1Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009.

Presentazione sul tema: "1Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009."— Transcript della presentazione:

1 1Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009

2 6. Gli atomi, i legami e le reazioni

3 6.1 L’atomo è costituito da particelle

4 4Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Gli atomi sono formati da particelle: –Elettroni –Protoni –Neutroni Ogni atomo contiene un nucleo, cioè una zona piccola e densa in cui sono confinati protoni e neutroni. Particelle subatomiche 1

5 5Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Particelle subatomiche 2 I nuclei di idrogeno, elio e litio.

6 6Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Particelle subatomiche 3 Le particelle fondamentali che compongono l’atomo

7 6.2 Il numero atomico identifica l’elemento chimico

8 8Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 La struttura dell’atomo 1 1.Le particelle del nucleo (protoni e neutroni) occupano uno spazio enormenente ridotto rispetto al volume totale dell’atomo.

9 9Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 La struttura dell’atomo 2 2.L’atomo ha una struttura essenzialmente vuota, nella quale si muovono gli elettroni, la cui massa è praticamente trascurabile.

10 10Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 La struttura dell’atomo 3 Il numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo si chiama numero atomico (Z). Per un atomo neutro questo numero è uguale a quello degli elettroni. Questo numero è caratteristico di ogni elemento.

11 11Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 La struttura dell’atomo 4 L’idrogeno ha Z=1. La maggior parte degli atomi H non contiene neutroni. In piccola percentuale, tuttavia, troviamo anche atomi di idrogeno con uno o due neutroni.

12 12Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 La struttura dell’atomo 5 Atomi dello stesso elemento con un numero di neutroni diverso si chiamano isotopi.

13 13Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 La struttura dell’atomo 6 Il numero di neutroni presenti nel nucleo non influenza le proprietà chimiche dell’elemento. Gli isotopi hanno invece proprietà fisiche diverse, ad esempio la massa.

14 14Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 La struttura dell’atomo 7 Il numero di massa (A) è definito come: A = numero protoni + numero neutroni = Z + n° Quindi il numero dei neutroni è:n° = A - Z

15 6.3 La regola dell’ottetto aiuta a capire perché si formano i legami

16 16Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Struttura elettronica 1 Il modo in cui un atomo tende a legarsi ad altri atomi dipende dal numero e dalla disposizione dei suoi elettroni.

17 17Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Struttura elettronica 2 In un atomo solo alcuni valori di energia (livelli energetici) sono permessi per gli elettroni. Quanto più è alta l’energia di un elettrone, tanto maggiore è la sua probabile distanza dal nucleo.

18 18Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Un atomo ha maggior stabilità quando i suoi elettroni si trovano nei livelli energetici più bassi. Perciò il primo livello è riempito prima del secondo, il secondo prima del terzo… Struttura elettronica 3

19 19Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Il primo livello può contenere al massimo due elettroni, il secondo e il terzo livello ne possono contenere otto ciascuno. Struttura elettronica 4

20 20Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Lungo ogni gruppo della tavola periodica si trova lo stesso numero di elettroni nel livello più esterno (strato di valenza). Struttura elettronica 5

21 21Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Struttura elettronica 6

22 22Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Gli elementi del gruppo I hanno un solo elettrone di valenza, quelli del gruppo II ne hanno due, quelli del gruppo III ne hanno tre, etc. Struttura elettronica 7

23 23Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Gli atomi del gruppo VIII (i gas nobili) hanno otto elettroni di valenza (eccetto l’elio che ne ha due) e sono tutti chimicamente inerti. Struttura elettronica 8

24 24Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Struttura elettronica 9 Regola dell’ottetto: Un atomo è particolarmente stabile quando ha otto elettroni nello strato di valenza. Regola dell’ottetto: Un atomo è particolarmente stabile quando ha otto elettroni nello strato di valenza.

25 25Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Struttura elettronica 10 L’idrogeno (con un solo elettrone), il litio (con tre elettroni) e il berillio (con quattro elettroni) tendono invece ad assumere la configurazione elettronica dell’elio (che ha due elettroni)

26 6.4 I principali legami sono il covalente e lo ionico

27 27Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Il legame chimico Formando un legame chimico (covalente o ionico) gli atomi cercano di raggiungere la configurazione elettronica più stabile, mettendo in comune, cedendo o acquistando elettroni fino a completare un livello elettronico.

28 28Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Il legame covalente 1 Il legame covalente si forma quando due atomi mettono in comune una coppia di elettroni. Ciascun elettrone proviene da uno dei due atomi. Un insieme di atomi legati tra loro con legami covalenti è una molecola.

29 29Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Il legame covalente 2 Nel legame covalente due elettroni sono condivisi e attratti dai nuclei positivi di entrambi gli atomi. Due atomi separati si avvicinano e formano il legame covalente.

30 30Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Il legame covalente 3 L’atomo di cloro ha sette elettroni nello strato più esterno (indicati come puntini nella rappresentazione di Lewis). Nella molecola due elettroni appartengono sia all’atomo di destra sia a quello di sinistra, che hanno così otto elettroni esterni ciascuno.

31 31Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Il legame covalente 4 Se gli atomi appartengono allo stesso elemento o a elementi che hanno caratteristiche chimiche molto simili, gli elettroni sono condivisi in modo perfettamente equilibrato e si ha il legame covalente puro.

