INDICE. I componenti della materia Elementi, composti e miscele: uno sguardo d insieme dal punto di vista atomico 37 CAPITOLO 1 CAPITOLO 2

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1 indice p :49 Pagina vii INDICE Prefazione alla seconde edizione italiana xvii Il sito web dedicato al libro xix Prefazione alla quarta edizione americana xx Ringraziamenti xxiii L autore e i consulenti xxvi CAPITOLO 1 Le chiavi per lo studio della chimica Alcune definizioni fondamentali 2 Le proprietà della materia 2 I tre stati di aggregazione della materia 3 Il tema centrale della chimica 5 L importanza dell energia nello studio della materia Arti chimiche e origini della chimica moderna 8 Tradizioni prechimiche 8 L insuccesso della teoria del flogisto e l influenza di Lavoisier Il metodo scientifico: costruzione di un modello Risoluzione dei problemi di chimica 12 Unità di misura e fattori di conversione impiegati nei calcoli 12 Approccio sistematico alla risoluzione dei problemi di chimica La misurazione nella scienza 16 Caratteristiche generali del Sistema Internazionale di Unità (SI) 16 Alcune unità SI importanti in chimica Incertezza di misura: cifre significative 24 Determinazione delle cifre significative 25 Come operare con le cifre significative nei calcoli 26 Precisione, accuratezza e taratura degli strumenti 29 La chimica nelle altre scienze RISOLUZIONE DEI PROBLEMI DI CHIMICA NEL MONDO REALE 30 Esercizi e problemi 31 CAPITOLO 2 I componenti della materia Elementi, composti e miscele: uno sguardo d insieme dal punto di vista atomico Le osservazioni che condussero a una concezione atomica della materia 39 Conservazione della massa 39 Composizione definita e costante 39 Proporzioni multiple La teoria atomica di Dalton 42 Postulati della teoria atomica 42 Come la teoria di Dalton spiega le leggi di massa 42 Le masse relative degli atomi Le osservazioni che condussero al modello nucleare dell atomo 44 Scoperta dell elettrone e delle sue proprietà 44 Scoperta del nucleo atomico La teoria atomica odierna 47 Struttura dell atomo 47 Numero atomico, numero di massa e simbolo atomico 48 Isotopi e masse atomiche degli elementi 49 Un moderno riesame della teoria atomica 51 Strumenti del laboratorio SPETTROMETRIA DI MASSA Gli elementi: un primo sguardo alla tavola periodica I composti: introduzione al legame chimico 55 La formazione di composti ionici 56 Formazione dei composti covalenti 59 Ioni poliatomici: legami covalenti entro gli ioni I composti: formule, nomi e masse 60 Tipi di formule chimiche 60 Qualche consiglio sull apprendimento dei nomi e delle formule 61 Nomi e formule dei composti ionici 62 Nomi e formule dei composti covalenti binari 67 Deduzione delle masse molecolari dalle formule chimiche 68 Gallery RAPPRESENTAZIONE DELLE MOLECOLE Le miscele: classificazione e separazione 70 Strumenti del laboratorio TECNICHE DI SEPARAZIONE FONDAMENTALI 71 Esercizi e problemi 75 vii

