Chimica

Materie:	Riassunto
Categoria:	Chimica
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Chimica (secondo quadrimestre)(cap. 3, 4, 5, 6.)
REAZIONI CHIMICHE (cap. 3)
Una reazione chimica è un processo da cui si parte da certe sostanze(reagenti) e se ne ottengono altre diverse da quelle di partenza (prodotti).
Vi sono delle leggi quantitative che sono vere per tutte le reazioni chimiche e vengono chiamate leggi ponderale, sono la legge di Lavoisier, la legge di Proust e la legge di Dalton.
Legge di Lavoisier: in una reazione chimica la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti.
Legge di Proust:quando due elementi reagiscono per formare un composto ,reagiscono secondo rapporti definiti e costanti fra le loro masse.
Legge di Dalton:quando due elementi si combinano secondo rapporti diversi per formare composti diversi , le quantità di un elemento che si combinano con una stessa quantità di un altro elemento stanno tra loro secondo rapporti espressi da numeri piccoli e interi.
Teoria atomica di Dalton
1)la materia è costituita da particelle piccolissime chiamate atomi;
2)gli atomi sono indivisibili;
3)atomi di uno stesso elemento sono uguali, in particolare hanno massa uguale,atomi di elementi diversi sono diversi, in particolare hanno massa diversa;
4)gli atomi partecipano interi alle reazioni chimiche (e non per frazioni di atomo).
L’ATOMO (cap. 4)
I raggi catodici (successivamente si capì che erano particelle subatomiche) furono scoperti attraverso un esperimento condotto nell’Ottocento, in un tubo veniva fatto il vuoto aspirandone l’aria, alle estremità del tubo vi erano un catodo (-) e un anodo(+) tra le due piastre elettriche veniva creato una differenza di potenziale e dal catodo negativo partivano dei raggi che attraversavano il tubo e arrivavano all’anodo.Successivamente fu scoperto che questi raggi avevano massa si propagavano il linea retta ed erano dotati di carica elettrica negativa.Queste affermazioni furono dimostrate da tre esperimenti:sempre nel tubo in cui era stato creato il vuoto una volta si posizionò una girandola, poi una croce di malta e poi due piastre di carica opposta;i raggi passando colpivano la girandola e la facevano girare(erano dotati di massa), quando c’era la croce proiettavano l’ombra perpendicolare sul fondo e quando attraversavano le due piastre erano deviate verso quella positiva.
Esperienza di Millikan
Delle goccioline minutissime di olio vengono nebulizzate al di sopra della fessura della piastra metallica superiore.
L’aria fra le due piastre viene sottoposta all’azione dei raggi X .
I raggi strappano uno o due elettroni alle molecole di aria e le fanno diventare positive.
Le goccioline cadono x via della forza di gravità e passano nella zona fra le due piastre qualcuno degli ioni positivi o degli elettroni liberi si attacca ad esse rendendole elettricamente cariche.
Il valore della carica dipende dal numero di elettroni o ioni che si sono attaccati.
Si applica una differenza di potenziale elettrico fra le due piastre metalliche , la piastra superione positivamente mentre quella inferiore negativamente.
La gocciolina negativa verrà attratta dalla piastra positiva e variando il valore dell’intensità elettrica la gocciolina potrà salire oppure rimanere sospesa, dalla velocità con cui sale si può determinare la carica elettrica.
Le varie cariche trovate risultano essere tutte multiple di quella più piccola dove si era attaccato un solo elettrone,così la carica dell’elettrone fu calcolata : 1,60 *10^-19.
LA RADIOATTIVITA’
Alcuni elementi in natura emettono radiazioni e si trasformano in altri elementi,come l’uranio.
Tali radiazioni sono di tre tipi:α, β e γ.
Raggi α: costituiti da particelle aventi carica positiva +2 e massa 4 u.m.a.;
raggi β: costituiti da particelle avente carica negativa -1 e massa 1/1823 u.m.a.;
raggi γ: sono onde elettromagnetiche cioè onde della stessa natura della luce, ma hanno lunghezza d’onda molto minore e quindi frequenza ed energia molto più alte di quella della luce.
I MODELLI ATOMICI
Modello di Thomson
Il modello atomico di Thomson ipotizzava che l’atomo avesse una struttura omogenea con massa e la carica positiva distribuite omogeneamente in tutto lo spazio dell’atomo e gli elettroni inseriti all’interno come particelle individuali distribuite in modo uniforme.
Modello di Rutherford
Secondo il modello di Rutherford , la massa e la carica positiva sono concentrate in una parte molto piccola dell’atomo chiamata nucleo e gli elettroni si trovano nella zona periferica a grande distanza del nucleo.
