentuale: La precisione di una misura è espressa mediante la deviazione standard

26 1 | 25Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Ogni misura può essere accompagnata da due tipi di errore: errori sistematici, per esempio a causa di strumenti malfunzionanti; errori casuali, dovuti a cause sconosciute e che non possono essere controllate dall’operatore. Un modo per valutare gli errori casuali è calcolare la deviazione standard. Deviazione standard

27 1 | 26Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Deviazione standard La deviazione standard per una serie di misure è uguale alla radice quadrata della somma dei quadrati delle differenze fra ogni misura e il valore medio, diviso per il numero delle misure meno uno.

28 1 | 27Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Una misura di °C è più precisa di una misura di 32.3 °C Valore vero: 1.00 g/mL 1: dati accurati e precisi 2: dati accurati ma meno precisi 3: dati precisi ma non accurati 4: dati né accurati né precisi

29 1 | 28Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Cifre significative La precisione di una quantità determinata sperimentalmente è indicata dal numero di cifre significative che sono le cifre effettivamente osservate con lo strumento di misura. In un numero che rappresenta una misura scientifica, l’ultima cifra sulla destra è considerata non precisa. Se non altrimenti specificato, è consuetudine assegnare un’incertezza pari a  1 all’ultima cifra significativa.

30 1 | 29Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Il risultato di una misura sperimentale deve fornire tre tipi di informazioni: 1)unità di misura 2)un numero che indica quante volte l’unità di misura è contenuta nella grandezza in esame 3)deve essere fornita la precisione con la quale la misura è stataeffettuata: Es g 4 cifre significative g  (incertezza pari a  1 sull’ultima cifra significativa).

31 1 | 30Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © Tutte le cifre diverse da zero e tutti gli zeri compresi tra queste cifre sono cifre significative. Es mL (4 cifre significative) 2.Gli zeri terminali, a destra di una cifra decimale sono cifre significative. Es g (4 cifre significative) 3.Gli zeri che compaiono a sinistra della prima cifra significativa nei numeri decimali non sono significativi. Es (2 cifre significative). 4.Gli zeri terminali possono essere o no cifre significative. Un’utile regola empirica è verificare se scompaiono quando viene utilizzata la notazione scientifica. Es Regole per determinare il numero di cifre significative - 1

32 1 | 31Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © I numeri che possono essere contati esattamente e i fattori di conversione sono considerati numeri esatti. Non c’è alcun limite alla precisione di un numero esatto e questo non segue le regole per le cifre significative, ovvero un numero esatto ha infinite cifre significative. Regole per determinare il numero di cifre significative - 2

33 1 | 32Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Come usare le cifre significative nei calcoli Regola 1. Addizioni e sottrazioni Nelle addizioni e nelle sottrazioni, il risultato non deve essere espresso con un numero di cifre decimali maggiore di quelle presenti nel numero, addizionato o sottratto, avente il minor numero di cifre decimali. Regola 2. Moltiplicazioni e divisioni Nelle moltiplicazioni e nelle divisioni, il numero di cifre significative nel risultato è definito dalla quantità con il minor numero di cifre significative. Regola 3. Quando si arrotonda un numero, l’ultima cifra da conservare viene aumentata di 1 solo se la cifra seguente è 5 o maggiore.

34 1 | 33Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Cifre significative e calcolatrici: quando si risolvono i problemi, si dovrebbero eseguire tutti i calcoli utilizzando tutte le cifre a disposizione nella calcolatrice ed eseguire l’arrotondamento solo alla fine del calcolo. Questo serve ad evitare errori di arrotondamento Come usare le cifre significative nei calcoli

35 1 | 34Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Applicazione delle regole sulle cifre significative

36 1 | 35Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Notazione esponenziale o scientifica La notazione scientifica è la rappresentazione di un numero come multiplo di una potenza in base 10. N x 10 n L’esponente n è positivo se il numero è più grande di 1, è negativo se è inferiore a 1.

37 1 | 36Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Sommare e sottrarre numeri in notazione scientifica Convertirli prima nelle stessa potenza di 10 Prodotto di numeri espressi in notazione scientifica Gli esponenti vengono sommati algebricamente Divisione di numeri espressi in notazione scientifica Gli esponenti vengono sottratti algebricamente Potenze di numeri espressi in notazione scientifica L’esponente viene moltiplicato per il numero che indica la potenza Radici di numeri espressi in notazione scientifica Il numero deve essere prima trasformato in modo che l’esponente sia divisibile per l’indice della radice; l’esponente viene poi diviso per la radice desiderata. Notazione esponenziale o scientifica

38 1 | 37Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Analisi dimensionale e fattori di conversione Un fattore di conversione esprime l’equivalenza di una misura in due diverse unità. Es. 1 cm = 10 mm L’analisi dimensionale è un metodo di calcolo che consiste nell’utilizzare in un calcolo la grandezza esprimendola come numero accompagnato dalla propria unità di misura. Il calcolo è impostato in modo che le unità indesiderate si elidono e la risposta numerica è corredata dalle unità desiderate.

39 1 | 38Donald A. McQuarrie et al., CHIMICA GENERALE, 2/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2012 Questa notazione è stata adottata dall’Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata (IUPAC), ed è ufficialmente consigliata per definire le colonne nelle tabelle di dati e gli assi nei grafici. Notazione di Guggenheim per grafici e tabelle


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