2 indice p :49 Pagina viii viii CAPITOLO 3 Stechiometria: relazioni quantitàmassa-numero nei sistemi chimici La mole 81 Definizione della mole 81 Massa molare 83 Interconversione di quantità di sostanza, massa e numero di entità chimiche 84 Percentuale in massa ottenuta dalla formula chimica Determinazione della formula di un composto sconosciuto 89 Formule empiriche 89 Formule molecolari 90 Analisi per combustione 92 Formule chimiche e strutture delle molecole Scrittura e bilanciamento delle equazioni chimiche Calcolo delle quantità di reagenti e di prodotti 100 Rapporti molari stechiometricamente equivalenti ottenuti dall equazione bilanciata 100 Reazioni chimiche in sequenza 103 Reazioni chimiche a cui partecipa un reagente limitante 104 Reazioni chimiche in pratica: resa teorica, resa effettiva e resa percentuale Fondamenti di stechiometria delle reazioni in soluzione 109 Espressione delle concentrazioni in termini di molarità 109 Conversioni quantità-massa-numero che implicano soluzioni 110 Preparazione e diluizione di soluzioni molari 111 Stechiometria delle reazioni chimiche in soluzione 113 Esercizi e problemi 117 CAPITOLO 4 Le principali classi di reazioni chimiche Il ruolo dell acqua come solvente 124 La solubilità dei composti ionici 124 Il carattere polare dell acqua Scrittura delle equazioni per le reazioni ioniche in soluzione acquosa Reazioni di precipitazione 131 La forza motrice di una reazione di precipitazione 131 Come prevedere se una reazione avverrà o no Reazioni acido-base 133 La forza motrice e la trasformazione netta: formazione di H 2 O a partire da H e OH 134 Titolazioni acido-base 135 Reazioni acido-base come processi di trasferimento protonico Reazioni di ossidoriduzione (reazioni redox) 139 La forza motrice per i processi redox 139 Terminologia essenziale delle reazioni redox 140 Impiego dei numeri di ossidazione per monitorare il movimento di carica elettronica 141 Bilanciamento delle equazioni redox 143 Titolazioni redox Sostanze elementari nelle reazioni redox Reazioni reversibili: un introduzione all equilibrio chimico 154 Esercizi e problemi 157 CAPITOLO 5 I gas e la teoria cinetica dei gas Uno sguardo d insieme agli stati fisici della materia Pressione di un gas e sua misurazione 166 Dispositivi di laboratorio per misurare la pressione di un gas 167 Unità di misura della pressione Le leggi dei gas e le loro basi sperimentali 170 La relazione tra volume e pressione: la legge di Boyle 171 La relazione tra volume e temperatura: la legge di Charles 172 La relazione tra volume e quantità: la legge di Avogadro 174 Comportamento di un gas in condizioni normali di temperatura e pressione 174 L equazione di stato dei gas perfetti 175 Risoluzione dei problemi sulle leggi dei gas Ulteriori applicazioni dell equazione di stato dei gas perfetti 179 Densità di un gas 180 Massa molare di un gas 181 La pressione parziale di un gas in una miscela di gas Equazione di stato dei gas perfetti e stechiometria delle reazioni La teoria cinetica dei gas: un modello del comportamento dei gas 187 Come la teoria cinetica dei gas spiega le leggi dei gas 188 Effusione e diffusione 192

3 indice p :49 Pagina ix ix Il mondo caotico dei gas: cammino libero medio e frequenza degli urti 193 La chimica nelle altre scienze La chimica nella scienza planetaria: STRUTTURA E COMPOSIZIONE DELL ATMOSFERA TERRESTRE I gas reali: deviazioni dal comportamento dei gas perfetti 197 Effetti di condizioni estreme sul comportamento dei gas 198 L equazione di van der Waals: l equazione di stato dei gas perfetti corretta 200 Esercizi e problemi 202 CAPITOLO 6 Termochimica: flusso di energia e trasformazioni chimiche Forme di energia e loro interconversione 209 Il sistema e l ambiente 210 Flusso di energia dall esterno all interno di un sistema e viceversa 210 Calore e lavoro: due forme di trasferimento di energia 211 Il principio di conservazione dell energia 213 Unità di misura dell energia 214 Funzioni di stato e indipendenza della variazione di energia dal cammino percorso Entalpia: calori di reazione e trasformazioni chimiche 216 Significato dell entalpia 216 Confronto tra E e H 217 Processi esotermici ed endotermici 217 Alcuni tipi importanti di variazione dell entalpia 219 Variazioni delle forze di legame, ovvero: da dove proviene il calore di reazione? Calorimetria: misura dei calori di reazione in laboratorio 221 Calore specifico 222 La pratica della calorimetria Stechiometria delle equazioni termochimiche Legge di Hess dell additività delle variazioni di entalpia Calori standard di reazione ( Hr) Equazioni di formazione e loro variazioni standard di entalpia 229 Determinazione di H 0 r a partire dai valori di H 0 f dei reagenti e dei prodotti 230 nelle scienze ambientali: IL FUTURO DELL UTILIZZAZIONE DELL ENERGIA 232 Esercizi e problemi 237 CAPITOLO 7 Teoria quantistica e struttura atomica Natura della luce 244 Natura ondulatoria della luce 244 Natura particellare della luce Spettri atomici 250 Il modello di Bohr dell atomo di idrogeno 252 Limitazioni del modello di Bohr 253 Gli stati energetici dell atomo di idrogeno 254 Strumenti del laboratorio SPETTROFOTOMETRIA NELL ANALISI CHIMICA Il dualismo onda-particella di materia ed energia 257 Natura ondulatoria degli elettroni e natura particellare dei fotoni 258 Il principio di indeterminazione di Heisenberg Il modello quantomeccanico dell atomo 262 L orbitale atomico e la posizione probabile dell elettrone 262 Numeri quantici di un orbitale atomico 264 Forme degli orbitali atomici 267 Livelli energetici dell atomo di idrogeno 269 Esercizi e problemi 271 CAPITOLO 8 Configurazione elettronica e periodicità chimica Sviluppo della tavola periodica Caratteristiche degli atomi polielettronici 277 Il numero quantico di spin elettronico 277 Il principio di esclusione 278 Effetti elettrostatici e separazione (splitting) dei livelli energetici Il modello quantomeccanico e la tavola periodica 282 Costruzione dei Periodi 1 e Costruzione del Periodo Configurazioni elettroniche entro i gruppi 285 La prima serie di transizione con riempimento degli orbitali d: costruzione del Periodo 4 286