Questa teoria veniva sostenuta da un esperimento effettuato da due allievi di Rutherford.
Essi hanno posizionato una sostanza radioattiva all’interno di un contenitore di piombo con un solo foro per far fuoriuscire le particelle alfa, davanti questo foro vi è una lastra sottilissima d’oro e dietro alla lastra un’altra lastra sensibile alle particelle alfa.
Il fascio di particelle alfa colpisce il foglio d’oro e lo attraversa, ma una percentuale di questi raggi viene deviata e alcuni completamente respinti.
Questo confermava il modello di rutherford perché le particelle non deviate erano passate lontano dal nucleo nello spazio vuoto mentre quelli deviati erano passati vicini al nucleo ma senza scontrarsi, cosa che accadeva ai raggi che rimbalzavano perché colpivano il centro dei nuclei ed essendo entrambi positivi si respingevano.
L’atomo di Bohr
Il modello di rutherford era molto vicino alla realtà però entrava un po’ in crisi con la fisica classica, secondo quest’ultima l’elettrone attirato dal nucleo (sia dalla forza gravitazionale sia da quella elettrica)dovrebbe formare una spirale con centro sul nucleo e questo non può accadere perché la materia cosi come la conosciamo non esisterebbe. Bisognava quindi cercare un nuovo tipo di fisica per il mondo microscopico.
Spettri atomici.
L’elemento di cui si vuole ottenere lo spettro viene portato allo stato gassoso e poi si fa attraversare da una scarica elettrica. Per effetto della scarica alcuni atomi passavano a una situazione in cui hanno energia più alta del solito. Subito dopo questi atomi ritornano alla loro situazione normale ed emettono l’energia in eccesso sottoforma di radiazione elettromagnetica.
La radiazione emessa è in genere costituita da diverse radiazioni di frequenza diversa mescolate insieme. Per isolarle si fa attraversale la radiazione attraverso una fessura x isolarne un solo fascio sottile.
Questo fascio a sua volta attraversa un prisma di N. che divide le radiazioni di diversa frequenza secondo diversi angoli.
Queste radiazioni poi colpiscono una lastra sensibile,i diversi raggi colpiscono la lastra il posizione diverse specifiche per ogni elemento creando lo spettro atomico discreto diverso per ogni elemento.
Modello atomico di Bohr
Ipotesi del modello di Bohr:
1)nell’atomo gli elettroni ruotano intorno al nucleo in orbite circolari.
2)il momento angolare degli elettroni è quantizzato.
3)finché un elettrone rimane nella sua orbita, non emette e non assorbe energia.
Principio di indeterminazione di Heisenberg
Non si può calcolare di un elettrone la velocità e la posizione contemporaneamente;e gli elettroni formano un orbitale ruotando intorno al nucleo,l’orbitale è la regione dello spazio dove abbiamo il 90% di possibilità di trovare l’elettrone.
La difficoltà di trovare la posizione esatta e anche la sua orbita precisa è data dalla doppia natura dell’elettrone, la natura di particella non influisce parecchio ma la sua natura di onda influisce da momento che la sua lunghezza d’onda è vicina alle sue dimensioni.
I numeri quantici
Numero quantico principale n :un livello energetico è un insieme di orbitali avente lo stesso numero n, va da 1 fino a 7.
Numero quantico di momento angolare l : è un numero associato al momento angolare dell’elettrone e determina la forma degli orbitali, va da 0 fino a n-1.
Numero quantico magnetico m :determina l’orientazione del vettore momento angolare, va da –l fino a +l.
Numero quantico di spin :può assumere solo due valori, o +1/2 o -1/2, indica la rotazione dell’elettrone su se stesso.
Configurazione elettronica
La configurazione elettronica di un elemento è il modo con cui gli elettroni occupano gli orbitali nell’atomo di quell’elemento.
Vi sono delle regole e principi che gli elettroni seguono nel disporsi in un atomo:
1)ordine crescente:gli elettroni occupano gli orbitali a partire da quello con energia più bassa e proseguendo con gli altri orbitali in ordine di energia crescente
2)principio di esclusione di Pauli: in un atomo non possono esserci due elettroni che abbiamo tutti e quattro i numeri quantici uguali
3)regola di Hund: quando sono disponibili orbitali con lo stesso valore di energia , gli elettroni tendono a occuparne il maggior numero possibile.
Un sottolivello è un tipo di orbitale che ha un determinato valore di energia, essi sono di tipo s, p, d, f.
Un sottolivello di tipo s può contenere al massimo 1 orbitale, tipo p al massimo 3 orbitale, tipo d 5 orbitali e tipo f 7 orbitali.
