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Corso di Laurea in Medicina e Chirurgia CORSO INTEGRATO DI CHIMICA Anno Accademico 2006 - 2007 Lezione 1.

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1 Corso di Laurea in Medicina e Chirurgia CORSO INTEGRATO DI CHIMICA Anno Accademico Lezione 1

2 La Chimica studia la composizione, la struttura, le proprietà e le trasformazioni della materia La chimica è una scienza sperimentale. Inizia con la legge sulla invarianza delle masse nelle reazioni chimiche di LAVOISIER ( ). Ha carattere pratico. Rappresenta la materia a livello atomico e molecolare. animazione: la sostanza cambia animazione: la sostanza è fatta di atomi

3 Legge di conservazione delle masse Durante una trasformazione chimica ordinaria non vi è guadagno né perdita apprezzabile di massa Antoine Laurent Lavoiser ( )

4 Reazione chimica Il vulcano dicromato di ammonio illustra cosa succede in una reazione chimica. Quando della carta imbevuta di alcool è posta nel dicromato di ammonio ed accesa con una fiammifero, lalta temperatura fa iniziare la reazione del dicromato di ammonio. Il materiale scuro che si forma indica un cambiamento chimico. La reazione mentre procede genera più calore ed il materiale scuro si forma più rapidamente. Si vedono fiamme e scintille. Il solido arancione si è trasformato in uno scuro grigio-verde e la temperatura è cambiata. Queste sono caratteristiche di una reazione chimica: una sostanza con una serie di proprietà si è trasformata in una o più sostanze nuove con un cambiamento di temperatura. (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 ---> N 2 + 4H 2 O + Cr 2 O 3

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6 Gli elementi nellantichità : Il quartetto di Aristotele Fuoco Caldo Secco Aria Terra Umido Freddo Acqua Il mondo può essere spiegato con 4 elementi che mescolandosi in diverse proporzioni formano le diverse proprietà della materia, come i colori. Le qualità caldo, secco, freddo e umido sono la chiave per le trasformazioni. Questa impostazione è rimasta sostanzialmente inalterata fino a Lavoisier

7 Metallurgia e gli elementi Oro e rame si trovano in forma pura in natura, mentre gli altri sono ottenuti dal riscaldamento di minerali con carbone I sette metalli erano considerate terre di diversa purezza. La purezza assoluta era nella pietra filosofale. Paracelso (circa 1500): lo zolfo, mercurio e sale formano tutto quello che sta nei 4 elementi Becher ( ): terra fluida, terra pinguis, terra lapidea. Boyle ( ) amico di Newton. Sceptical chymist

8 Lavoisier- Ossigeno Laria è composta da due fluidi elastici con qualità diverse ed opposte: aria mefitica e respirabile. Formano una miscela Lacqua non è una sostanza semplice. E composta da ossigeno e idrogeno !!!! Due dei 4 elementi aristotelici non sono più tali!!!!

9 Le arie sono diverse Unaria fissa è liberata dai carbonati, ed è simile a quella del nostro respiro (CO 2 ). E mefitica. 4/5 dellaria è mefitica, 1/5 è buona. Laria buona (vitale) è prodotta dalla calce di mercurio

10 Gli elementi Gli elementi sono sostanze che non possono essere più scomposti (chimicamente) Lovoisier ne elencò 33. E denominò: ossi-geno genera gli acidi (ossidi) Idro-geno genera lacqua A-zoto toglie la vita (nitro-geno nitrati) Ora sono circa 100, molti di più di quelli attesi….. La tabella periodica aiuta a ridurre il numero dei principi che regolano la reattività chimica

11 Flogisto e calorico Il flogisto viene prodotto dalla combustione. Lossigeno spiega la combustione. Il calorico era visto come un elemento. Fuoco calore energia

12 Elementi disposti in ordine crescente di massa atomica

13 La tabella

14 In cinese…

15 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

16 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. Particella (simbolo)Carica assolutaCarica relativaMassa assolutaMassa relativa Protone (p) x C x g Elettrone (e) x C x g Neutrone (n) x g1.0087

