APPUNTI DI CHIMICA I concetti da non dimenticare e le domande a cui dovete saper rispondere... 2aC (2011-2012)

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1 APPUNTI DI CHIMICA I concetti da non dimenticare e le domande a cui dovete saper rispondere... 2aC ( )

2 LA CHIMICA Studia la struttura, le proprietà e le trasformazioni di tutta la materia che ci circonda e di cui siamo fatti.

3 Sostanze pure e miscugli
Sostanza pura: tipo di materia omogenea, con proprietà specifiche e caratteristiche, diverse da quelle di altre sostanze. ESEMPI: acqua, sale da cucina, zucchero... Miscuglio eterogeneo: insieme di due o più sostanze mescolate tra loro, ma tali da conservare ciascuna le proprie caratteristiche e per questo separabili e distinguibili. ESEMPI: latte, granito, suolo...

4 Miscugli eterogenei Miscuglio solido: più sostanze solide, esempio la sabbia. Sospensione: solidi in liquidi o gas, esempio terra in acqua. Emulsione: due o più liquidi non miscibili, esempio acqua e olio.

5 Come separare le sostanze di un miscuglio eterogeneo?
Filtrazione: per mezzo di filtri. Decantazione: grazie alla forza peso

6 DOMANDE... Cosa studia la chimica? Che cosa è un miscuglio eterogeneo?
Guarda in cucina e trova due esempi di miscugli eterogenei. Che cosa è un’emulsione? Fai un esempio. Che tipo di miscuglio ottengo se mescolo acqua e polvere di marmo, sapendo che questa è insolubile in acqua? Descrivi i fenomeni di filtrazione e decantazione. Perché può essere utile separare le sostanze che compongono un miscuglio?

7 Alcune sostanze formano miscele omogenee: le soluzioni
Cosa accade se mescoliamo acqua e zucchero? L’acqua e lo zucchero formano una soluzione omogenea, cioè le particelle delle due sostanze, pur conservando le loro caratteristiche, formano una miscela in cui non sono più distinguibili l’una dall’altra e non si separano facilmente.

8 Il solvente e il soluto In una soluzione (o miscela omogenea) la sostanza che scioglie e che è presente in maggiore quantità si chiama solvente, mentre quella che viene sciolta, disperdendosi nel solvente, si chiama soluto. L’acqua è il solvente più diffuso in natura ed è indispensabile per il funzionamento di tutti gli organismi viventi. Riflettiamo sul linguaggio: solubile in acqua, insolubile in acqua...

9 Altri tipi di soluzioni
Soluzioni gassose: esempio l’aria. Soluzioni solide: esempio le leghe metalliche. L’acciaio è una lega di ferro e carbonio. Il bronzo è una lega di rame e stagno. Una lega è una soluzione di due o più metalli mescolati quando si trovano allo stato fuso e lasciati poi solidificare.

10 La solubilità La solubilità è la quantità massima espressa in g di soluto che può essere sciolto in 100 g di solvente a una certa temperatura. Esperimento per casa: Usando una bilancia da cucina versate in un bicchiere 100 g di acqua. Aggiungete 10 g di sale fino, mescolate con un cucchiaino e descrivete cosa succede. Ripetete l’esperimento altre tre volte aggiungendo prima 20 g di sale, poi 30 g e infine 50 g di sale e descrivete sul vostro quaderno cosa accade.

11 Soluzioni sature, concentrate e diluite.
Soluzione diluita o poco concentrata (A): contiene poco soluto rispetto al livello di saturazione. Soluzione satura (B): contiene la quantità massima di soluto che può essere sciolto nel solvente. Soluzione sovrassatura (C): contiene il soluto precipitato come corpo di fondo.

12 YouTube...per studiare! (video e animazione dello zucchero sciolto dall’acqua). (animazione del sale da cucina sciolto dall’acqua). (un’altra animazione del sale da cucina sciolto dall’acqua). ...è tutto in inglese...ma voi dovete guardare le immagini e poi commenteremo i video in classe. ...buon divertimento...

