Scienziati in Erba Chimica

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1 Scienziati in Erba Chimica Acqua Oro Zucchero

2 La Chimica ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Cosa studia la chimica? Classificazione della materia Stati della materia Formule chimiche Atomo Tavola periodica degli elementi I legami chimici Le reazioni chimiche Acidi e basi La chimica organica

3 La vita è una reazione chimica Ambiente Crimine Medicina Cucina Chimica Vita Benessere Energia Arte

4 Si può vivere senza la chimica???

5 Cosa studia la chimica? La Chimica è lo studio della materia e dei cambiamenti che essa subisce 1. Materia è qualsiasi cosa che occupi spazio (un volume), sia dotata di massa ed energia. 2. Una sostanza è una forma di materia che ha una composizione definita e proprietà distinte.

6 Una miscela è una combinazione di due o più sostanze in cui le singole sostanze mantengono identità distinte. 1. Miscele omogenee la composizione della miscela è omogenea. bibite, leghe per saldare 2. Miscele eterogenee la composizione non è uniforme. cemento, limatura di ferro nella sabbia

7 Possono essere utilizzati mezzi fisici per separare una miscela nei suoi componenti puri. distillazione calamita

8 Un elemento è una sostanza che non può essere separata in sostanze più semplici attraverso mezzi chimici. sono stati identificati 114 elementi 82 elementi sono presenti naturalmente sulla Terra oro, alluminio, piombo, ossigeno, carbonio 32 elementi sono stati creati dagli scienziati tecnezio, americio, seaborgio

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10 Un composto è una sostanza composta da atomi di due o più elementi uniti chimicamente in proporzioni definite. I composti possono essere separati solo nei loro componenti puri (elementi) attraverso mezzi chimici. Acqua (H 2 O) Glucosio (C 6 H 12 O 6 ) Ammoniaca (NH 3 )

11 Classificazioni della Materia

12 Fisico o Chimico? Una trasformazione fisica non altera la composizione o l identità di una sostanza. dissoluzione in acqua dello zucchero fusione del ghiaccio Una trasformazione chimica fa variare la composizione o l identità delle sostanze coinvolte. L idrogeno brucia all aria per formare acqua

13 I Tre Stati della Materia gas liquido solido

14 Un po di definizioni... ü La materia è costituita da particelle piccolissime: atomi ü Molecola: insieme di atomi ü Elemento: sostanza costituita da un solo tipo di atomo ü Simboli chimici: Al, Cu, H, O, He. ü Composti: sostanze in cui due 2 o più elementi sono combinati chimicamente.

15 Un po di definizioni... Formula chimica: combinazione di simboli che rappresentano la composizione qualitativa e quantitativa di un composto Formula molecolare: mostra il tipo e il numero esatto di atomi che compaiono nella più piccola unità di una sostanza Acqua: H 2 O, Saccarosio: C 12 H 22 O 11 Formula minima: indica quali elementi sono presenti all'interno di un composto e il rapporto minimo tra essi Saccarosio CH 2 O

16 Formule molecolari e di struttura e modelli molecolari di quattro molecole comuni.

17 L atomo Acqua Oro Zucchero

18 La Teoria Atomica di Dalton (1808) 1. Gli Elementi sono composti da particelle estremamente piccole, denominate atomi. 2. Tutti gli atomi di un dato elemento sono identici ed hanno le stesse dimensioni, masse e proprietà chimiche, ma differiscono dagli atomi di tutti gli altri elementi. 3. I composti sono formati da atomi di almeno due elementi diversi. In qualsiasi composto, il rapporto del numero di atomi di qualsiasi coppia di elementi presenti è un numero intero e piccolo 4. Una reazione chimica coinvolge solo la separazione, la combinazione, o il riarrangiamento di atomi; il suo risultato non è la loro creazione dal nulla o la loro distruzione.