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

18 Sostanze pure e miscugli Un miscuglio o miscela: un insieme di differenti sostanze, presenta una combinazione delle proprietà fisiche dei suoi componenti. Può essere eterogenea o omogenea. Occorre provare sperimentalmente se i suoi componenti possono essere separati in base alle loro differenti proprietà fisiche. Le sostanze componenti possono essere Elementi: tutti i suoi atomi sono dello stesso tipo. Composti: gli atomi sono di almeno due tipi

19 Composti e molecole. Se è un composto è costituita dagli atomi degli elementi specifici legati tra loro in rapporti definiti (come l'acqua, il cloruro di sodio). Le proprietà di un composto sono differenti da quelle dei suoi elementi costitutivi legge della composizione costante: un composto ha sempre la stessa composizione, qualsiasi ne sia la fonte Le molecole sono aggregati discreti di atomi tenuti insieme da legami chimici

20 Separazione delle sostanze da un miscuglio residuo MISCUGLIO SOSTANZA ELEMENTI ACQUA CLORURO DI SODIO elettrolisi IDROGENO OSSIGENO SODIO CLORO Soluzione di NaCl

21 Composti Un composto molecolare è formato da molecole. Un composto ionico è formato da ioni. Molecole e composti molecolari una molecola è un gruppo definito e distinto di atomi legati assieme. una formula molecolare indica il numero di atomi di ciascun elemento presente in una molecola. esempi acqua H 2 O ammoniaca NH 3 etanolo C 2 H 5 OH glucosio C 6 H

22 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, CaCl 2, Fe, C, SiO 2

23 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-

24 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 -

25 Massa atomica relativa degli atomi La massa di un atomo è troppo piccola rispetto allunità di misure del kg. Viene quindi definita in rapporto a quella di un atomo di riferimento. Per convenzione la massa del 12 C è stata definita come esattamente = a 12. 1/12 della sua massa è lunità di riferimento = u.m.a. Particella (simbolo)Carica assolutaCarica relativaMassa assolutaMassa relativa Protone (p) x C x g Elettrone (e) x C x g Neutrone (n) x g1.0087

26 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: 1,008 Quello dellossigeno è: 15,99

27 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 : (1.008 x 2) ( x 4) = Peso Molecolare

28 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

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

30 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

31 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 atomi che stanno in esattamente 12 g di 12 C. 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

32 Una mole di 23 Na è la quantità di sostanza che contiene N atomi di 23 Na Una mole di H 2 O è la quantità di sostanza che contiene N atomi di H 2 O La mole In una reazione o in una formula chimica contano le moli, non i grammi! Es: 2H 2 + O 2 2H 2 O E un multiplo della massa molecolare; numericamente è uguale alla massa molecolare, ma è espressa in grammi 1 mol di CaSO 4 = 136 g

33 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!

34 m (g) P.M. (g/mole) n (moli) = MOLE Quantità espressa in grammi pari alla massa della sostanza (atomo o molecola) espressa in unità di massa atomica. Es. NaCl (cloruro di sodio) P.A. Na : d P.A. Cl : d P.M. NaCl : d 1 mole di NaCl58.44 g Una mole di una qualsiasi sostanza contiene lo stesso numero di particelle, detto numero di Avogadro : N = x Il numero di moli contenuto in una nota massa di una sostanza può essere calcolato dalla seguente relazione : Problema : dati g di NaCl n ? numero di molecole ? = 4 n = ; numero di molecole : 4 x N = 24 x10 23 = 2.4 x10 24 Risposta :

35 Formula minima e formula vera Composti sconosciuti Analisi qualitativa = Ca, S, O Formula minima Ca = 1 S = 1 O CaSO 4 Formula vera Ca S O (16 x 4) = / 136 = 1, la formula MINIMA coincide con quella VERA Ca = 29,41% S = 23.52% O = (resto) 47.07% % Ca 29,41 g/100g = = 0,73 mol/100g 40 g/mol 40 g/mol % S 23,52 g/100g = = 0,73 mol/100g 32 g/mol 32 g/mol % O 47,07 g/100g = = 2,94 mol/100g 16 g/mol 16 g/mol Analisi quantitativa Determinazione MM Determinazione MM Massa Molecolare determinata sperimentalmente: 136 g/mol