13 DOMANDE... Che cosa è una soluzione?
Fai due esempi di sostanze solubili e insolubili in acqua. Quale sostanza si deve aggiungere al ferro per ottenere l’acciaio? Che cosa è la solubilità? Cerca il significato del termine distillazione. ...Non dimenticare l’esperimento...

14 La distillazione serve per separare soluto e solvente
Come funziona?

15 Reazioni chimiche e trasformazioni fisiche
Una reazione chimica è una trasformazione della materia in cui determinate sostanze reagiscono in proporzioni ben definite fra di loro trasformandosi in altre sostanze. Le sostanze che reagiscono fra di loro si chiamano reagenti mentre le nuove sostanze che si formano si chiamano prodotti. Esempi: - bicarbonato di sodio + acido acetico  acetato di sodio + acqua + anidride carbonica; - combustione della carta  cenere + fumo + calore; - ferro + acqua  ossido di ferro (ruggine) + idrogeno.

16 Reazioni chimiche e trasformazioni fisiche
Le trasformazioni della materia che non producono nuove sostanze si chiamano trasformazioni fisiche o fenomeni fisici. Esempi: - acqua che evapora o solidifica; - zucchero che si scioglie in acqua; - filamento di una lampadina che si accende.

17 Elementi e composti In natura esistono 92 elementi naturali.
26 elementi sono stati creati in laboratorio. 118 elementi (fino a maggio 2011).

18 Elementi e composti Ogni elemento ha un nome e un simbolo (una o due lettere, la prima maiuscola). Oro Potassio Carbonio Au K C Alluminio Al Mercurio Hg

19 Elementi e composti acqua H2O I composti derivano dalla combinazione chimica di due o più elementi. NaCl Un composto si forma mediante una reazione chimica. sale da cucina C12H22O11 saccarosio (zucchero) anidride carbonica

20 DOMANDE... A cosa serve la distillazione? Descrivi il processo.
Che cosa è una reazione chimica? Fai un esempio. Qual è la differenza più importante fra le reazioni chimiche e le trasformazioni fisiche. Fai un esempio. Quanti sono gli elementi naturali? E quelli artificiali? Da quali elementi è composta l’acqua? Cerca il nome e il simbolo di 5 diversi elementi chimici.

21 La struttura dell’atomo
Atomo...dal greco atomos che significa indivisibile...in realtà... È composto da tre particelle: -elettroni; -protoni; -neutroni. Neutroni e protoni formano il nucleo.

22 La carica elettrica della materia
Il neutrone è neutro. Il protone è carico positivamente. L’elettrone è carico negativamente.

23 L’atomo è elettricamente neutro
In condizioni normali un atomo ha lo stesso numero di protoni e di elettroni, perciò è elettricamente neutro. Le cariche positive dei protoni neutralizzano quelle negative degli elettroni. Come ci accorgiamo che la materia è fatta di atomi con cariche elettriche? Proviamo e riflettiamo...

24 Attrazione e repulsione tra cariche elettriche
Cariche opposte si attraggono, mentre cariche dello stesso tipo si respingono.

25 Il numero atomico e di massa
Il numero atomico di un atomo è il numero dei protoni contenuti nel suo nucleo e si indica con la lettera Z. Il numero di massa di un atomo è il numero di protoni e neutroni contenuti nel suo nucleo e si indica con la lettera A.

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27 DOMANDE... Quali sono le particelle che formano l’atomo? Come sono disposte all’interno dell’atomo? Qual è la carica elettrica delle particelle che formano l’atomo? Descrivi l’esperimento di elettrizzazione effettuato in classe. Cosa sono il numero atomico e il numero di massa e come si indicano? Trova il numero atomico dei seguenti elementi: Fe (ferro), N (azoto), Cl (cloro) e Ca (calcio).

28 Risposte per alunni curiosi...
A che velocità si muovono gli elettroni intorno al nucleo? 1 % della velocità della luce...cioè circa 3000 km/s. Quali sono le dimensioni dell’atomo?

