Indice. Nota del autore... III

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1 Nota del autore... III Capitolo 1 Introduzione al metodo scientifico Le scienze naturali e la fisica Metodo scientifico Il tacchino (induttivista) di Russel Sul significato di Teoria Il rasoio di Occam La teiera di Russel Etica della scienza pura Pensieri illustri Riusciremo a dimostrare tutto?... 6 Capitolo 2 Breve storia della chimica e della teoria atomica La Chimica Chimica, la scienza centrale L origine della chimica Atomismo Teoria atomica di Dalton La scoperta dell elettrone La scoperta del protone Modello atomico a panettone di Thomson Modello planetario di Rutheford Crisi del modello planetario Spettro di un corpo nero La catastrofe ultravioletta e l ipotesi di Planck Spiegazione dell effetto fotoelettrico Spettro elettromagnetico Effetto Compton... 18

2 VIII ESERCITAZIONI DI CHIMICA 2.16 Modello atomico di Bohr Radiazione dei corpi grigi Modello atomico di Bohr-Sommerfeld Numero quantico orbitale o azimutale (l) Numero quantico magnetico (m) Numero quantico di spin (ms) L ipotesi di De Broglie Principio di indeterminazione di Heisenberg L equazione di Schrödinger Equazione di Dirac Capitolo 3 Le frontiere della meccanica quantistica e della materia I quanti I numeri quantici Esperimento della doppia fenditura Interpretazione di Copenaghen Paradosso del gatto di Schrödinger Effetto tunnel Computer quantistici e crittografia Materia e massa Energia Le particelle Modello standard Classificazione delle particelle Antimateria Quark e leptoni La bizzarria dei quark I bosoni elementari Il bosone di Higgs Materia barionica Dimensione delle particelle subatomiche Materia oscura ed energia oscura Nucleosintesi: l origine della materia Decadimento beta di un neutrone Decadimenti radioattivi e radiativi Capitolo 4 L atomo e i legami chimici La materia ordinaria, gli atomi e la Chimica Atomo Elementi ed isotopi I nomi degli elementi Simbologia degli elementi Tavola periodica degli elementi La legge periodica Abbondanza relativa degli elementi... 54

3 IX 4.9 Ioni Modello quantistico di un atomo idrogenoide Orbitali di tipo s Orbitali di tipo p Orbitali di tipo d e f Modelli per atomi polielettronici Orbitali e numeri quantici Energia degli orbitali Riempimento orbitali e configurazione elettronica Orbitali e tavola periodica Eccezioni nel riempimento degli orbitali Configurazione elettronica degli ioni Elettroni di valenza e del nocciolo Altre rappresentazioni degli elettroni di un elemento Raggi atomici ed effetto di schermo Energia di ionizzazione e affinità elettronica Carattere metallico Legami chimici (forti) Energia e distanza di legame Elettronegatività Percentuale di ionicità di un legame Legame ionico e solidi ionici Legame covalente e solidi covalenti Legame metallico Legami (chimici) deboli o secondari Il legame a idrogeno Molecole e solidi molecolari Struttura cristallina Formula bruta Formula molecolare e di struttura Coefficienti stechiometrici Indicazione della fase di appartenenza Valenza Teoria di Lewis e regola dell ottetto Formule di struttura secondo Lewis Eccezioni alla regola dell ottetto Carica formale Determinazione della formula di struttura Ibrido di risonanza Teoria del legame di valenza Gli orbitali nei legami chimici Promozione elettronica Espansione dell ottetto I legami nella teoria VB Il legame sigma (s)... 83

4 X ESERCITAZIONI DI CHIMICA 4.54 Il legame pi greco (p) Il legame pi greco de localizzato Numero sterico Rappresentazione AXE Orbitali ibridi Teoria VSEPR Ibridazione, disposizione coppie di elettroni e SN Geometria molecolare in funzione di AXE Aggiustamenti della geometria molecolare Teoria degli orbitali molecolari Struttura elettronica a bande Andamento dei punti di fusione degli elementi Numero di ossidazione Regole per attribuire il numero di ossidazione Alcuni numeri di ossidazione noti Valenza e numero di ossidazione Principali numeri di ossidazione per gruppi Capitolo 5 Nomenclatura di chimica inorganica Nomenclatura sistematica e tradizionale Nomenclatura di sostanze elementari Ossidi metallici o basici Nomenclatura tradizionale degli ossidi basici Ossidi non metallici o ossidi acidi o anidridi Nomenclatura tradizionale delle anidridi Ossidi e anidridi particolari Protossido di azoto Formule di struttura delle principali anidridi Perossidi e superossidi Idrossidi Ossiacidi o ossoacidi o acidi ossigenati Ossiacidi da anidridi con idratazione unitaria Ossiacidi da anidridi con diversi gradi di idratazione Formule di struttura dei principali ossiacidi Tioacidi e per(osso)acidi Idracidi Idruri Dissociazione degli acidi in acqua Anioni monoatomici e omopoliatomici Ossoanioni dalla dissociazione di ossiacidi Struttura di alcuni ossoanioni Cationi monoatomici Cationi poliatomici Sali Sali doppi

