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Chimica generale con elementi di chimica inorganica Prof. Mario Piccioli Dipartimento di Chimica & Centro di Ricerca di Risonanze Magnetiche (CERM) Via.

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1 Chimica generale con elementi di chimica inorganica Prof. Mario Piccioli Dipartimento di Chimica & Centro di Ricerca di Risonanze Magnetiche (CERM) Via L. Sacconi Sesto Fiorentino TELEFONO: o

2 Testi consigliati Bertini, Luchinat, Mani CHIMICA, CEA Ambrosiana ISBN Bertini, Mani STECHIOMETRIA, CEA Ambrosiana ISBN

3 Lucidi Lezioni

4 Lucidi Lezioni

5 Password: chimica

6 Chimica generale Corso B Periodo: dal febbraio 2009 al settembre 2009 Studenti iscritti: circa 200 Primo appello febbraio: scritto superato 50% voto :6 voto medio 27,3 Secondo appello febbraio: scritto superato 40% orale superato 85% voto: 23 voto medio 25,5 Primo appello luglio: scritto superato 38% orale superato 85% voto :12 voto medio 25,2 Secondo appello luglio: scritto superato 26% orale superato 85% voto:5 voto medio 25,8 Primo appello settembre: scritto superato 46% voto :6 voto medio 24

7 Riepilogo Periodo: dal febbraio 2009 al settembre 2009 Studenti iscritti: circa 200 Esame superato: 53 su 200 voto medio: 25,4 Scritto superato: 45% Orale superato 86%

8 La materia La materia e tutto cio che possiede massa ed occupa spazio

9 Le miscele la materia è costituita da miscele omogenee o eterogenee di sostanze pure o individui chimici Una miscela omogenea è un sistema monofasico La fase è una parte di un sistema fisicamente definita, ed è caratterizzata da proprietà chimiche e fisiche costanti al suo interno Esempi di miscela omogenea sono lacqua di mare, laria.

10 Le sostanze La materia è costituita da sostanze Quando esse sono formate da atomi di una sola specie atomica si chiamano sostanze elementari Quando esse sono formate da atomi di specie diverse si chiamano sostanze composte o composti

11 La materia e la sua composizione

12 La Composizione dellAtmosfera Componenti Principali, % in volume Azoto (N 2 ): 78,08% Ossigeno (O 2 ): 20,95% Argon (Ar): 0.93% Vapore acqueo (H 2 O): 0,33% Anidride carbonica (CO 2 ): 0,032% (320 ppm)

13 La Composizione dellAtmosfera Componenti Secondari Neon (Ne): 0,00181% (18 ppm) Elio (He): 0,0005% (5 ppm) Metano (CH 4 ): 0,0002% (2 ppm) Idrogeno (H 2 ): 0,00005% (0,5 ppm) Kripton (Kr): 0,000011% (0,11 ppm) Xeno (Xe): 0,000008% (0,08 ppm) Ozono (O 3 ): 0,000004% (0,04 ppm) Sono anche presenti, in tracce, Ossidi di azoto (NO, NO 2, N 2 O), Monossido di carbonio (CO), Ammoniaca (NH 3 ), Biossido di zolfo (SO 2 ), Solfuro di idrogeno (H 2 S).

14 Composti Sono costituiti da atomi di specie diverse. Possono essere formati da: Molecole Concatenazioni di atomi Ioni

15 Stechiometria dei composti Formula chimica: deve indicare come minimo quali sono gli elementi che costituiscono la sostanza e in quale rapporto gli atomi di questi elementi si trovano. H 2 OCO 2 O 2 CO NaCl H 2 SO 4 Formula minima o molecolare

16 Miscele vs. Composti La composizione di un composto é costante ed invariabile

17 Le molecole Le molecole sono aggregati discreti di atomi tenuti insieme da legami chimici

18 Elementi Il numero di composti e molecole presenti in natura é, virtualmente, infinito Linfinito numero di molecole presenti in natura deriva dalla combinazione, di un numero limitato di atomi. Le specie atomiche presenti in natura sono 90. Essi sono gli ELEMENTI

19 Elementi Il numero di composti e molecole presenti in natura é, virtualmente, infinito

20 Atomi Gli atomi sono costituiti da particelle subatomiche dette elettroni, protoni e neutroni. Protoni e neutroni formano un minuscolo, denso corpo centrale detto nucleo dellatomo. Gli elettroni si trovano distribuiti nello spazio intorno al nucleo.