29 I gusci elettronici I gusci elettronici, che si trovano intorno al nucleo e che rappresentano le regioni di spazio in cui possono muoversi gli elettroni, sono formati dagli orbitali atomici. L’orbitale atomico (che studierai in futuro...) per ora possiamo definirlo semplicemente come il “volume” permesso agli elettroni (cioè il percorso che possono fare all’interno del guscio elettronico). Esistono 7 gusci elettronici (K L M N O P Q) formati da diversi tipi di orbitali (s, p, d, f) e ogni guscio è caratterizzato da una diversa energia e per questo si chiamano anche livelli energetici.

30 I gusci elettronici: gli elettroni si muovono solo in determinate orbite situate a diverse distanze dal nucleo. Esistono 7 gusci elettronici K (1) L (2) M (3) N (4) O (5) P (6) Q (7)

31 I gusci elettronici Ogni guscio può contenere un determinato numero massimo di elettroni: Valore di n Lettera Massimo numero di elettroni nel livello (pari a 2 x n2) 1 K 2 L 8 3 M 18 4 N 32 5 O 50 6 P 72 7 Q 98 ...

32 I gusci elettronici sono composti da diversi orbitali atomici
Esistono 4 tipi diversi di orbitali atomici s (2 e-) p (6 e-) d (10 e-) f (14 e-)

33 Perché studiare gusci e orbitali?
Per capire come è organizzata la tavola periodica. Cominciamo con il ricordare che è divisa in gruppi e periodi. GRUPPI PERIODI

34 Ogni guscio corrisponde ad un diverso periodo della tavola periodica ed è formato da diversi orbitali. K L M N O P Q

35 DOMANDE... Qual è la velocità degli elettroni intorno al nucleo?
Qual è l’ordine di grandezza delle dimensioni di un atomo? Cosa sono i gusci elettronici? Quanti sono? Cosa sono gli orbitali atomici? Come è organizzata la tavola periodica? Cerca su internet il significato del termine “aufbau”...

36 La tavola periodica e il riempimento dei gusci...cioè l’Aufbau
K L M N O P Q

37 Primo Periodo - Guscio K - Orbitale 1s
2He (1s2) 1H (1s1)

38 Secondo Periodo - Guscio L - Orbitali 2s2p
4Be (2s2)

39 B: 2s22p1 Li: 2s1 C: 2s22p2 Be: 2s2 N: 2s22p3 O: 2s22p4 F: 2s22p5
Secondo Periodo - Guscio L - Orbitali 2s2p Li Li: 2s1 Be Be: 2s2 O O: 2s22p4 B B: 2s22p1 F F: 2s22p5 C C: 2s22p2 Ne Ne: 2s22p6 N N: 2s22p3

40 Al: 3s23p1 Na: 3s1 Si: 3s23p2 Mg: 3s2 P: 3s23p3 S: 3s23p4 Cl: 3s23p5
Terzo Periodo - Guscio M - Orbitali 3s3p Na Na: 3s1 Mg Mg: 3s2 S S: 3s23p4 Al Al: 3s23p1 Cl Cl: 3s23p5 Si Si: 3s23p2 Ar Ar: 3s23p6 P P: 3s23p3

41 ...e così via K L M N O P Q

42 La tavola periodica Dimitrij Mendeleev alla fine dell’800 compila la tavola periodica degli elementi. Nella tavola sono organizzati tutti gli elementi chimici con le loro proprietà. Gli elementi sono organizzati in 7 periodi (le righe) secondo il numero atomico crescente. Tutti gli elementi della stessa colonna formano un gruppo. Ci sono 8 gruppi. Tutti gli elementi dello stesso gruppo hanno lo stesso numero di elettroni nel guscio più esterno.

43 La tavola periodica Gas nobili Non metalli Metalli alcalini
Metalli alcalino terrosi Altri metalli Metalli di transizione

44 DA RICORDARE BENE... Le proprietà chimiche degli elementi dipendono dal numero di elettroni nel guscio esterno. Tutti gli elementi di uno stesso gruppo hanno le stesse proprietà chimiche perché hanno lo stesso numero di elettroni nel guscio più esterno. Sono questi elettroni, infatti, ad essere coinvolti nelle reazioni chimiche. Perché il cloro reagisce con il sodio formando il cloruro di sodio, cioè il sale da cucina?