5 XI 5.26 Idrati Numero CAS e codici E Capitolo 6 Stechiometria e unità di misura Conservazione della massa e teoria atomica L unità di massa atomica e la mole Spettrometro di massa Ordine di grandezza di NA La legge di Avogadro e la stima di NA Omeopatia Glossario stechiometrico Bilanciamento di una reazione Bilanciamento di somma di reazioni Bilanciamento matematico di una reazione Reazioni di ossidoriduzione o reazioni redox Bilanciamento delle reazioni redox Reazioni di disproporzione o dismutazione Redox in forma ionica Tipologie di reazioni chimiche Reagente limitante Sistema internazionale di unità di misura (SI) Unità di misura fondamentali Alcune unità di misura derivate e prefissi Il caso del satellite Mars Climate Orbiter Kelvin celsius fahrenheit Cifre significative Regole di arrotondamento Cifre significative nelle operazioni Precisione, accuratezza ed errore Capitolo 7 Stato solido della materia Stati della materia Stato solido Il polimorfismo di CaCO3 e la durezza dell acqua Il polimorfismo della silice Rappresentazione grafiche degli atomi La congettura di Keplero Reticolo cristallino Reticoli di Bravais Reticolo Cubico Primitivo (CP) Reticolo Cubico a Corpo Centrato (CCC) Reticoli compatti Reticolo Esagonale Compatto (EC) Reticolo Cubico a Facce Centrate (CFC) Struttura cristallina degli elementi metallici

6 XII ESERCITAZIONI DI CHIMICA 7.13 Densità teorica di un solido cristallino Siti interstiziali Cristalli sostituzionali e interstiziali Solidi ionici CsCl (cloruro di cesio) NaCl (cloruro di sodio) ZnS (solfuro di zinco come zincoblenda) ZnS (solfuro di zinco come wurzite) CaF2 (fluorite) CaTiO3 (perovskite) BaTiO3 e la piezoelettricità C (diamante) C (grafite) L invenzione della matita Altre forme del carbonio Scoperta dei raggi X Natura e produzione dei raggi X Interazione dei raggi X con la materia Diffrazione dei raggi X Legge di Bragg Le vicissitudini del Nobel di Laue Capitolo 8 Stati fluidi della materia Il principio di Archimede Il principio di Pascal La legge di Stevin(o) L esperimento di Torricelli Horror vacui (la paura del vuoto) La pressione atmosferica Condizioni standard e condizioni normali Gas ideali e legge dei gas ideali Legge di Boyle-(Mariotte) o legge isoterma Legge di Charles o legge isobara Nascita della scala kelvin e legge di Gay-Lussac La legge dei volumi di combinazione e la legge di Avogadro Dimostrazione della legge dei gas ideali Gas reali e legge di van der Waals Frazione molare Legge delle pressioni parziali di Dalton Il moto browniano Teoria cinetica dei gas Energia interna (U) Energia interna (U) di un gas ideale Equipartizione dell energia in molecole pluriatomiche Dimostrazione della relazione tra Ec e T

7 XIII 8.22 Velocità molecolare e diffusione Velocità molecolare e legge di effusione di Graham Arricchimento dell uranio Distribuzione di Maxwell-Boltzmann Funzione di distribuzione di Ec e di v Funzione di probabilità dell energia di attivazione Capitolo 9 Diagrammi di stato Il punto critico Il diagramma di Andrews Evaporazione, equilibrio dinamico, pressione di vapore Umidità relativa e punto di rugiada Diagramma di fase Interpretazione diagrammi di stato P-T e V-T Ebollizione e diagramma di stato dell acqua La pentola a pressione L ipsometro a pressione o termoipsometro Le scie di condensazione Equazione di Clausius Clapeyron Energia e tensione superficiale Bagnabilità fra liquidi e solidi Capitolo 10 Soluzioni e proprietà colligative Soluzioni, dispersioni e colloidi Concentrazione di una soluzione Soluzione ideale e legge di Raoult Soluzione reale Applicazioni della legge di Henry Narcosi d azoto o effetto Martini Proprietà colligative di soluzioni ideali Dissociazione delle particelle Grado e fattore di dissociazione Abbassamento della pressione di vapore Innalzamento ebullioscopico e abbassamento crioscopico Pressione osmotica Capitolo 11 Termochimica Calore e temperatura Trasferimenti di calore Sistema termodinamico Primo principio della termodinamica Trasformazioni notevoli in sistemi chiusi di gas ideali Bomba calorimetra di Mahler Effetto Joule Thomson Gradienti termici atmosferici

