TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI

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1 TAVLA PERIDICA DEGLI ELEMENTI Nel 1869 i chimici Mendeleev (russo) e Meyer (tedesco) indipendentemente trovarono che ordinando gli elementi in ordine di peso atomico e disponendoli in file orizzontali una sopra l'altra, gli elementi di ogni colonna avevano proprietà simili. ggi, in maniera più corretta, gli elementi sono disposti per numero atomico, Z, crescente. Tale disposizione tabulare degli elementi è nota come tavola periodica: un periodo è composto dagli elementi di una qualsiasi fila orizzontale un gruppo è costituito dagli elementi di una qualsiasi colonna verticale Il primo periodo è costituito da due elementi: idrogeno e elio. Il secondo e il terzo periodo sono costituiti da 8 elementi. Il quarto e il quinto periodo sono costituiti da 18 elementi. Il sesto periodo è costituito da 32 elementi (14 a parte). Il settimo periodo è incompleto (fino al 109?). La tabella è costituita da 18 gruppi più i 14 elementi di transizione interna (lantanidi e attinidi). I gruppi sono numerati secondo due convenzioni: 1) I A VIII A e I B VIII B 2) 1 18 nell'ordine

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3 Dal 1969 si usa una scala basata sul carbonio-12 ossia sull'isotopo 12 C A tale isotopo è stata arbitrariamente assegnata una massa di 12 unità di massa atomica. Una unità di massa atomica (a.m.u.)= un dodicesimo della massa dell'atomo di carbonio-12 = 1, Kg Peso atomico= massa atomica media di un elemento allo stato naturale espresso in unità di massa atomica ggi è possibile misurare accuratamente le masse atomiche tramite uno strumento chiamato spettrometro di massa

4 FRMULA CIMICA

5 FRMULA CIMICA E' una notazione che usa i simboli atomici con dei numeri a pedice per indicare le quantità relative degli elementi che costituiscono la sostanza. In tale accezione è anche nota come formula empirica o formula minima. NaCl 1:1 Al 2 3 2:3 Questo è il tipo più semplice di formula chimica. Prima di passare a formule chimiche più elaborate occorre considerare la classificazione delle sostanze in due tipi principali: sostanze molecolari o sostanze ioniche

6 Sostanze molecolari Una molecola è un gruppo di atomi connessi da legami chimici (forti). Una sostanza molecolare è una sostanza composta da molecole tutte uguali.

7 Una formula molecolare è una formula chimica che dà l'esatto numero degli atomi di una molecola. La formula di struttura mostra come sono legati fra di loro gli atomi di una molecola. Acqua Ammoniaca Idrazina Formula empirica 2 N 3 N 2 Formula molecolare 2 N 3 N 2 4 Formula di struttura N N N

8 Sostanze ioniche Uno ione è una particella carica ottenuta da un atomo o un gruppo di atomi legati chimicamente per addizione o sottrazione di elettroni. Anione: ione carico negativamente Cl S 4 2- Catione: ione carico positivamente Na + Ca 2+ Un composto ionico è un composto costituito da cationi ed anioni tenuti assieme da forze elettrostatiche in una disposizione spaziale regolare. In tali casi si parla di unità formula più che di formula chimica e non si può definire una molecola NaCl 1 ione Na + per ogni ione Cl Fe 2 (S 4 ) 3 2 ioni Fe 3+ per 3 ioni S 4 2-

9 I composti chimici sono suddivisi in: Composti organici: composti del carbonio, considerabili come derivati da idrocarburi (composti di carbonio e idrogeno) Composti inorganici: composti formati da tutti gli altri elementi, inclusi alcuni composti semplici del carbonio (C, C 2, ecc.)

10 STECIMETRIA

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12 MLE E MASSA MLARE Una mole è definita come la quantità di una data sostanza che contiene tante molecole, o unità formula, pari al numero di atomi presenti in 12 g di carbonio-12. Il numero di atomi in un campione di 12 g di carbonio-12 è chiamato numero di Avogadro N A =6,022 x Si sceglie il valore di N A in modo che N A molecole abbiano una massa in grammi numericamente uguale alla massa molecolare. N A particelle (atomi, molecole, etc.) = 1 mole

13 La massa molare rappresenta la massa di una mole di una sostanza quindi che conterrà quindi un numero di atomi pari al numero di Avogadro 6,2x10 23 Il calcolo è semplice: basta trovare una quantità in grammi di una determinate sostanza pari alla somma dei pesi atomici Esempio: NaCl Na: pa 23 Cl: pa 35,5 Totale: 58,5 Massa molare: 58,5 gr/lt di soluzione

14 Una mole di particelle = un numero di Avogadro di particelle 1,0 mol di atomi di carbonio = 6, atomi di carbonio 1,0 mol di molecole di ossigeno = 6, molecole di ossigeno 1,0 mol di elettroni = 6, elettroni

15 REAZINI CIMICE Equazioni chimiche Una equazione chimica è la rappresentazione simbolica di una reazione chimica in termini di formule chimiche 2 Na + Cl 2 2 NaCl Reagente Prodotto Coefficiente stechiometrico In molti casi è utile indicare sli stati o le fasi delle sostanze ponendo appropriati simboli fra parentesi indicanti le fasi dopo le formule (g) = gas (l) = liquido (s) = solido (aq) = soluzione acquosa L'equazione precedente diventa così: 2Na(s) + Cl 2 (g) 2 NaCl(s)

16 BILANCIAMENT DI REAZINI CIMICE Quando in una equazione chimica i coefficienti stechiometrici sono scritti correttamente il totale degli atomi di ogni elemento è uguale in entrambi i membri dell'equazione. L'equazione chimica è allora bilanciata. 2 N N 2 2 atomi N 2 atomi N 4 atomi 4 atomi K!