45 IONI Atomo o molecola con carica positiva o negativa.
Catione: particella carica positivamente. Anione: particella carica negativamente. Come è possibile?

46 Tutti gli elementi di un gruppo hanno la stessa configurazione elettronica esterna...e quindi le stesse proprietà chimiche Na: 3s1 Li: 2s1 Sia il Li che il Na tendono a perdere un e- e diventare ioni monopositivi (Li+ e Na+)

47 E così si forma il cloruro di sodio o normale sale da cucina
Na: 3s1 Cl: 3s23p5 Na+ Cl- E così si forma il cloruro di sodio o normale sale da cucina

48 Isotopi Atomi con lo stesso numero atomico ma diverso numero di massa, cioè diverso numero di neutroni. Esempio: idrogeno, deuterio e trizio.

49 DOMANDE... Come viene chiamato in chimica il riempimento dei gusci?
Chi ha organizzato gli elementi chimici in una tavola periodica. Quanti sono i periodi e i gruppi? Come sono organizzati gli elementi all’interno dello stesso periodo. Cosa hanno in comune gli elementi dello stesso gruppo? Perché sono importanti gli elettroni del guscio più esterno? Come si chiamano i vari elementi della tavola periodica? Cosa sono gli ioni? Cosa sono gli isotopi? Come si forma il cloruro di sodio?

50 La “grammatica” delle molecole
Le molecole sono aggregati di atomi tenuti insieme da forze di attrazione (legami chimici). L’ossigeno (O) è un elemento. La molecola di ossigeno è formata da due atomi di ossigeno: O2. Quella di ozono da tre atomi di ossigeno: O3. Da Wikipedia

51 La “grammatica” delle molecole
Ogni molecola di una sostanza è la più piccola particella di quella sostanza che ne conserva tutte le proprietà chimiche. Le molecole di una sostanza sono tutte uguali fra loro. Se la molecola è formata da due o più atomi diversi, si parla di composto. Una molecola d’acqua è formata da un atomo di ossigeno e due di idrogeno: H2O. Quanti atomi di O e H servono per formare 3 molecole d’acqua?

52 Formule chimiche delle molecole
Una formula chimica indica quali e quanti atomi sono presenti in una molecola. I simboli degli elementi si scrivono uno di seguito all’altro; accanto ai simboli, al pedice, si scrive il numero di atomi di ogni tipo; 1 è sottinteso. Esempi: NaHCO3 (bicarbonato di sodio) H2O2 (acqua ossigenata) C2H6O (etanolo) CO2 (anidride carbonica) CH4 (metano) Formula bruta Formula di struttura Da Wikipedia

53 Domande... Che cosa è una molecola?
Quanti atomi di idrogeno e di ossigeno sono necessari per formare 7 molecole d’acqua? Nella formula chimica dell’acqua, che significa il numero 2 posto al pedice del simbolo H? Considera la tabella a sinistra: -Da quali elementi è composta l’ammoniaca? -Che differenza c’è tra la formula dell’acqua e quella dell’acqua ossigenata? -Quanti atomi di H sono necessari per produrre 10 molecole di glucosio? -Quanti atomi di O sono necessari per produrre 8 molecole di anidride carbonica? -Quanti atomi di C sono necessari per produrre 1000 molecole di metano?

54 Esperimento in classe... Occorrente: un uovo e etanolo.
Procedura: rompere l’uovo in un piatto e aggiungere etanolo. Agitare dolcemente il piatto in modo che l’etanolo venga a contatto con l’albume dell’uovo. Osservazioni: Spiegazione del fenomeno:

55 La regola dell’ottetto
Alcuni atomi formano facilmente legami chimici, altri no; perché? Tutto dipende dagli elettroni nel guscio più esterno. Regola dell’ottetto: un atomo tende ad acquistare o perdere elettroni fino ad ottenere un guscio elettronico esterno completo (con 2 elettroni per il primo guscio, 8 per il secondo). Per esempio: il cloro ha 7 elettroni nel guscio più esterno tende, quindi, ad acquistarne uno per completare l’ottetto; il sodio ha un solo elettrone nello strato più esterno e di conseguenza tende a cederlo per rimanere con un guscio esterno completo. Da Wikipedia