8 XIV ESERCITAZIONI DI CHIMICA 11.6 Funzioni di stato Entalpia Legge di Hess Stati standard o condizioni standard Entalpia (molare) standard di formazione Entalpie standard di formazione a 25 C Entalpia standard di reazione Stima dell entalpia standard di formazione Energia interna standard di formazione o di reazione Entropia Secondo principio della termodinamica Alla ricerca del moto perpetuo Diavoletto di Maxwell Schema di Ponzi Terzo principio della termodinamica Processi spontanei, reversibili e impossibili Energia libera di Gibbs Energia libera di Gibbs e lavoro utile Capitolo 12 Equilibri chimici e cinetica Quoziente di reazione e costante di equilibrio empirica Kc in presenza di solidi e/o liquidi puri Equilibri con fase gassosa e Kp Attività e fugacità chimica Kc Energia libera di un gas ideale a T costante Costanti termodinamiche di equilibrio DG di reazione Equazione (isobara) di Van t Hoff Reazione elementare Velocità di reazione Costante analitica di equilibrio Reazioni dirette a diverso ordine di reazione Catalizzatori Cinetica chimica Principio di Le Châtelier o dell equilibrio mobile Fritz Haber il maledetto Solubilità Prodotto di solubilità Prodotto ionico Capitolo 13 Acidi e basi Acidi e basi Acidi e basi secondo Arrhenius Acidi e basi secondo Brønsted-Lowry

9 XV 13.4 Acidi e basi secondo Lewis Reazione di neutralizzazione Autoionizzazione e prodotto ionico dell acqua La funzione ph Indicatori di ph Il ph del sangue e la dieta alcalina Forza degli acidi Forza delle basi ph di soluzioni saline Legge di diluizione di Ostwald Capitolo 14 Elettrochimica Ossidoriduzione per via elettrochimica Cella elettrochimica (C.E.) Setto poroso e ponte salino Tipologie di elettrodi Tipologie di cella elettrochimica Corrente e potenziale di cella Potenziale standard di riduzione Elettrodo standard a idrogeno (HSE) Serie elettrochimica di potenziali standard di riduzione (25 C) Come usare i potenziali standard Elettrometallurgia Protezione catodica Elettrolisi di NaCl nelle piscine Pulizia dell argento annerito Leggi di Faraday Stechiometria dei processi elettrochimici Legge di Nernst Dimostrazione della legge di Nernst Pila Daniell Pila Leclanché Pila zinco-carbone Pila alcalina a secco Accumulatore al piombo Capitolo 15 Introduzione alla chimica organica Composti organici Radicali (liberi) in chimica organica Radicali liberi e salute Acido ascorbico Gruppo funzionale e nomenclatura Alcani Alcani ciclici o cicloalcani Alcani ramificati

10 XVI ESERCITAZIONI DI CHIMICA 15.7 Isomeria Proiezione di Newman Isomeri ottici o enantiomeri Alfa-amminoacidi Farmaci chirali Isomeria degli alcani Punti di fusione ed ebollizione degli alcani Alcheni o olefine Etilene Nomenclatura degli alcheni ramificati Cicloalcheni e gruppi alchenilici Idrogenazione catalitica Isomeria cis-trans negli alcheni Processo della visione Alchini Lampada ad acetilene Torcia ossiacetilenica Nomenclatura alchini ramificati Composti aromatici o areni Alcuni aromatici importanti Alogenuri organici Alogenazione Idroalogenazione e regola di Markovnikoff Alcuni alogenuri importanti Estrazione idrocarburi dal petrolio Alcoli Comportamento degli alcoli alla ossidazione Alcuni alcoli importanti Effetti dell alcool etilico sul corpo umano Mercaptani o tioli Aldeidi Chetoni Chetonemia (acetone) Acidi carbossilici Alcuni acidi carbossilici importanti Acidi grassi Omega 3, 6 e Saponi L importanza di lavarsi le mani Esteri La capacità di sentire gli odori T rigliceridi Olio di oliva Eteri Ammine

11 XVII Ammidi Nitrili Nitroderivati o nitro composti Nitroglicerina Dinamite Polimeri Polimerizzazione a catena Polimerizzazione del PVC Monomeri che polimerizzano a catena Polimerizzazione a stadi Poliammidi Poliesteri Tabella dei principali gruppi funzionali Appendice A1 Costanti fondamentali Esercizi