8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-81 Corso di Chimica 2004-2005 Lezioni 7-8 Luigi Cerruti

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1 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-81 Corso di Chimica 2004-2005 Lezioni 7-8 Luigi Cerruti luigi.cerruti@unito.it

2 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-82 L'analisi elementare L analisi elementare di un composto è la determinazione delle percentuali in massa degli elementi presenti nel composto. Da queste percentuali è possibile risalire alla formula minima; per trovare la vera formula molecolare occorre spesso determinare la massa molare della sostanza.

3 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-83 L'analisi organica elementare Gran parte dei composti organici più importanti contiene solo atomi di carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e zolfo La determinazione più semplice è quella dell'idrogeno e del carbonio attraverso la reazione di combustione. Nel caso del benzene: 2C 6 H 6 + 15 O 2 6 H 2 O + 12 CO 2 L'equazione senza coefficienti stechiometrici: C 6 H 6 + O 2 H 2 O + CO 2 L'equazione senza coefficienti stechiometrici: C 6 H 6 + O 2 H 2 O + CO 2

4 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-84 Dall'analisi elementare alla formula minima Una sostanza organica, costituita da carbonio, idrogeno e azoto, allanalisi elementare ha dato i seguenti risultati: 65,6 % di C; 15,2 % di H; 19,1 % di N. Trovare la formula minima. Supponiamo di avere 100 g della sostanza, e troviamo quante moli dei tre elementi vi sono contenute: 65,6 g / 12 g mol –1 = 5,47 mol C 15,2 g / 1 g mol -1 = 15,2 mol H 19,1 g / 14 g mol -1 = 1,36 mol N Il rapporto C : H : N nella sostanza è quindi 5,47 : 15,2 : 1,36. Dividendo i tre valori per il più piccolo e arrotondando il rapporto risulta 4 : 11 : 1 per cui la formula minima è C 4 H 11 N Alla formula minima C 4 H 11 N corrispondono 42 composti diversi

5 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-85 Dalla formula minima alla formula molecolare Calcolare la formula molecolare dell'etano, sapendo che la formula minima è CH 3, e che la sua massa molecolare relativa è 30 Si calcola il 'peso formula' della formula minima: 12 + 3 x 1 = 15 Si divide la massa molecolare relativa per il 'peso formula' 30/15 = 2 Si moltiplicano per il fattore così calcolato gli indici di ciascun elemento presente nella formula minima: C 1x2 H 3x2 = C 2 H 6

6 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-86 Le leggi dei gas Legge di Boyle (isoterma, T= cost) Con T= cost, il volume di una data massa di gas è inversamente proporzionale alla pressione: p V = cost B Il valore di cost B dipende dalla quantità di gas e dalla temperatura

7 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-87 Le leggi dei gas Legge di Charles (isobara, p = cost) Con p = cost, il volume di una data massa di gas è direttamente proporzionale alla temperatura: V = V 0 (1 + t) = 1/273

8 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-88 Le leggi dei gas Legge di Gay-Lussac (isocora, V = cost) Con V = cost, la pressione di una data massa di gas è direttamente proporzionale alla temperatura: p t = p 0 (1 + t) = 1/273

9 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-89 Legge dei gas ideali Se si tiene conto della legge di Avogadro, e cioè delle quantità di sostanza, il comportamento dei gas diventa estremamente uniforme rispetto ai cambiamenti di volume, pressione e temperatura. Infatti, date n moli di una qualsiasi sostanza gassosa, si ritiene idealmente valida l'equazione di stato: pV = nRT Se p è misurata in atm, e V in L (litri), allora R = 0,082 L atm mol -1 K -1

10 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-810 Legge dei gas ideali e le masse molari relative La legge dei gas ideali permette di determinare la massa molare (MM) di una sostanza gassosa. Infatti, data una quantità di m g della sostanza, risulta n = m / MM. Quindi pV = nRT MM = m RT / pV Se sono note o si misurano T, p e V, si può ricavare la massa molare MM T

11 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-811 ll volume molare E' una grandezza importante per la comprensione di molte proprietà. Definizione: massa molare volume molare = massa volumica Sostituendo alle grandezze le unità di misura otteniamo: g mol -1 cm 3 mol -1 = g cm -3 T

12 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-812 Proprietà atomiche e periodicità Si ottiene un diagramma molto interessante se i raggi atomici (o i volumi molari) sono riportati in funzione del numero atomico