LA RADIOATTIVITA’
La stabilità dei nuclei
Il nucleo degli atomi è costituito da protoni e neutroni. Tra queste particelle c’è una forza di attrazione chiamata forza forte, finché questa forza sarà maggiore di quella di repulsione tra i protoni l’atomo sarà stabile. La presenza dei neutroni ha un ruolo determinante nell’attenuare l’effetto della repulsione tra protoni. Il numero di neutroni nel nucleo è uguale o maggiore del numero di protoni(tranne l’idrogeno),
per atomi leggeri fino a un numero di venti protoni basta che i neutroni siano uguali al numero di protoni, per nuclei più pesanti servono più neutroni.
Nessun atomo con più di 83 protoni è stabile,i nuclei instabili emettono particelle e si trasformano in altri nuclei fino a raggiungere la stabilità. Questo procedimento è chiamato decadimento.
Il decadimento β
Il decadimento beta avviene quando il rapporto tra neutroni e protoni è troppo alto cioè quando ci sono troppo neutroni. Un neutrone si scinde in un elettrone e protone, l’elettrone viene emesso sotto forma di particella beta e il protone rimane nel nuclei bilanciando il rapporto.
La cattura K
Avviene quando il rapporto neutroni/protoni è troppo basso, il nucleo cattura un elettrone del livello energetico più basso e si associa a un protone dando origine a un neutrone. Il posto dell’elettrone vuoto viene preso da un elettrone degli orbitali superiori. Tutti gli elettroni scalano di un posto e vi è un emissione di energia.
Il decadimento α
Per i nuclei con numero atomico da 84 in poi l’instabilità è dovuta al fatto che in essi ci sono troppi protoni perché le forze nucleari riescano a tenerli insieme in modo stabile. I nuclei emettono particelle alfa e perciò cambiano il proprio numero di massa e di protoni.
A volte basta una sola emissione di particelle alfa o beta, altre volte bisogna prima di raggiungere la stabilità un nucleo sono necessari diversi decadimenti.
Il tempo di dimezzamento è il tempo necessario perché si trasformi metà della quantità iniziale dell’elemento radioattivo.
IL SISTEMA PERIODICO (cap. 5)
Il raggio degli atomi diminuisce da sinistra verso destra lungo un periodo (o aumenta da destra verso sinistra) , e aumenta dall’alto verso il basso lungo un gruppo.
L’energia di ionizzazione è la quantità di energia necessaria per strappare un elettrone a un atomo neutro. Aumenta da sinistra a destra lungo un periodo e diminuisce dall’alto in basso lungo un gruppo.
L’affinità elettronica è la quantità di energia che si libera quando un atomo neutro acquista un elettrone diventando uno ione negativo. Aumenta dal basso verso l’alto lungo un gruppo e aumenta da sinistra a destra lungo un periodo.
L’elettronegatività è l’energia con il quale un atomo trattiene i suoi elettroni più esterni. Aumenta dal basso verso l’alto e aumenta da sinistra a destra lungo un periodo.
IL LEGAME CHIMICO(cap. 6)
Un legame ionico si forma quando la differenza di elettronegatività tra due atomi è superiore a 2.
Uno degli atomi , quello col valore di elettronegatività più alto strappa l’elettrone più esterno dell’altro diventando uno ione negativo mentre l’altro diventa uno ione positivo.
Il legame covalente si forma fra atomi i cui valori di elettronegatività non sono molto diversi.
Un legame covalente puro si forma tra atomi che hanno lo stesso valore di elettronegatività o valori molto vicini. Gli elettroni che vengono messi in comune fra i due atomi vengono attratti con la stessa forza da entrambi i nuclei e vengono ad essere condivisi in maniera uguale.
Il legame covalente polare si forma tra atomi che hanno elettronegatività diversa ma non tanto da rendere possibile un legame ionico.
Il numero dei possibili legami ionici che un atomo può formare dipende dal numero di elettroni spaiati che possiede, cioè gli elettroni che sono soli in un orbitale.
Si chiama valenza il numero di legami covalenti che un atomo può formare.
Il legame dativo è un legame covalente in cui i due elettroni di legami provengono da uno stesso atomo.
Nei metalli gli elettroni sono distanziati dal nucleo perché hanno bassi valori di elettronegatività ed energia di ionizzazione, perciò gli elettroni vengono detti delocalizzati.
Da questo derivano le proprietà dei metalli:
1)conducibilità elettrica
2)conducibilità termica
3)lucentezza
4)malleabilità e duttilità
Il legame più forte è quello covalente rispetto a quello metallico poiché la temperatura di vaporizzazione dei solidi covalenti è maggiore di quella dei metalli.
Le forze di van der Waals sono interazioni intermolecolari.