Le sostanze chimiche prof. Matteo Scapellato

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1 1. Fenomeni fisici e fenomeni chimici a) Fenomeno fisico: è una trasformazione che non cambia la natura delle sostanze 1 b) Fenomeno chimico o reazione chimica: è una trasformazione che cambia la natura delle sostanze 2 Reagenti: sono le sostanze prima di una reazione chimica 3 Prodotti: sono le sostanze che si formano da una reazione chimica Legge della conservazione della massa o di Lavoisier ( 1789): in una reazione chimica la massa dei prodotti di reazione è uguale alla massa dei reagenti Le Sostanze Sostanze chimiche: La sostanza è un tipo di materia con caratteristiche proprie. Tutte le sostanze sono formate da atomi 5 riuniti in gruppi dette molecole 6. a) Elementi 7 : sostanze la cui molecola è formata da uno o più atomi uguali In natura esistono 90 elementi chimici e quindi 90 tipi di atomi diversi. Ogni elemento ha un nome e un simbolo, formato da una o due lettere di cui la prima maiuscola: ossigeno (O), Ferro (Fe), idrogeno (H), azoto (N), Cloro (Cl), Argento (Ag), Mercurio (Hg). La molecola di un elemento può contenere una o due atomi: ossigeno (O 2 ), Ferro (Fe), idrogeno (H 2 ), azoto (N 2 ), Cloro (Cl 2 ), Argento (Ag), Mercurio (Hg). In una sostanza la formula chimica è una scrittura che indica quali e quanti atomi contiene una molecola: la molecola dell'ossigeno (O 2 ) contiene 2 atomi di ossigeno, la molecola del ferro (Fe) contiene un atomo di ferro. b) I composti sono sostanze le cui molecole sono formate da atomi di due o più 1 La trasformazione dell'acqua in ghiaccio o vapore, l''accensione e lo spegnimento di una lampada, lo spostamento di un corpo, la masticazione sono fenomeni fisici 2 La combustione della legna, la fotosintesi clorofilliana, la respirazione nei mitocondri, la trasformazione del cibo durante la digestione sono fenomeni chimici. 3 L'acqua e l'anidride carbonica prima della fotosintesi, il metano prima della combustione, il glucosio e l'ossigeno prima della respirazione sono reagenti. 4 Nella fotosintesi la massa totale del glucosio e dell'ossigeno dopo la reazione è uguale alla massa totale dell'acqua e anidride. Carbonica prima della reazione. 5 L'atomo è la più piccola particella della materia 6 La molecola è la piccola particella di una sostanza che ne conserva tutte le sue caratteristiche. 7 Sono elementi: l'ossigeno (O 2 ), l'idrogeno (H 2 ), l'ozono (O 3 ), Elio (He). 1

2 elementi diversi: acqua (H 2 O), anidride carbonica (CO 2 ), metano (CH 4 ), glucosio (C 6 H 12 O 6 ). I composti si possono scomporre chimicamente in sostanze più semplici L'Atomo Atomo (gr. indivisibile ). L'atomo è formato da una parte centrale, detta nucleo, e da 1 o più elettroni che ruotano attorno al nucleo. a) Il nucleo contiene due tipi di particelle, protoni e neutroni. Un protone ha la stessa massa di un neutrone; il protone possiede una carica elettrica positiva, il neutrone non possiede carica elettrica l'elettrone ha una massa di circa un millesimo di quella del protone e possiede una carica negativa. In un atomo la quantità di protoni è uguale alla quantità di elettroni, quindi l'atomo è neutro. Il numero dei neutroni non sempre è uguale a quello dei protoni. b) Numero atomico è il numero di protoni in un atomo (il numero atomico maggiore è 92 nell'uranio) c) Numero di massa è la somma del numero dei protoni e dei neutroni in un atomo. Il numero di massa maggiore è 235 nell'uranio (92 protoni e 143 neutroni). d) Sono detti isotopi gli elementi che hanno lo stesso numero atomico, ma numero di massa diverso. Dell'idrogeno esistono tre isotopi: prozio se ha un protone, deuterio se ha un protone e un neutrone, tritio se ha un protone e due neutroni. e) u.m.a. è l'unità di misura della massa atomica: u.m.a. = 1g. Il numero 6x10 23 è detto numero di Avogadro e corrisponde a una mole di particelle. Un protone o un neutrone ha la massa uguale a 1 u.m.a; una mole di protoni hanno 1g di massa. Un atomo di Idrogeno (1 atomo di carbonio ha la massa di 12 u.m.a.; una mole di carbonio 12 g; una molecola di glucosio ha una massa di 180 u.m.a., una mole di glucosio 180 g) f) Strati elettronici, detti anche gusci, sono regioni concentriche grosso modo sferiche in cui ruotano gli elettroni attorno al nucleo. I gusci sono sette e ogni guscio può contenere un numero massimo di elettroni. 8 Il glucosio in presenza di ossigeno si trasforma in acqua e anidride carbonica, l'acqua si può trasformare in idrogeno e ossigeno. 2

