Chimica. Lezione 1 La materia

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1 Chimica Lezione 1 La materia

2 Materia Tutte le sostanze che costituiscono l universo Infinita varietà di forme Classificazione a seconda dello stato FISICO (solido, liquido, gassoso) o della COMPOSIZIONE (elemento, composto, miscela)

3 SOSTANZE PURE (composizione costante) Composti Elementi MISCELE (composizione variabile) M. OMOGENEE: uguali proprietà in ogni punto M. ETEROGENEE: due o più fasi con un proprio insieme di proprietà

4 Elemento Porzione omogenea di materia costituita da atomi tutti dello stesso tipo Sostanza pura, caratterizzata da atomi tutti Sostanza pura, caratterizzata da atomi tutti uguali, cioè aventi lo stesso numero atomico

5 Elementi Una sostanza che non può essere decomposta in due o più sostanze si definisce elemento. Si rappresenta con un simbolo (es. Au). L atomo è la più piccola particella di un elemento che possiede le proprietà chimiche di quell elemento. Le proprietà fisiche caratteristiche di un elemento sono la massa, la forma le dimensioni. neon rame cloro

6 Elementi e composti Composto: sostanza pura che si può decomporre, con trattamenti chimici, in sostanze più semplici Molecole formate da due o più atomi diversi HCl, H 2 O, NH 3 Elemento: sostanza pura che non può essere decomposta in sostanze più semplici Molecole formate da atomi di un solo tipo Ne, Cu, Cl Atomi

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8 Sostanza pura Se si preleva un campione in un punto piuttosto che in un altro si incontrano molecole tutte dello stesso tipo (H 2 O) 2 Le sostanze pure possono essere anche composti (H 2 O, NaCl)

9 Composto Porzione di materia non costituita da atomi di una sola specie che si presenta come OMOGENEA (cioè con caratteristiche uguali in ogni suo elemento di volume) Manifesta proprietà specifiche e composizione chimica costanti Può essere costituito da due o più specie di atomi, chimicamente combinati in rapporti definiti

10 Composti Molte sostanze pure possono essere separate in sostanze più semplici mediante trasformazioni chimiche. Una sostanza che può essere decomposta in due o più sostanze si definisce composto. Un composto si rappresenta con una formula chimica. (es. H 2 SO 4 ) e ha una composizione definita e costante. La molecola è la più piccola particella di un composto che possiede le proprietà chimiche di quel composto acqua: H 2 O cloruro di idrogeno: HCl ammoniaca: NH 3

11 Miscela Insieme di più INDIVIDUI CHIMICI Individuo chimico è una specie omogenea di materia con composizione definita ed invariabile Elementi e composti sono individui chimici

12 Confronto tra le caratteristiche di una miscela e quelle di un composto MISCELA I componenti possono essere presenti in qualsiasi rapporto di peso I componenti della miscela si possono separare con mezzi fisici Le miscele non possono essere rappresentate con una formula chimica, perché i componenti possono essere presenti in quantità variabile COMPOSTO I componenti di un composto si possono separare soltanto attraverso reazioni chimiche I componenti sono presenti in quantità che stanno tra loro secondo precisi rapporti in peso Ha un formula chimica definita zolfo ferro Miscela di zolfo e ferro zolfo ferro Solfuro di ferro FeS

13 Composti e miscele Un composto è una sostanza costituita da almeno due atomi di tipo diverso chimicamente combinati in rapporti definiti Una miscela è un insieme di due più sostanze di cui ciascuna mantiene la propria identità

14 Miscela omogenea Porzione di materia omogenea formata da due o più sostanze In qualsiasi punto si faccia un prelievo si trovano sempre le stesse molecole, nella stessa percentuale È un insieme di individui chimici (molecole o composti) Deve avere gli stessi composti in ogni punto, nella stessa percentuale