36 La nomenclatura chimica I composti possono essere indicati con nomi comuni oppure con nomi sistematici Alcuni composti sono fatti da cationi ed anioni (ionici), altri non si separano in cariche elettriche (covalenti) Nomenclatura dei composti ionici. –anione - catione. (cloruro di sodio, carbonato di calcio) Nomenclatura di composti molecolari. come se il composto fosse ionico. Un composto binario: –cloruro d'idrogeno HCI –solfuro d'idrogeno H 2 S

37 Composti ionici Unità formula e peso formula. Un composto ionico è rappresentato da una formula chimica che indica il numero relativo di atomi di ciascun elemento nel composto. Nel cloruro di sodio: NaCl. Nel carbonato di sodio: Na 2 CO 3 Nel solfato d'ammonio (NH 4 ) 2 SO 4. Un'unità formula è un gruppo di ioni che coincide con la formula del composto.

38 I cationi Cationi: ione Sodio (Na + ), ione potassio (K + ) Alcuni elementi formano sempre ioni della stessa carica. ElementoCarica-ionica caratteristica Gruppo I (Li, Na, K,.. )+1 Gruppo Il (Be, Mg, Ca,..)+2 Zinco e Cadmio+2 Alluminio +3 Cu + : ione rame(I) Cu 2+ : ione rame(II). Alternativamente Cr 2+ : ione cromoso(II) Cr 3+ : ione cromico (III)

39 Nomenclatura degli anioni. Per gli anioni monoatomici si aggiunge il suffisso -uro alla radice del nome dell'elemento : Elemento Ione Fluorofluor uro F - Cloro clor uro CI - Azoto azot uro N 3-

40 ossianioni Gli ossianioni contengono almeno un atomo di ossigeno. aggiungere il suffisso - ato alla radice dell'elemento. Elemento Ossoanione CarbonioIone carbon ato CO 3 2- ZolfoIone solf ato SO 4 2- CloroIone clor ato C1O 3 -

41 Ossianioni II Se ci sono ioni con minor numero di atomi di ossigeno essi assumono il suffisso -ito ElementoOssoanione AzotoIone nitr ato NO 3 - Ione nitr ito NO 2 - ZolfoIone solf ato SO 4 2- Ione Solf ito SO 3 2 massimo contenuto di ossigeno ione percloratoClO 4 - ione cloratoClO 3 - ione cloritoClO 2 - minimo contenuto di ossigenoione ipocloritoClO - privo di ossigeno ione cloruroCl -

42 Acidi F, Cl, Br, I sono alogeni. Gli alogenuri d'idrogeno - HF, HC1, HBr, HI sono denominati acido ………….. -idrico. ElementoIoneAcido BromoIone bromuro Br - Acido brom idrico HBr IodioIone ioduro I - Acido iod idrico HI

43 Ossiacidi Gli ossiacidi, ione percloratoC1O 4 - acido perclorico HClO 4 ione cloratoC1O 3 - acido clorico HClO 3 ione cloritoC1O 2 - acido clorosoHClO 2 ione ipocloritoCIO - acido ipocloroso HCIO ione cloruroCl - acido cloridricoHCI

44 Basi Idrossido di sodio NaOH Idrossido di potassio KOH Idrossido di ammonio (NH 4 )OH Idrossido di calcio Ca(OH) 2 Idrossido di magnesio ?????

45 domande HIO nome ? Acido solforicoformula ? H 3 PO 4 nome? FeCl 2, AlBr 3, CaS, Mn 2 O 3, PbCl 3,

46 Riassunto Gli elementi sono tanti e sono il codice della chimica. Le sostanze si trasformano Le sostanze sono fatte di atomi, che sono molto piccoli Le sostanze pure (composti) sono descritte con formule chimiche e con una terminologia specifica. Lunità di misura delle sostanze in chimica è la mole (= 6.02 x particelle)

47 La tabella


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