Sommario. 1 Materia ed energia 2. 3 Composti chimici Composizione chimica Atomi, ioni e la tavola. periodica 52

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1 Sommario Prefazione xii 1 Materia ed energia LA MATERIA E LE SUE CLASSIFICAZIONI 4 Composizione della materia 4 Rappresentazioni della materia 10 Stati della materia TRASFORMAZIONI CHIMICHE E FISICHE E PROPRIETÀ DELLA MATERIA 14 Proprietà fisiche 15 Trasformazioni fisiche 24 Proprietà chimiche 25 Trasformazioni chimiche ENERGIA E TRASFORMAZIONI DELL ENERGIA LA RICERCA SCIENTIFICA 31 Osservazioni 31 Ipotesi 32 Leggi 33 Teorie 33 La ricerca scientifica in pratica 34 Sommario 35 Strumenti matematici 1.1 Notazione scientifica 36 Strumenti matematici 1.2 Cifre significative 38 Strumenti matematici 1.3 Unità e conversioni 41 Relazioni chiave 45 Parole chiave 45 Quesiti e problemi 45 2 Atomi, ioni e la tavola periodica TEORIA ATOMICA DI DALTON STRUTTURA DELL ATOMO 56 Particelle subatomiche 56 L atomo nucleare 58 Isotopi, numero atomico e numero di massa IONI MASSA ATOMICA LA TAVOLA PERIODICA 71 Classificazione degli elementi 71 Ioni e tavola periodica 74 Sommario 76 Parole chiave 76 Quesiti e problemi 77 3 Composti chimici COMPOSTI IONICI E MOLECOLARI IONI MONOATOMICI E POLIATOMICI 91 Ioni monoatomici 91 Ioni poliatomici FORMULE DEI COMPOSTI IONICI NOMENCLATURA DEI COMPOSTI IONICI NOMENCLATURA E SCRITTURA DI COMPOSTI MOLECOLARI ACIDI E BASI PREVISIONE DELLE PROPRIETÀ E NOMENCLATURA DEI COMPOSTI 111 Sommario 112 Parole chiave 113 Quesiti e problemi Composizione chimica COMPOSIZIONE PERCENTUALE QUANTITÀ IN MOLI 125 Moli e particelle 125 Massa molare DETERMINAZIONE DELLE FORMULE EMPIRICHE E MOLECOLARI 133 Formule empiriche e molecolari 133 vi bau11072_fm_ita.indd 6 22/06/

2 Sommario vii Determinazione delle formule empiriche 135 Formule empiriche a partire dalla composizione percentuale 136 Formule empiriche di composti contenenti più di due elementi 137 Formule empiriche con rapporti molari frazionari 139 Formule molecolari a partire dalle formule empiriche 140 Determinazione della composizione percentuale COMPOSIZIONE CHIMICA DELLE SOLUZIONI 143 Concentrazione 143 Percentuale in massa 144 Molarità 145 Diluizione 149 Sommario 151 Relazioni chiave 152 Parole chiave 152 Quesiti e problemi Reazioni ed equazioni chimiche COS È UNA REAZIONE CHIMICA? COME CI ACCORGIAMO CHE STA AVVENENDO UNA REAZIONE CHIMICA? SCRIVERE LE EQUAZIONI CHIMICHE PREVISIONI SULLE REAZIONI CHIMICHE 169 Reazioni di decomposizione 173 Reazioni di combinazione 175 Reazioni di scambio singolo 177 Reazioni di doppio scambio 180 Reazioni di combustione RAPPRESENTAZIONE DI REAZIONI IN SOLUZIONE ACQUOSA 187 Sommario 189 Parole chiave 190 Quesiti e problemi Quantità nelle reazioni chimiche IL SIGNIFICATO DI UN EQUAZIONE BILANCIATA CONVERSIONI MOLE-MOLE CONVERSIONI MASSA-MASSA REAGENTI LIMITANTI PERCENT YIELD TRASFERIMENTO E TRASFORMAZIONE DELL ENERGIA 221 Legge di conservazione dell energia 221 Energia scambiata nelle reazioni chimiche 222 Quantità di calore SCAMBI DI CALORE NELLE REAZIONI CHIMICHE 230 Sommario 233 Relazioni chiave 234 Parole chiave 234 Quesiti e problemi Struttura elettronica dell atomo RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA ED ENERGIA 246 Proprietà della radiazione elettromagnetica 247 Spettri atomici IL MODELLO DI BOHR DELL ATOMO DI IDROGENO IL MODERNO MODELLO DELL ATOMO 255 Diagrammi orbitali per atomi multielettronici 257 Configurazioni elettroniche PERIODICITÀ DELLE CONFIGURAZIONI ELETTRONICHE ELETTRONI DI VALENZA DEGLI ELEMENTI DEI GRUPPI PRINCIPALI CONFIGURAZIONI ELETTRONICHE DEGLI IONI PROPRIETÀ PERIODICHE DEGLI ATOMI 271 bau11072_fm_ita.indd 7 22/06/