19 La Teoria Atomica di Dalton Ossigeno in CO e in CO 2

20 La Teoria Atomica di Dalton 16 X + 8 Y 8 X 2 Y

21 Tubo a raggi catodici J.J. Thomson, misurò massa/carica di un e - (1906 Premio Nobel in Fisica)

22 Tubo a raggi catodici

23 piastra caricata Esperimento di Millikan gocce d olio atomizzatore foro Misurò la massa di un e - (1923 Premio Nobel in Fisica) microscopio piastra caricata goccia d olio sotto osservazione e - carica = x C (Thomson) carica/massa di un e - = x 10 8 C/g e - massa = 9.10 x g

24 Il modello atomico di J.J. Thomson: Elettroni immersi in un sottofondo di carica positiva uniformemente distribuita.

25 L esperimento di Rutherford (1908 Premio Nobel in Chimica) velocità delle particelle α ~ 1.4 x 10 7 m/s (~5% velocità della luce) 1. La carica positiva dell atomo è concentrata nel nucleo 2. Il protone (p) ha carica opposta (+) rispetto all elettrone (-) 3. La massa di p è 1840 x massa di e - (1.67 x g)

26 Il modello atomico di Rutherford raggio atomico ~ 100 pm = 1 x m raggio nucleare ~ 5 x 10-3 pm = 5 x m Se l atomo avesse le dimensioni di uno stadio, il volume del suo nucleo sarebbe confrontabile con quello di una piccola biglia Rutherford ipotizzò che all interno del nucleo oltre ai protoni vi fosse un secondo tipo di particella neutra.

27 Esperimento di Chadwick (1932) (1935 Premio Nobel in Fisica) H atomi - 1 p; He atomi - 2 p massa He/massa H dovrebbe essere = 2 invece massa He/massa H = 4 α + 9 Be 1 n + 12 C + energia neutrone (n) è neutro (carica = 0) massa n ~ massa p = 1.67 x g

28 Il numero atomico, il numero di massa e gli isotopi numero atomico (Z) = numero di protoni nel nucleo numero di massa (A) = numero di protoni + numero di neutroni = numero atomico (Z) + numero di neutroni Isotopi sono atomi di uno stesso elemento (X) con un diverso numero di neutroni nel nucleo Numero di Massa Numero Atomico A Z X Simbolo dell elemento 1 H H (D) 1 H (T) U U 92 92

29 massa p = massa n = 1840 x massa e -

30 Il modello atomico di Bohr Nel 1913 Bohr sviluppa un modello partendo dal modello di" Rutherford + la teoria dei quanti di Planck. Teoria dei quanti di Planck L energia non è continua ma è formata dai cosiddetti quanti di energia che rappresentano l unità di energia. de Broglie Heisenberg Schroedinger

31 Schroedinger Mappe di probabilità: si ottengono unendo tutti i punti dello Spazio in cui la probabilità assume lo stesso valore (superfici). Nuvola elettronica: si considera la carica dell elettrone come se fosse diffusa e distribuita intorno al nucleo. Orbitali: numeri quantici.

32 Numeri quantici

33 Schroedinger

34 Configurazione elettronica

35 Metalli alcalini Metalli alcalino-terrosi Periodo Gruppo Alogeni Gas nobili

36 Il numero atomico, il numero di massa e gli isotopi numero atomico (Z) = numero di protoni nel nucleo numero di massa (A) = numero di protoni + numero di neutroni = numero atomico (Z) + numero di neutroni Isotopi sono atomi di uno stesso elemento (X) con un diverso numero di neutroni nel nucleo Numero di Massa Numero Atomico A Z X Simbolo dell elemento 1 H H (D) 1 H (T) U U 92 92

37 Gli isotopi dell idrogeno

38 È chiaro cos è un isotopo? Quanti protoni, neutroni, ed elettroni ci sono in 14 6 C? 6 protoni, 8 (14-6) neutroni, 6 elettroni Quanti protoni, neutroni, ed elettroni ci sono in 11 6 C? 6 protoni, 5 (11-6) neutroni, 6 elettroni 2.3

39 Una molecola è costituita da almeno due atomi in proporzioni definite e costanti, legati da forze chimiche H 2 H 2 O NH 3 CH 4 Una molecola biatomica contiene solo due atomi H 2, N 2, O 2, Br 2, HCl, CO Una molecola poliatomica contiene più di due atomi O 3, H 2 O, NH 3, CH 4

40 Uno ione è un atomo, o un gruppo di atomi, che presenta una carica positiva o negativa catione ione con una carica positiva Se un atomo neutro perde uno o più elettroni diventa un catione. Na 11 protoni 11 elettroni Na + 11 protoni 10 elettroni anione uno ione con una carica negativa Se un atomo neutro guadagna uno o più elettroni diventa un anione. Cl 17 protoni 17 elettroni Cl - 17 protoni 18 elettroni