17 Un equazione chimica va bilanciata scegliendo opportunamente i coefficienti stechiometrici C C propano non bilanciata Procedimento per tentativi atomi di C atomi di atomi di 1 C C C C C C C C bilanciata

18 Soluzioni a concentrazione nota Per preparare una soluzione a concentrazione nota bisogna fare alcuni calcoli (proporzioni, percentuali) ed eseguire semplici procedure. È necessario, comunque, fare attenzione all unità di misura utilizzata per esprimere la concentrazione: percentuale in massa (massa soluto in gr./100 gr di soluzione) percentuale in volume (volume soluto in ml/100 ml soluzione) percentuale massa/volume (massa soluto in g/100 ml soluzione) molarità (moli soluto/litro soluzione) molalità (moli soluto/kg solvente)

19 ESERCITAZINi CREARE UNA SLUZINE in percentuale massa su volume Prepariamo 5 ml di una soluzione al 3% in massa. Si tratta quindi di percentuale in massa su volume. una soluzione al 3% in peso contiene 3 g di soluto in 100 ml di soluzione; dovendo preparare solo 5 ml di soluzione, applichiamo la seguente proporzione: 3 g (soluto) : 100 ml (soluzione) = X g (soluto) : 5 ml (soluzione) Quindi avremo: X g (soluto) = (3g x 5ml)/100ml = 0,15 g soluto 5 ml di una soluzione di NaCl al 3% in peso conterranno perciò 0,15 g di NaCl

20 CREARE UNA SLUZINE MADRE PIU CNCENTRATA Problema: Vogliamo preparare una soluzione per substrati di 1000 ml di acqua (solvente) che contenga 5 grammi di soluto. Vogliamo però creare una soluzione madre utilizzabile più volte, in modo da non dover ogni volta effettuare le operazioni di pesatura del soluto Quindi: una soluzione allo 0,5% in peso contiene 5 g di soluto in 1000 g di soluzione; ed in 100 ml? Primo passaggio Fare la proporzione per fare una soluzione di 100 ml alla stessa concentrazione: 5 g (soluto) : 1000 ml (soluzione) = X g (soluto) : 100 ml (soluzione) Quindi avremo X g (soluto) = 5g x 100ml/1000ml = 0,5 g soluto Secondo passaggio Creare una soluzione più concentrata Se voglio avere una soluzione più concentrata (es. una soluzione madre più concentrata di 40 volte) dovremo moltiplicare la quantità di soluto per 40 0,5 g di soluto x 40= 20g Mettendo quindi 20 gr di soluto avrò una soluzione al 20%, quindi la concentrazione è aumentata di 40 volte

21 Terzo passaggio Calcolare quanti ml della soluzione madre dovrò prelevare Quindi in un litro quanti ml di soluzione madre dovrò mettere per avere una soluzione allo 0,5%? Poniamoci questa domanda: se in 100 ml di soluzione ci sono 20 gr di soluto, quanti ml conterranno 5 gr? Basta quindi fare una semplice proporzione 20 gr di soluto : 100 ml di solvente = 5 gr di soluto : X ml di solvente X ml = (100 mlx5gr)/20 gr = 25 ml 25 ml di soluzione madre, conterranno 0,5 gr di soluto

22 Ricapitolando Passaggio 1: fare la proporzione per individuare la percentuale di soluto da immettere nella soluzione madre «tal quale» 5 g (soluto) : 1000 ml (soluzione) = X g (soluto) : 100 ml (soluzione) X g (soluto) = 5 x 100/1000 = 0,5 g soluto Passaggio 2: creare una soluzione più concentrata 40X 0,5 g di soluto x 40= 20g Passaggio 3: individuare quanti ml di soluzione madre sarà necessario inserire nel substrato da preparare 20 g (soluto) : 100 ml (soluzione) = 5 g (soluto) : X ml (soluzione) X g (soluto) = (5 x 100)/20 = 25 ml di soluzione