32 32Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Il legame covalente 5 Se gli atomi appartengono a elementi differenti e con caratteristiche chimiche piuttosto diverse, gli elettroni sono più vicini all’atomo che li attrae con più forza. Si ha così il legame covalente polare.

33 33Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Il legame covalente 6 I legami covalenti sono disegnati con trattini che collegano i simboli degli atomi coinvolti. Un trattino significa che c’è un solo legame (legame semplice), due trattini invece che vi è un doppio legame, tre che vi è un triplo legame.

34 34Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Il legame ionico 1 Se gli atomi che si legano hanno caratteristiche nettamente diverse, con uno dei due che attrae gli elettroni molto più fortemente dell’altro, si avrà il completo trasferimeto di elettroni da un atomo all’altro.

35 35Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Il legame ionico 2 L’atomo che perde gli elettroni di legame diventa ione positivo, quello che li acquista diventa ione negativo. I due ioni sono legati da una intensa forza di attrazione elettrostatica, detta legame ionico.

36 36Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Il legame ionico 3 La regola dell’ottetto viene rispettata nella formazione del legame ionico. Il sodio raggiunge la configurazione elettronica del gas nobile che lo precede nella tavola periodica (Ne), il cloro raggiunge quella del gas nobile che lo segue (Ar).

37 6.5 Durante le reazioni si rompono e si formano legami

38 38Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Le reazioni chimiche 1 In una reazione chimica si rompono uno o più legami che costituiscono i reagenti e si formano nuovi legami per formare i prodotti.

39 39Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 reazione Ad esempio se bruciamo idrogeno gassoso in presenza di ossigeno, anch’esso gassoso, otteniamo l’acqua: H 2 (g) + O 2 (g) → H 2 O (l) Le reazioni chimiche 2

40 40Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Le reazioni chimiche 3 La rottura di legami nei reagenti e la formazione di legami nei prodotti avvengono attraverso scambi di energia con l’ambiente.

41 41Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Perché la legge di conservazione della massa sia rispettata, è necessario bilanciare la reazione, introducendo i coefficienti stechiometrici. Gli indici numerici delle formule devono invece restare inalterati. Le reazioni chimiche 4

42 42Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Durante una reazione chimica gli atomi si conservano. Le reazioni chimiche 5

43 43Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Le reazioni chimiche 6 Nel bilanciare una reazione si devono individuare i coefficienti minimi: ad esempio i coefficienti 4 per H 2 e 2 per O 2 e 4 per H 2 O garantiscono la conservazione della massa ma non sono i più piccoli possibile.

44 44Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Le reazioni chimiche 7 Le tappe per scrivere correttamente un’equazione di reazione sono: 1.stabilire quali sono reagenti e prodotti; 2.scrivere le loro formule corrette: gli indici numerici non possono essere modificati; 3.bilanciare lo schema di reazione introducendo i coefficienti stechiometrici che mantengono inalterato il numero di atomi di ogni specie.

45 45Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Le reazioni chimiche 8 Esempio: i dati sperimentali dicono che il mercurio a 300°C reagisce con l’ossigeno gassoso per formare l’ossido di mercurio(II), HgO, un solido di colore rosso…

46 46Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Le reazioni chimiche 9 1.I reagenti sono il mercurio liquido e l’ossigeno gassoso, il prodotto è l’ossido di mercurio.

47 47Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Le reazioni chimiche 10 2.Il mercurio è un elemento e il suo simbolo è Hg. L’ossigeno gassoso è costituito da molecole biatomiche O 2. La formula dell’ossido di mercurio(II) è HgO. Lo schema di reazione è: Hg (l) + O 2 (g) →HgO (s)

48 48Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Le reazioni chimiche 11 3.Hg (l) + O 2 (g) →HgO (s) non è bilanciata. Bilanciamento dell’ossigeno: Hg (l) + O 2 (g) → 2 HgO (s) Bilanciamento del mercurio: 2 Hg (l) + O 2 (g) → 2 HgO (s).

49 49Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Non è possibile dare istruzioni precise per il bilanciamento di una reazione: i coefficienti stechiometrici vanno introdotti in successione fino a che il numero di atomi di ogni specie coincide da una parte e dall’altra della freccia. Le reazioni chimiche 12

50 50Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Le reazioni chimiche 13 Possiamo seguire tre semplici regole: 1.bilanciare per primi gli atomi dei metalli e dei non metalli; 2.se compaiono ioni poliatomici (ad es. SO 4 2- ) bilanciarli come gruppo di atomi; 3.bilanciare per ultimi gli atomi di idrogeno e di ossigeno.

51 51Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009 Le reazioni chimiche 14 Bilanciamento della reazione: H 3 PO 4 + Ca(OH) 2 → Ca 3 (PO 4 ) 2 + H 2 O 1.Bilanciamo il calcio: H 3 PO 4 + 3 Ca(OH) 2 → Ca 3 (PO 4 ) 2 + H 2 O 2.Bilanciamo lo ione PO 4 3- : 2 H 3 PO 4 + 3 Ca(OH) 2 → Ca 3 (PO 4 ) 2 + H 2 O 3.Bilanciamo gli atomi di idrogeno e ossigeno: 2 H 3 PO 4 + 3 Ca(OH) 2 → Ca 3 (PO 4 ) 2 + 6 H 2 O