3 4. Tavola periodica Valore n Lettera Elettroni max 1 K 2 2 L 8 3 M 18 4 N P 72 7 Q 98 Tabella in cui gli elementi chimici sono disposti per numero atomico (righe) crescente e numero di elettroni nello strato più esterno occupato (colonne). Le righe sono detti periodi e vengono indicati con un numero da 1 a 7; le colonne sono dette gruppi e sono indicati con numeri romani da I a VII. Gli elementi del primo gruppo sono: H, Li, Na, K,... che hanno rispettivamente numero atomico 1, 3, 11, 19, e, quindi un solo elettrone nell'ultimo strato occupato. Gli elementi del quinto gruppo sono: N, P,... che hanno rispettivamente numero atomico 7, 15, e, quindi 5 elettroni nell'ultimo strato occupato. Ogni atomo tende spontaneamente a unirsi con altri atomi uguali o diversi per condividere o cedere o acquistare elettroni in modo da raggiungere la quantità di otto elettroni nell'ultimo strato (ottetto stabile). La tendenza di unirsi ad altri atomi si chiama affinità chimica e l'unione di atomi si chiama legame chimico. Gli atomi dei primi tre gruppi cedono facilmente elettroni a quelli degli ultimi gruppi (dal 5 al 7 ); gli atomi degli ultimi gruppi acquistano facilmente elettroni a da quelli dei primi gruppi, gli atomi dei gruppi intermedi, invece, condividono gli elettroni. 3

4 Quando un atomo acquista elettroni diventa ione negativo o anione, quando cede elettroni diventa ione positivo o catione. Gli elementi dell'ottavo gruppo hanno l'ottetto completo e quindi sono stabili e non creano legami: sono detti gas inerti o gas nobili (inerti perchè non reagiscono con altri atomi uguali o diversi). RICORDA Un atomo, singolarmente, è sempre neutro, ma non è stabile (tranne quelli dell'ottavo gruppo che sono neutri e stabili). Un atomo all'interno di una molecola è stabile, ma non neutro. Gli elementi si dividono in: Metalli sono atomi che cedono facilmente elettroni (primi gruppi) Non metalli che tendono ad acquistare elettroni (ultimi gruppi) Seminetalli zona intermedia Gas nobili non acquistano e non cedono elettroni. 5. Legami chimici Si chiama legame chimico la forza attrattiva che unisce due o più atomi uguali o diversi. Si distinguono diversi tipi di legami chimici: ionico, covalente, metallico, dativo, idrogeno. Legame ionico: è il legame che si ha fra elementi metallici ed elementi non metallici. I metalli (elettropositivi) cedono elettroni ai non metalli (elettronegativi) 4

5 Legame covalente è il legame che si ha fra atomi uguali o dello stesso gruppo o di gruppi vicini. Gli atomi non cedono e non acquuistano elettroni, ma li condividono Legame metallico. Nei metalli gli elettroni più esterni (1, 2 o 3) tendono a vagare fra gli atomi creando una nuvola di elettroni. Gli atomi diventano positivi e stabiliscono un'attrazione con la nuvola di elettroni. In un filo metallico collegato ai due poli di una pila la nuvola disordinata di elettroni diventa ordinata e incomincia a scorrere da un polo all'altro della pila dando origine alla corrente elettrica. 5

6 6

7 In una sostanza: Il Peso o massa molecolare: è la somma dei pesi atomici degli elementi presenti nella molecola. Esempi Il peso molecolare della CO 2 è (1x12)+(2x16)=44 u.m.a. Il peso molecolare della H 2 CO 3 è (2x2 + 1x12 + 3x16)= 64 u.m.a. La mole: è la quantità in grammi di una sostanza pari al suo peso atomico Esempi La mole di CO 2 è 44 g La mole dell'h 2 CO 3 è 64 g La mole di un qualsiasi elemento contiene lo stesso numero di particelle (atomi o molecole). Questo numero vale 6x10 23 (Numero di Avogadro).Una mole di anidride carbonica che pesa 44g contiene lo stesso numero di molecole di acqua che pesa 18 g. L'uso delle moli in laboratorio Per fare reagire dell'idrossido di sodio (NaOH) con acido cloridrico (HCl) HCl + NaOH = NaCl + H 2 O bisogna utilizzare 1 mole di HCl e una mole di NaOH, cioè (1+37)g di HCl ogni ( )g di NaOH Nelle foglie la fotosintesi clorofilliana è una reazione chimica in cui per ogni 6 mole di H 2 O vengono utilizzate 6 mole di CO 2 e si formano 1 mole di C 6 H 12 O 6 e 6 mole di O 2 6H 2 O + 6 CO 2 = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Peso molecolare 7

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