3 viii Sommario Reattività chimica e configurazioni elettroniche 271 Energia di ionizzazione 273 Dimensioni degli atomi 277 Dimensioni degli ioni 278 Sommario 280 Relazioni chiave 281 Parole chiave 281 Quesiti e problemi Il legame chimico TIPI DI LEGAME 288 Legami ionici e covalenti 289 Legami covalenti polari e non polari 291 Elettronegatività LEGAME IONICO 294 Simboli di Lewis 294 Strutture dei cristalli ionici LEGAME COVALENTE 297 La regola dell ottetto 298 Formule di Lewis di elementi biatomici 298 Elettroni di valenza e numero di legami 299 Strutture delle molecole covalenti 301 Eccezioni alla regola dell ottetto 306 Legame nei composti del carbonio FORME DELLE MOLECOLE 310 La teoria Valence-Shell Electron-Pair Repulsion 310 Polarità delle molecole 316 Sommario 319 Parole chiave 319 Quesiti e problemi Lo stato gassoso IL COMPORTAMENTO DEI GAS 329 Temperatura e densità 329 Pressione FATTORI CHE INFLUISCONO SULLE PROPRIETÀ DEI GAS 333 Volume e pressione 333 Volume e temperatura 337 Volume, pressione e temperatura 340 La legge di Gay-Lussac dei volumi di combinazione 342 L ipotesi di Avogadro LA LEGGE DEI GAS IDEALI 345 Calcoli con la legge dei gas ideali 346 Legge di Dalton delle pressioni parziali TEORIA CINETICO-MOLECOLARE DEI GAS 350 Postulati della teoria cineticomolecolare 350 Diffusione ed effusione GAS E REAZIONI CHIMICHE 353 Volume dei prodotti a partire dal volume dei reagenti 353 Moli e massa dal volume 355 Sommario 356 Strumenti matematici 9.1 I grafici 357 Strumenti matematici 9.2 Risolvere semplici equazioni algebriche 359 Relazioni chiave 361 Parole chiave 361 Quesiti e problemi Gli stati liquido e solido CAMBIAMENTI DI STATO 375 Transizioni di fase liquido-gas 377 Transizioni di fase liquido-solido 380 Transizioni di fase solido-gas 381 Curve di raffreddamento e riscaldamento 383 Cambiamenti di energia FORZE INTERMOLECOLARI 388 Forze di dispersione di London 388 Forze dipolo-dipolo 390 Legame idrogeno 391 Andamenti nelle forze intermolecolari PROPRIETÀ DEI LIQUIDI 397 Densità 397 Viscosità 398 Tensione superficiale PROPRIETÀ DEI SOLIDI 401 Cristalli e reticoli cristallini 401 Tipi di solidi cristallini 401 Sommario 409 Relazioni chiave 409 Parole chiave 409 Quesiti e problemi 410 bau11072_fm_ita.indd 8 22/06/

4 Sommario ix 11 Soluzioni LA COMPOSIZIONE DELLE SOLUZIONI IL PROCESSO DI DISSOLUZIONE FATTORI CHE INFLUENZANO LA SOLUBILITÀ 426 Struttura 426 Temperatura 428 Pressione MISURAZIONE DELLE CONCENTRAZIONI DELLE SOLUZIONI 430 Percentuale in massa 432 Percentuale in volume 434 Percentuale massa/volume 434 Parti per milione e parti per miliardo 435 Molarità 436 Molalità QUANTITÀ NELLE REAZIONI CHE AVVENGONO IN SOLUZIONE 438 Reazioni di precipitazione 438 Titolazioni acido-base PROPRIETÀ COLLIGATIVE 444 Pressione osmotica 444 Abbassamento della pressione di vapore 446 Innalzamento del punto di ebollizione 447 Depressione del punto di congelamento 448 Proprietà colligative ed elettroliti forti 449 Sommario 450 Relazioni chiave 451 Parole chiave 451 Quesiti e problemi Velocità di reazione ed equilibrio chimico VELOCITÀ DI REAZIONE TEORIA DELLE COLLISIONI CONDIZIONI CHE INFLUISCONO SULLE VELOCITÀ DI REAZIONE 465 Concentrazione ed area superficiale 466 Temperatura 466 Catalizzatori EQUILIBRIO CHIMICO LA COSTANTE DI EQUILIBRIO 474 L espressione della costante di equilibrio 475 Previsione della direzione di una reazione 478 Equilibrio eterogeneo IL PRINCIPIO DI LE CHATELIER 483 Concentrazione di reagenti e prodotti 483 Volume del recipiente di reazione 485 Temperatura 488 Catalizzatori 490 Aumento della resa di prodotto 490 Sommario 491 Relazioni chiave 492 Parole chiave 492 Quesiti e problemi Acidi e basi COSA SONO ACIDI E BASI? 502 Definizioni di acido e base 502 Coppie coniugate acido-base 504 Atomi di idrogeno acidi ACIDI E BASI FORTI E DEBOLI 506 Acidi forti 507 Basi forti 507 Acidi deboli 508 Basi deboli FORZE RELATIVE DI ACIDI DEBOLI 513 Costanti di ionizzazione degli acidi 513 Acidi poliprotici SOLUZIONI ACIDE, BASICHE E NEUTRE 516 Il prodotto ionico dell acqua 516 Calcolo delle concentrazioni degli ioni H 3 O + e OH LA SCALDA DEL ph 520 Calcolo del ph 520 Calcolo del poh 523 Calcolo delle concentrazioni dal ph o dal poh 524 Misurazione del ph SOLUZIONI TAMPONE 527 Sommario 531 Strumenti matematici 13.1 Funzioni logaritmo e inverso del logaritmo 531 Relazioni chiave 534 bau11072_fm_ita.indd 9 22/06/