23 E frequente preparare una soluzione madre contenente più reagenti insieme in modo da non dover miscelare continuamente più soluti Acido Borico (3B3): Solfato di Rame (CuS4): Ioduro di Potassio (KI): Fase 1 : calcolo delle concentrazioni su soluzioni ridotte Per esempio, in un substrato da 1000 ml devo inserire 0,0062 gr/lt (6,2 mg) 0,0025 gr/lt (2,5 mg) 0,00083 gr/lt (0,83 mg) Acido Borico: Solfato di Rame: Ioduro di Potassio: 0,0062 g (soluto) : 1000 ml (soluzione) = X g (soluto) : 100 ml (soluzione) X g acido Borico = (0,0062 g x 100ml)/1000ml = 0,00062 g soluto 0,0025 g (soluto) : 1000 ml (soluzione) = X g (soluto) : 100 ml (soluzione) X g Solfato di Rame = (0,0025 g x 100ml)/1000 ml = 0,00025 g soluto 0,00083 g (soluto) : 1000 ml (soluzione) = X g (soluto) : 100 ml (soluzione) X g Ioduro di K = (0,00083g x 100ml)/1000ml = 0, g soluto Fase 2 : creare una soluzione più concentrata: ipotizziamo di volere una soluzione madre più concentrata di 1000 volte Acido Borico: Solfato di Rame: Ioduro di Potassio: 0,00062 g soluto x 1000 = 0,62 gr 0,00025 g soluto x 1000 = 0,25 gr 0, g soluto x 1000 = 0,083 gr Fase 3: calcolo ml della soluzione madre da prelevare Basta calcolare gli ml di soluzione madre necessaria, solo per uno degli elementi Acido Borico: 0,62 g (soluto) : 100 ml (soluzione) = 0,0062 g (soluto) : X ml (soluzione) X ml soluzione = (0,0062 x 100)/0,62 = 1 ml Prelevando 1 ml della soluzione madre, avrò introdotto le giuste quantità dei tre composti necessari per il substrato

24 CALCLARE GLI ML DI SLUT DA PRELEVARE DA UNA SLUZINE MADRE GIA ESISTENTE Può succedere di avere a disposizione delle soluzioni madri già preparate che possono essere utilizzate Per esempio, posseggo già una soluzione madre di 100 ml contente una percentuale Massa su volume del 15% di MgS 4 Quindi qualcuno avrà preparato una soluzione di acqua e Solfato di Magnesio (15 gr) portandolo poi a volume di 100 ml Nel mio substrato, dovrò inserire 0,37 gr/lt di MgS4: quanti ml di soluzione madre dovrò prelevare? Basta fare la proporzione 15 g (soluto) : 100 ml (soluzione) = 0,37 g (soluto) : X ml (soluzione) X ml (soluzione) = (100 ml x 0,37g)/15 = 2,46 ml di soluzione

25 Ragionare da Moli a grammi Immaginiamo di avere a disposizione una soluzione espressa in Moli (ad esempio di KCl) Quanti grammi di KCl sono presenti in una soluzione 1M della stessa sostanza Ricorda: definizione di Molarità: Moli di soluto/lt di soluzione

26 Ragionare Moli grammi Quanti grammi di KCl sono presenti in una soluzione 1M della stessa sostanza Una mole di KCl pesa: K= pa 39,10 Cl = pa 35, Gr 74,55 I grammi di KCl presenti in una soluzione 1M sono 74,55 Ricorda: definizione di Molarità: Moli di soluto/lt di soluzione

27 Ragionare Moli grammi Quanti grammi di KCl sono presenti in una soluzione 1M della stessa sostanza Una mole di KCl pesa: K= pa 39,10 Cl = pa 35, Gr 74,55 I grammi di KCl presenti in una soluzione 1M sono 74,55 Se devo prelevare da una soluzione 1M di KCl, 10 gr di composto, di quanti ml di soluzione avrò bisogno? Ricorda: definizione di Molarità: Moli di soluto/lt di soluzione

28 Ragionare Moli grammi Quanti grammi di KCl sono presenti in una soluzione 1M della stessa sostanza Una mole di KCl pesa: K= pa 39,10 Cl = pa 35, Gr 74,55 I grammi di KCl presenti in una soluzione 1M sono 74,55 Se devo prelevare da una soluzione 1M di KCl, 10 gr di composto, di quanti ml di soluzione avrò bisogno? 74,55 gr (soluto) : 1000 ml (soluzione) = 10 g (soluto) : X ml (soluzione) X ml (soluzione) = (1000 x 10)/74,55 = 134,13 ml di soluzione Ricorda: definizione di Molarità: Moli di soluto/lt di soluzione

29 Ragionare Moli grammi RICAPITLIAM Quanti grammi di KCl sono presenti in una soluzione 1M della stessa sostanza Fase 1: calcolo della quantità di sostanza presente: Una mole di KCl possiede una massa molare di 75,55gr: K= pa 39,10 Cl = pa 35, Gr 74,55 I grammi di KCl presenti in una soluzione 1M sono 74,55 Fase 2: calcolo degli ml necessari: Ricorda: le molarità sono riferite per litro di soluzione Se devo prelevare da una soluzione 1M di KCl, 10 gr di composto, di quanti ml di soluzione avrò bisogno? 74,55 gr (soluto) : 1000 ml (soluzione) = 10 g (soluto) : X ml (soluzione) X ml (soluzione) = (1000 x 10)/74,55 = 134,13 ml di soluzione Ricorda: definizione di Molarità: Moli di soluto/lt di soluzione