13 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-813 Ossidazione e riduzione La reazione di ossido-riduzione è una delle reazioni più importanti Essa consiste nel trasferimento di elettroni da una entità microscopica che si ossida ad un'altra che viene ridotta La reazione di ossido-riduzione è il risultato di due reazioni distinte: Reazione di ossidazione. Perdita di uno o più elettroni: Cu Cu + + e - Cu + Cu 2+ + e - Reazione di riduzione. Acquisto di uno o più elettroni: F + e - F - Il processo complessivo è descritto con la reazione: Cu + F 2 Cu F 2 Cu si ossida, il rame è l'agente riducente F si riduce, il fluoro è l'agente ossidante Cu si ossida, il rame è l'agente riducente F si riduce, il fluoro è l'agente ossidante

14 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-814 Ossidazione e potenziali di ionizzazione La più semplice reazione di ossidazione consiste nella perdita di un elettrone da parte di un atomo isolato Per ogni elemento, questo processo di ionizzazione è riferito ad un atomo allo stato gassoso: Mg (g) Mg + (g) + e - I 1 = 738 kJ mol -1 Il processo può proseguire con una seconda ionizzazione: Mg + (g) Mg 2+ (g) + e - I 2 = 1451 kJ mol -1 I valori I 1 e I 2 sono detti rispettivamente energie di prima e seconda ionizzazione I valori I 1 e I 2 sono chiamati anche potenziali di ionizzazione T

15 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-815 Elementi elettropositivi ed elettronegativi Gli atomi degli elementi elettropositivi hanno bassi potenziali di ionizzazione, tendono a dare ioni positivi e quindi si ossidano facilmente –Es.: Na, K, Mg, Ca Gli atomi degli elementi elettronegativi hanno alti potenziali di ionizzazione, tendono a dare ioni negativi e quindi si riducono facilmente –Es.: F, Cl, O, S

16 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-816 Elementi elettropositivi ed elettronegativi Si deve comunque tener conto che il rapporto fra le proprietà degli atomi nei composti è sempre relativo In FeS, Fe è l'atomo elettropositivo, S è l'atomo elettronegativo In SO 2, S è l'atomo elettropositivo, gli atomi di O sono elettronegativi

17 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-817 Elettroaffinità E' la variazione di energia associata con l'acquisizione di un elettrone da parte di un atomo allo stato di gas F(g) + e - F - (g) In questo caso il processo avviene con cessione di energia dal sistema atomico all'ambiente, quindi è esotermico: EA: -322,2 kJ mol -1 Quando il processo è endotermico l'elettroaffinità è espressa con un valore positivo: Ne (g) + e - Ne - (g) EA: + 29 kJ mol -1 T

18 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-818 La forma attuale della tavola periodica

19 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-819 La forma attuale della tavola periodica Le righe orizzontali corrispondono ai periodi Le colonne verticali corrispondono ai gruppi

20 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-820 La forma attuale della tavola periodica Con l'eccezione del primo periodo, i periodi iniziano con un metallo alcalino, seguito da un metallo alcalino-terroso Tutti i periodi terminano con gas nobile

21 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-821 La forma attuale della tavola periodica I gruppi A costituiscono il gruppo principale, degli elementi rappresentativi I gruppi B sono detti degli elementi di transizione

22 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-822 La forma attuale della tavola periodica Infine vanno aggiunte due serie di elementi, dei lantanidi e degli attinidi

23 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-823 Una descrizione della tavola periodica Le righe orizzontali corrispondono ai periodi Le colonne verticali corrispondono ai gruppi Con l'eccezione del primo periodo, i periodi iniziano con un metallo alcalino, seguito da un metallo alcalino-terroso Tutti i periodi terminano con un gas nobile I gruppi A costituiscono il gruppo principale, degli elementi rappresentativi I gruppi B sono detti degli elementi di transizione Infine vanno aggiunte due serie di elementi, dei lantanidi e degli attinidi

24 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-824 Metalli e non metalli

25 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-825 La variazione di alcune proprietà all'interno del sistema periodico

26 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-826 Variazione dei potenziali di ionizzazione Elementi rappresentativi del terzo periodo

27 8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-827 Andamento periodico dei potenziali di ionizzazione e dell'elettroaffinità Ciò che ci dice sulla struttura elettronica degli atomi Il fatto che vi siano valori discreti per i successivi potenziali di ionizzazione (P.I.) indica che i livelli energetici elettronici sono quantizzati