21 Teoria atomica della materia La materia e costituita da atomi Gli atomi di un elemento sono diversi da quelli di un altro elemento Gli atomi si combinano secondo rapporti definiti per formare composti La combinazione degli atomi in un composto puo cambiare solo quando avviene una reazione chimica Una reazione chimica cambia il rapporto con cui gli atomi si combinano, ma non altera la natura degli atomi

22 Particelle subatomiche Particella (simbolo) Carica assoluta Carica relativa Massa assoluta Massa relativa protone (p) x C x g elettrone (e) x C x g neutrone (n) x g

23 Struttura dellatomo Gli atomi sono costituiti da un nucleo positivo e da elettroni negativi. Il nucleo ha un raggio di Å. Il raggio di un atomo è dell'ordine di 1 Å. Proporzione: 100m vs 1mm

24 Nuclidi Un nuclide è un atomo caratterizzato dal numero atomico Z (numero di protoni) e dal numero di massa A (numero di neutroni e di protoni). Il nuclide neutro ha un numero di elettroni uguale a quello di protoni. Il numero Z caratterizza la specie atomica. X A Z C 12 6 H 1 1 O 16 8

25 Isotopi C 12 6 C 14 6 Nuclidi con lo stesso Z ma differente A possono esistere e si chiamano isotopi. Una stessa specie atomica ha, di norma, diversi isotopi: si parla di miscela isotopica naturale. Le specie atomiche sono 106, di cui 90 naturali; di queste, 81 hanno almeno un nuclide stabile.

26 Isotopi naturali di alcuni elementi NuclideMassa relativa% di nuclidi 1H1H 1, ,985 2H2H 2, ,015 3 He 3, ~ He 4, ~ Li 6, ,42 7 Li 7, ,58 9 Be 9, ~ Be 10, tracce 10 B 10, ,6 11 B 11, ,4 11 C 11, tracce 12 C 12, 98,89 13 C 13, ,11 14 C 14, tracce

27 Tavola periodica

28 Ioni Un elemento e caratterizato dal suo numero atomico. Nellatomo neutro il numero di elettroni e uguale a quello di protoni. Atomi che hanno ceduto o aquistato elettroni rispetto allatomo neutro si dicono ioni: Catione + Anione -

29 Sostanze elementari Sono costituite da atomi della stessa specie (stesso numero atomico). Possono essere formate da: Singoli atomi Molecole = aggregati discreti di atomi Insieme continuo di atomi Es: H 2, N 2, Ar, He, Fe, P 4

30 Le formule delle sostanze Le sostanze elementari ed i composti sono rappresentati graficamente con simboli convenzionali: Le formule chimiche FORMULA MINIMA (stechiometrica o elementare): si ricava dallanalisi elementare della sostanza Es NaCl; H 8 O 4 N 2 S; SiO 2 FORMULA MOLECOLARE: Quanti atomi di ciascun elemento entrano a fare parte di una molecola dicomposto Es: O 2, H 2 O 2, C 6 H 6, P 4, H 2 O, CO 2 Alcune sostanze NON sono costituite da molecole discrete e pertanto esse sono identificate dalla sola formula minima: Es: NaCl, CaCl2, Fe, C, SiO 2 IMPORTANTE: riguarda la definizione di molecola

31 molecola No molecola

32 Le formule delle sostanze FORMULA IONICA: i composti possono essere costituiti da atomi o gruppi di atomi con una carica elettrica risultante. Linsieme di questi gruppi in un composto deve essere tale che la carica risultante totale sia nulla. E il caso dei composti salini H 8 O 4 N 2 S (NH 4 ) 2 SO 4 2(NH 4 ) +, (SO 4 ) 2-

33 Le formule delle sostanze FORMULA DI STRUTTURA: Rappresentazione schematica della disposizione nello spazio degli atomi in una molecola CO 2, CH 4, C 2 H 6 O, HNO 3 CH 3 CH 2 OH, H +, NO 3 -

34 Reazione chimica La combinazione degli atomi in un composto puo cambiare solo quando avviene una reazione chimica Una reazione chimica cambia il rapporto con cui gli atomi si combinano, ma non altera la natura degli atomi C + O 2 CO 2

35 Equazione chimica aA + bB cC + dD reagentiprodotti Conservazione della massa: la massa totale dei reagenti e dei prodotti non varia durante la reazione. Si deve avere lo stesso numero di atomi per ogni elemento, anche se in composti differenti, in ambedue i membri dellequazione.

36 Parliamo di pesi

37 Particelle subatomiche Particella (simbolo) Carica assoluta Carica relativa Massa assoluta Massa relativa protone (p) x C x g elettrone (e) x C x g neutrone (n) x g

38 Massa atomica relativa dei nuclidi La massa di un nuclide è troppo piccola rispetto allunità di misure del kg. Viene quindi definita in rapporto a quella di un nuclide di riferimento. Per convenzione la massa del nuclide 12 C è stata definita come esattamente = a 12. 1/12 della sua massa è lunità di riferimento = u.m.a.