56 Atomi stabili e instabili
Se un atomo ha un guscio esterno completo è stabile e non si lega con altri atomi. Se un atomo ha un guscio esterno non completo è instabile o reattivo e tende a reagire con altri atomi. I metalli tendono a perdere elettroni, formando ioni positivi, mentre i non metalli tendono ad acquistare elettroni formando ioni negativi. Atomo stabile Atomo instabile

57 I gas nobili o inerti Gli elementi dell’VIII gruppo sono detti gas nobili o inerti perché non tendono a reagire né a combinarsi con gli altri elementi. Hanno, infatti, il guscio elettronico esterno completo. Sono: l’elio (He), il neon (Ne), l’argon (Ar), il kripton (Kr), lo xenon (Xe) e il radon (Rn).

58 DOMANDE... Cosa dice la regola dell’ottetto?
Spiega il legame presente nella molecola di NaCl pensando alla regola dell’ottetto. L’atomo di ferro (Fe) ha 2 elettroni nel guscio più esterno. Legandosi con altri atomi tenderà a cedere o acquistare elettroni? Cosa significa atomo stabile e atomo instabile? Perché i gas nobili non formano facilmente composti chimici?

59 I legami chimici Tranne i gas nobili, tutti gli atomi sono instabili e tendono a cedere o acquistare elettroni formando legami chimici. I legami chimici coinvolgono solo gli elettroni dei gusci più esterni. I legami chimici possono essere di tre tipi: - legame covalente (fra atomi di non metallo, in cui gli elettroni del guscio più esterno vengono messi in comune); - legame ionico (fra un atomo metallico e uno non metallico, in cui un atomo cede elettroni ad un altro atomo); - legami metallici (fra atomi di metallo, in cui gli elettroni più esterni possono muoversi liberamente fra tutti gli atomi del metallo).

60 Il legame covalente Il legame covalente si stabilisce quando gli atomi di una molecola condividono una o più coppie di elettroni del guscio più esterno. Gli elettroni condivisi appartengono a tutti gli atomi della molecola. Esempi: H2O, CO2, O2,... I legami covalenti possono essere singoli, doppi, tripli. /images/covalentblue.gif

61 Il legame ionico Durante la formazione del sale da cucina o cloruro di sodio (NaCl), il cloro (non metallo) acquista un elettrone dal sodio (metallo). In questo modo il cloro completa l’ottetto, avendo 7 elettroni nel guscio esterno. Il sodio, avendo 1 solo elettrone nel guscio più esterno, rimane con il guscio più interno completo. Nel legame ionico si formano ioni positivi e negativi, che si attraggono.

62 Il legame metallico Il legame metallico è la forza elettrostatica che tiene uniti gli ioni positivi e la nuvola di elettroni di un blocco metallico. Per esempio l’alluminio (Al) ha 3 elettroni nel guscio più esterno. In un blocco di alluminio, tutti gli atomi del metallo mettono in comune i tre elettroni. Questi elettroni diventano delocalizzati e appartengono a tutto il metallo . Si forma un vero e proprio “mare di elettroni”. I metalli sono buoni conduttori di corrente elettrica proprio per la presenza di questi elettroni esterni liberi di muoversi.

63 DOMANDE... Quali sono i tipi principali di legami chimici?
Fra quali atomi si instaura il legame ionico? Che cosa è il legame covalente? Fai due esempi di molecole che contengono legami covalenti. Fai un esempio di composto che contiene un legame ionico. Che differenza c’è tra il legame covalente e quello metallico? Perché i metalli sono buoni conduttori di corrente elettrica?

64 Le reazioni chimiche Le reazioni chimiche consistono nella rottura dei legami fra gli atomi dei reagenti e nella formazione di nuovi legami, che danno origine ai prodotti. Esempio: reagenti  prodotti idrogeno + ossigeno  acqua H2 + O2  H2O (equazione chimica) ...e dove è andato un atomo di ossigeno???