15 Miscela eterogenea È una porzione di materia di composizione diversa da punto a punto, nella quale sono cioè distinguibili FASI diverse Fase è una porzione omogenea di materia limitata da superfici di separazione fisicamente definite

16 Quando due sostanze si combinano per formare un composto, le loro masse si combinano in proporzioni definite e costanti Le quantità in massa di un elemento che si combinano con la stessa quantità di un altro elemento per formare diversi composti, stanno tra loro in rapporti espressi da numeri interi Nelle reazioni tra gas i volumi di gas che reagiscono tra loro stanno in rapporto semplice di numeri interi Quando due elementi si combinano tra loro o con un terzo elemento le quantità che si combinano con una quantità fissa del terzo elemento sono uguali a quelle che si combinano tra loro

17 Ipotesi atomica Dalton, 1905 Le sostanze elementari sono costituite da corpuscoli uguali e indivisibili

18

19 Numero di massa (A) Z+N Z=numero di protoni N=numero di neutroni NUCLIDE= specie atomica caratterizzata da una ben determinata composizione del nucleo (atomo contrassegnato dal suo numero atomico e di massa) Due nuclidi aventi lo stesso numero atomico ma masse diverse si dicono ISOTOPI

20 Isotopi Isotopi di uno stesso elemento hanno lo stesso n di protoni (e quindi di elettroni) ma un diverso n di neutroni hanno lo stesso n atomico (Z) ma un diverso n di massa (A) diversa massa

21 Esercizio 1.1 Indicare il nome e determinare il numero di protoni, elettroni e neutroni nei seguenti isotopi 31 15P Ba U

22 Miscele isotopiche Il nucleo di un atomo di numero atomico Z è formato dall insieme di Z protoni e N neutroni Con Z protoni possono però essere stabili più nuclei, diversi nel numero di neutroni In natura gli elementi sono presenti sotto forma di miscele isotopiche Gli isotopi hanno uguali proprietà chimiche e diverse proprietà fisiche

23 L ossigeno presente in natura è formato per il 99,76% da 16 8O per lo 0,04% da 17 8O e per lo 0,20% da 18 8O 8

24 Le proprietà chimiche degli atomi non dipendono quindi dalla struttura del nucleo (e solo pochissimo dalla massa) La reattività degli atomi è data dagli elettroni che sono in moto attorno al nucleo su orbite elettroniche Le dimensioni dell atomo corrispondono alle orbite elettroniche più esterne

25 Pesi atomici assoluti Nelle reazioni chimiche le quantità delle sostanze che entrano in reazione si calcolano in base alle masse dei loro atomi Le masse atomiche si riferiscono alla MASSA MEDIA della MISCELA ISOTOPICA I valori assoluti delle masse atomiche si usano solo in casi particolari

26 Pesi atomici relativi Nei comuni calcoli chimici intervengono sempre i pesi atomici relativi I pesi atomici relativi vengono riferiti alla massa atomica del nuclide 12 6C (il tutto moltiplicato per 12) La massa assoluta del 12 6C è 1,9926 x g Una unità di massa atomica è 1/12 della massa dell isotopo 12 6C

27 Massa atomica relativa Per massa atomica relativa di un nuclide isotopo si intende la massa di quel nuclide espressa in unità di massa atomica (u.m.a.) Risulta dal rapporto tra la massa atomica assoluta di quel nuclide e 1/12 della massa del nuclide 12 6C E ADIMENSIONALE

28 Massa assoluta 12 6C=1,9926 x g Una unità di massa atomica (UMA) è pari a 1/12 della massa dell isotopo 12 6C, ovvero è pari a 1,6605 x g Per MASSA ATOMICA RELATIVA di un nuclide isotopo si intende la massa di un atomo di quel nuclide espressa in UMA Risulta dal rapporto tra la massa atomica ASSOLUTA di quel nuclide e 1/12 della massa del nuclide 12 6C