39 Le masse relative di n, e p e per i singoli nuclidi sono riferite a 1/12 della massa del 12 C. In questo modo, il protone, il neutrone hanno massa relativa vicina ad 1. La massa dei vari nuclidi è vicina al numero di massa A.

40 Peso atomico Si definisce peso atomico di un elemento la massa relativa e media di quell'elemento rispetto ad 1/12 della massa di un nuclide di 12 C.

41 Peso atomico Si definisce peso atomico di un elemento la massa relativa e media di quell'elemento rispetto ad 1/12 della massa di un nuclide di 12 C. Esercizio: Quale é il peso atomico dellidrogeno?

42 Peso atomico Si definisce peso atomico di un elemento la massa relativa e media di quell'elemento rispetto ad 1/12 della massa di un nuclide di 12 C. NuclideMassa relativa% di nuclidi 1H1H 1, ,985 2H2H 2, ,015 3 He 3, ~ He 4, ~ Li 6, ,42 7 Li 7, ,58 9 Be 9, ~ Be 10, tracce 10 B 10, ,6 11 B 11, ,4 11 C 11, tracce 12 C 12, 98,89 13 C 13, ,11 14 C 14, tracce

43 Peso atomico Si definisce peso atomico di un elemento la massa relativa e media di quell'elemento rispetto ad 1/12 della massa di un nuclide di 12 C. Il peso atomico dell'idrogeno è: 1, × 0, , × 0,0015 = 1, NuclideMassa relativa% di nuclidi 1H1H 1, ,985 2H2H 2, ,015 3 He 3, ~ He 4, ~ Li 6, ,42 7 Li 7, ,58 9 Be 9, ~ Be 10, tracce 10 B 10, ,6 11 B 11, ,4 11 C 11, tracce 12 C 12, 98,89 13 C 13, ,11 14 C 14, tracce

44 Peso atomico Si definisce peso atomico di un elemento la massa relativa e media di quell'elemento rispetto ad 1/12 della massa di un nuclide di 12 C. Il peso atomico del carbonio è: 12 × 0, × 0,0111 = 12,0111 Nuclide Massa relativa% di nuclidi 11 C 11, tracce 12 C 12, 98,89 13 C 13, ,11 14 C 14, tracce

45 Tavola periodica

46 somma dei pesi atomici di tutti gli elementi contenuti in una molecola di una sostanza elementare o di un composto 1.I 2 : 126.9x2= H 2 SO 4 : ( x 2) ( x 4) = Peso Molecolare

47 Quando una sostanza non è formata da molecole discrete ma da un insieme infinito di atomi o ioni 1.NaCl: = K 2 Cr 2 O 7 : (39.10 x 2) + ( x 2) + ( x 7) = Peso formula

48 Peso atomico, peso molecolare, peso formula sono in realtà delle masse

49 La mole Le grandezze fondamentali e le unita' di misura nel Sistema Internazionale (SI) Grandezza fondamentale UnitaSimbolo lunghezzametrom massakilogrammoKg temposecondos corrente elettricaampereA temperaturakelvinK intensita luminosacandelacd quantita di sostanzamolemol

50 La mole è la quantità di sostanza che contiene un numero N di particelle che devono essere specificate. La mole N è il numero di nuclidi che stanno in esattamente 12 g di 12 C.

51 La massa in g di una mole di 12 C è per definizione 12 g. La mole N = 6, (36) ×10 23 Poiché N è un numero per mole, esso ha unità di misura mol -1 ed è chiamata costante di Avogadro. N = 6, (36) ×10 23 mol -1

52 Una mole di 23 Na è la quantità di sostanza che contiene N atomi di 23 Na La mole

53 Mole e massa molare Una mole di sostanza diverse ha peso diverso ! In una reazione o in una formula chimica contano le moli, non i grammi!

54 Mole e massa molare Una mole di sostanza diverse ha peso diverso ! In una reazione o in una formula chimica contano le moli, non i grammi! Es: 2H 2 + O 2 2H 2 O

55 Massa molare Rapporto fra massa (in grammi) e quantità di sostanza (in moli), quindi ha come unità di misura g mol -1. Si indica con M

56 Stechiometria grammi di sostanza= massa molare X n.moli Massa molare= grammi/ n.moli n. moli= grammi/ massa molare g=g*mol -1 *mol g *mol -1 =g/mol mol =g/g*mol -1


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