65 Come bilanciare un’equazione chimica
In un’equazione bilanciata, ogni elemento è presente a sinistra e a destra della freccia con lo stesso numero di atomi. H2 + O2  H2O nei prodotti manca un atomo di O; H2 + O2  H2O + H2O aggiungiamo una molecola di acqua, ma ora mancano due atomi di idrogeno nei reagenti; H2 + H2 + O2  H2O + H2O aggiungiamo due atomi di idrogeno ai reagenti; 2H2 + O2  2H2O ecco l’equazione bilanciata.

66 SI NO N2 + 3H2  2NH3 Equazioni chimiche
Un’equazione chimica bilanciata ci dice le proporzioni esatte degli atomi dei reagenti e dei prodotti. Per formare 2 molecole d’acqua servono 2 molecole d’idrogeno e 1 di ossigeno. C + O2CO2 Bilanciata? N2 + H2NH3 Bilanciata? SI NO N2 + 3H2  2NH3

67 La legge di conservazione della massa o di Lavoisier
In ogni reazione chimica la massa totale dei reagenti è uguale alla massa totale dei prodotti. Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma.

68 La legge delle proporzioni definite o di Proust
Quando due o più elementi reagiscono per formare un determinato prodotto, si combinano secondo proporzioni definite e costanti. Cosa succede se faccio reagire 3 molecole di ossigeno e 4 molecole di idrogeno? 4H2 + 3O2  4H2O + O2 Gli atomi in eccesso non partecipano alla reazione.

69 DOMANDE... Nella reazione di formazione dell’acqua quali sono i reagenti e quali i prodotti? Che cosa si intende per equazione chimica? La seguente reazione chimica è bilanciata? Se no, bilanciala. H2 + Cl2  HCl Che cosa afferma la legge di Lavoisier? Che cosa afferma la legge di Proust?

70 Gli ossidi Un ossido è un composto chimico che si ottiene facendo reagire l’ossigeno con un altro elemento. Ossidazioni = combustioni (combustibile: sostanza che brucia; comburente: ossigeno)

71 Gli ossidi Metallo + ossigeno  ossido basico Esempio:
4Fe + 3O2  2Fe2O3 (ossido di ferro o ruggine) Non metallo + ossigeno  ossido acido (anidride) C + O2  CO2 (biossido di carbonio o anidride carbonica)

72 Acidi e Basi ACIDO: BASE:

73 Acidi e Basi ACIDO SOLFORICO H2SO4 IDROSSIDO DI SODIO NaOH
ACIDO CLORIDRICO HCl

74 Acidi e Basi Le basi si formano per reazione degli ossidi basici con acqua: Esempio: CaO + H2O  Ca(OH)2 Gli acidi si formano per reazione degli ossidi acidi con acqua:

75 Il pH: misura acidità e basicità
La scala di pH varia da 0 a 14. pH = 7, sostanza neutra; pH < 7, sostanza acida; pH >7, sostanza basica.

76 DOMANDE... Qual è l’elemento chimico importante affinché avvenga un’ossidazione? Come definiresti dal punto di vista chimico la ruggine del ferro? Facendo reagire un non metallo con l’ossigeno, quale tipo di composto si ottiene? Quali sono i reagenti nella formazione dell’anidride carbonica? Dal punto di vista chimico che cosa è una combustione? Quando brucia un pezzo di legno quale anidride si forma? Fai un esempio di acido forte e uno di acido debole. Il succo di limone ha un pH maggiore o minore di 7? Perché? Il pH di una soluzione è 9. La soluzione è acida o basica?

77 I sali: acidi + basi Prima di lasciare la chimica inorganica, un’ultima cosa da studiare...: Acido + Base  Sale Esempio: HCl + NaOH  NaCl + H2O Per sabato 5 novembre 2011: -Relazione sugli esperimenti effettuati in classe: CaCO3 +2CH3COOH  CO2 + H2O + Ca(CH3COO)2 Il cavolo rosso come indicatore di pH. -Completare le fotocopie. -Leggere la fotocopia sull’intervista a Margherita Hack. ...e ora pronti per la chimica organica!!!