29 Esercizio 1.2 La massa assoluta del nuclide 23 11Na è 38,103 x g. Calcolare la sua massa in UMA. M( 23 11Na)=38,103 x g/1,6605 x g x UMA -1 =22,98 UMA La massa dell isotopo 23 11Na è 23 volte più grande di quella del 12 6C/12

30 Esercizio 1.3 Facciamo reagire, nelle opportune condizioni, lo zolfo (S) e l ossigeno molecolare (O 2 ) S + O 2 SO 2 In 100g di SO 2 sono presenti 50g di O e 50g di S n= numero atomi in 50g di S 2n= numero atomi in 50g di O Numero atomi (n) x massa (g) di un atomo di S=50g Numero atomi (2n) x massa (g) di un atomo di O=50g [n (atomi) x massa (g) di un atomo di S] /2n x m di un atomo di O = 1

31 PERIODI GRUPPI BLOCCHI INERTI METALLI METALLI NON METALLI s2 f14 d10 p6

32 LA CONFIGURAZIONE ELETTRONICA DI UN ELEMENTO DETERMINA LA POSIZIONE CHE LO STESSO OCCUPA NELLA TABELLA PERIODICA

33 Un PERIODO è una riga orizzontale della tavola periodica Il 1 periodo è cortissimo, ha due atomi e configurazione elettronica 1s 2 Il 2 periodo è corto, ha 8 atomi e configurazione elettronica 2s 2 2p 6 Il 3 periodo è corto, ha 8 atomi e configurazione elettronica 3s 2 3p 6 Il 4 periodo è lungo, ha 18 atomi e configurazione elettronica 4s 2 3d 10 4p 6 Il 5 periodo è lungo, ha 18 atomi e configurazione elettronica 5s 2 4d 10 5p 6 Il 6 periodo è lunghissimo, ha 32 atomi e configurazione elettronica 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 Il7 periodo è incompleto, con configurazione elettronica 7s 2 5f 14 6d 10 7p 6

34 GRUPPI Il 1 gruppo ha configurazione elettronica s 1 : metalli, atomi che tendono a perdere elettroni acquistando la configurazione stabile dei gas nobili; riducenti (cedono elettroni obbligando un altro atomo a ridurre il numero di ossidazione, numero reale o virtuale di protoni) e cationogeni, cioè generatori di cationi (atomi o gruppo di atomi con carica positiva: se cedono un elettrone il nucleo acquista un protone).

35 Il 2 gruppo: metalli ( cationogeni e riducenti) con configurazione elettronica s 2 Il 3 gruppo ha configurazione elettronica s 2 p 1 Il 4 gruppo ha configurazione elettronica s 2 p 1 p 1

36 Il 5 gruppo ha configurazione elettronica s 2 p 1 p 1 p 1 Il 6 gruppo ha configurazione elettronica s 2 p 2 p 1 p 1 Il 7 gruppo è composto dai non metalli anionogeni, cioè generatori di anioni, e ossidanti, che tendono ad acquistare elettroni; ha configurazione elettronica s 2 p 2 p 2 p 1. L 8 gruppo è costituito dai gas nobili o gas inerti ( non reagiscono poiché già possiedono la configurazione elettronica stabile s 2 p 6 regola dell OTTETTO).

37 BLOCCHI I BLOCCHI SONO 4, QUANTI SONO I SOTTOLIVELLI ENERGETICI: Il blocco s è costituito da tutti metalli (formato da 2 gruppi). Il blocco f è costituito da elementi di transizione interna tutti anfoteri, possono cioè essere metalli e non metalli (a seconda del numer odi ossidazione alto/basso: proprietà metalliche o non metalliche); 14 gruppi. Il blocco d è costituito da elementi di transizione tutti anfoteri; 10 gruppi. Il blocco p è costituito da inerti, non metalli (sulla diagonale boro astato e sopra), e da anfoteri (sotto la diagonale).

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