41 È chiaro cos è uno ione? Quanti protoni ed elettroni ci sono in Al 3+? 13 protoni, 10 (13 3) elettroni Quanti protoni ed elettroni ci sono in Se 2-? 34 protoni, 36 (34 + 2) elettroni

42 Relazioni di massa nelle reazioni chimiche

43 Massa atomica è la massa di un atomo espressa in unità di massa atomica (uma) Per definizione: 1 atomo 12 C pesa 12 uma Con questa scala 1 H = uma 16 O = uma

44 Litio naturale è: 7.42% 6 Li (6.015 uma) 92.58% 7 Li (7.016 uma) massa atomica media del litio: 7.42 x x = uma

45 Massa atomica media (6.941)

46 La mole (mol) è la quantità di una sostanza che contiene tante unità elementari (atomi, molecole o altre particelle) quanti sono gli atomi contenuti esattamente in 12 g di 12 C 1 mol = N A = x Numero di Avogadro (N A )

47 Massa molare è la massa di 1 mole di uova scarpe marmi atomi in grammi 1 mole atomi 12 C = x atomi = g 1 atomo 12 C = uma 1 mole atomi 12 C = g 12 C 1 mole atomi litio= g di Li Per ogni elemento massa atomica (uma) = massa molare (grammi)

48 Una mole di: C S Hg Cu Fe

49 1 atomo 12 C uma x g x atomi 12 C = 1.66 x g 1 uma 1 uma = 1.66 x g o 1 g = x uma M = massa molare in g/mol N A = numero di Avogadro

50 È chiaro cos è la massa molare? Quanti atomi ci sono in g di potassio (K)? 1 mol K = g K 1 mol K = x atomi K g K x 1 mol K g K x x 1023 atomi K 1 mol K = 8.49 x atomi K

51 Massa molecolare (o peso molecolare) è la somma delle masse atomiche (in uma) in a molecola. SO 2 1S 2O SO uma + 2 x uma uma Per ogni molecola massa molecolare (uma) = massa molare (grammi) 1 molecola SO 2 = uma 1 mole SO 2 = g SO 2

52 Hai capito cos'è la massa molecolare? Quanti atomi di H ci sono in 72.5 g di C 3 H 8 O? 1 mol C 3 H 8 O = (3 x 12) + (8 x 1) + 16 = 60 g C 3 H 8 O 1 mol di molecole di C 3 H 8 O = 8 mol H atomi 1 mol H = x atomi H 72.5 g C 3 H 8 O 1 mol C 3 H 8 x O 60 g C 3 H 8 O x 8 mol H atomi 1 mol C 3 H 8 O x H atomi x = 1 mol H atomi 5.82 x atomi H

53 Massa dell'unità formula è la somma delle masse degli atomi (in uma) in una unità formula di un composto ionico. NaCl 1Na 1Cl NaCl uma uma uma Per ogni composto ionico Massa dell unità formula (uma) = = massa molare (grammi) 1 unità formula NaCl = uma 1 mole NaCl = g NaCl

54 È chiaro cos'è la massa dell unità formula? Qual è la massa dell unità formula di Ca 3 (PO 4 ) 2? 1 unità formula di Ca 3 (PO 4 ) 2 3 Ca 3 x P 2 x O + 8 x uma

55 La composizione percentuale di un elemento in un composto = n x massa molare elemento x 100% massa molare composto n è il numero di moli dell elemento in 1 mole del composto C 2 H 6 O 2 x (12.01 g) %C = g 6 x (1.008 g) %H = g 1 x (16.00 g) %O = g x 100% = 52.14% x 100% = 13.13% x 100% = 34.73% 52.14% % % = 100.0%

56 Composizione percentuale e formula empirica Determina la formula empirica di un composto che ha la seguente composizione percentuale in massa: K 24.75%, Mn 34.77%, O 40.51%. n K = g K x 1 mol K g K = mol K 1 mol Mn n Mn = g Mn x = mol Mn g Mn n O = g O x 1 mol O g O = mol O

57 Composizione percentuale e formula empirica n K = , n Mn = , n O = K : ~ Mn : = O : ~ KMnO 4