5 x Sommario Parole chiave 534 Quesiti e problemi Reazioni di ossidoriduzione COS È UNA REAZIONE DI OSSIDORIDUZIONE? NUMERI DI OSSIDAZIONE BATTERIE BILANCIAMENTO DI SEMPLICI EQUAZIONI DI OSSIDORIDUZIONE BILANCIAMENTO DI EQUAZIONI DI OSSIDORIDUZIONE COMPLESSE ELETTROCHIMICA 568 Celle voltaiche 569 Celle elettrolitiche PREVENZIONE DELLA CORROSIONE 574 Sommario 576 Parole chiave 576 Quesiti e problemi Chimica nucleare RADIOATTIVITÀ 586 Decadimento nucleare 586 Radiazione REAZIONI NUCLEARI 588 Equazioni delle reazioni nucleari 588 Acceleratori di particelle 595 Prevedere le reazioni di decadimento nucleare spontaneo VELOCITÀ DI DECADIMENTO RADIOATTIVO 599 Rivelazione della radiazione 599 Semi-vite 600 Datazione archeologica 602 Datazione geologica APPLICAZIONI DEGLI ISOTOPI IN CAMPO MEDICO 604 Fonti di energia 604 Diagnosi mediche 604 Tomografia ad emissione di positroni 605 Terapia del cancro EFFETTI BIOLOGICI DELLE RADIAZIONI 606 Esposizione alla radiazione 606 Radon ENERGIA NUCLEARE 609 Fissione dell uranio Reazioni a catena 610 Reattori di fissione 611 Reattori di fusione 612 Sommario 614 Parole chiave 615 Quesiti e problemi Chimica organica RAPPRESENTAZIONE DELLE MOLECOLE ORGANICHE IDROCARBURI 628 Classi di idrocarburi 628 Petrolio IDROCARBURI ACICLICI 631 Alcani 631 Alcheni ed alchini IDROCARBURI CICLICI 641 Cicloalcani e cicloalcheni 641 Idrocarburi aromatici ALCOOLI ED ETERI 645 Alcooli 645 Eteri ALDEIDI E CHETONI 647 Aldeidi 647 Chetoni ACIDI CARBOSSILICI ED ESTERI 648 Acidi carbossilici 648 Esteri AMMINE NOMENCLATURA ORGANICA 653 Alcani 653 Alcheni ed alchini 653 Idrocarburi aromatici 654 Altre convenzioni di nomenclatura 654 Sommario 655 Parole chiave 655 Quesiti e problemi 656 bau11072_fm_ita.indd 10 22/06/

6 Sommario xi 17 Biochimica PROTEINE 665 Composizione delle proteine 665 Idrolisi delle proteine 672 Struttura delle proteine 674 Denaturazione delle proteine ACIDI NUCLEICI 679 Struttura degli acidi nucleici 680 L acido deossirbonucleico e la replicazione 683 Acido ribonucleico, trascrizione e traduzione CARBOIDRATI 688 Carboidrati semplici 689 Carboidrati complessi LIPIDI 695 Sommario 700 Parole chiave 701 Quesiti e problemi 701 Appendici A-1 A INFORMAZIONI DI RIFERIMENTO UTILI A-1 B STRUMENTI MATEMATICI A-3 C SOLUZIONI DEI PROBLEMI PRATICI A-4 D SOLUZIONI DI QUESITI E PROBLEMI SELEZIONATI A-9 Glossario G-1 Crediti C-1 Indice I-1 bau11072_fm_ita.indd 11 22/06/