4 indice p :49 Pagina x x Principi generali delle configurazioni elettroniche 288 Schemi complessi: gli elementi di transizione e gli elementi di transizione interna Tendenze in alcune proprietà atomiche periodiche essenziali 292 Tendenze nel raggio atomico 292 Tendenze nell energia di ionizzazione 295 Tendenze nell affinità elettronica La connessione tra struttura atomica e reattività chimica 300 Tendenze nel comportamento metallico 300 Proprietà degli ioni monoatomici 302 Esercizi e problemi 309 CAPITOLO 9 Modelli del legame chimico Proprietà atomiche e legami chimici 313 Tipi di legame chimico 313 Simboli di Lewis: rappresentazione degli atomi nei legami chimici Il modello del legame ionico 316 Considerazioni energetiche nella formazione del legame ionico: l importanza dell energia reticolare 317 Tendenze periodiche nell energia reticolare 320 Come il modello spiega le proprietà dei composti ionici Il modello del legame covalente 323 La formazione di un legame covalente 323 Le proprietà di un legame covalente: energia di legame e lunghezza di legame 325 Come il modello spiega le proprietà dei composti covalenti Tra i due estremi: elettronegatività e polarità di legame 329 Elettronegatività 329 Legami covalenti polari e polarità di legame 332 Il carattere ionico parziale dei legami covalenti polari 332 Il continuo di legame lungo un periodo Introduzione al legame metallico 335 Il modello del mare di elettroni 335 Come il modello spiega le proprietà dei metalli 335 Esercizi e problemi 338 CAPITOLO 10 Le forme delle molecole Rappresentazione delle molecole e degli ioni con strutture di Lewis 341 Impiego della regola dell ottetto per scrivere le strutture di Lewis 342 Risonanza: legame a coppie di elettroni delocalizzate 345 Carica formale: scelta della migliore struttura di risonanza 347 Strutture di Lewis per le eccezioni alla regola dell ottetto Impiego delle strutture di Lewis e delle energie di legame per calcolare i calori di reazione Teoria VSEPR (valence-shell electron-pair repulsion, repulsione tra le coppie di elettroni del guscio di valenza) e forma molecolare 354 Disposizioni dei gruppi di elettroni e forme molecolari 355 La forma molecolare con due gruppi di elettroni (disposizione lineare) 356 Forme molecolari con tre gruppi di elettroni (disposizione planare trigonale) 356 Forme molecolari con quattro gruppi di elettroni (disposizione tetraedrica) 357 Forme molecolari con cinque gruppi di elettroni (disposizione bipiramidale trigonale) 359 Forme molecolari con sei gruppi di elettroni (disposizione ottaedrica) 360 Impiego della teoria VSEPR per determinare la forma molecolare 361 Forme molecolari con più di un atomo centrale Forma molecolare e polarità molecolare 364 Gallery Bellezza molecolare: FORME STRANE CON FUNZIONI UTILI 365 Polarità di legame, angolo di legame e momento di dipolo 366 L effetto della polarità molecolare sul comportamento fisico 367 Esercizi e problemi 369 CAPITOLO 11 Teorie del legame covalente La teoria del legame di valenza (teoria VB) e l ibridazione degli orbitali 373 I temi centrali della teoria VB 373 Tipi di orbitali ibridi Il modo di sovrapposizione degli orbitali e i tipi di legami covalenti 381 La trattazione VB dei legami singoli e multipli 381 Sovrapposizione di orbitali e rotazione molecolare Teoria degli orbitali molecolari (teoria MO) e delocalizzazione elettronica 384 I temi centrali della teoria MO 385 Molecole biatomiche omonucleari di elementi del Periodo Descrizione di alcune molecole biatomiche eteronucleari con la teoria MO 393

5 indice p :49 Pagina xi xi Descrizione dell ozono e del benzene con la teoria MO 394 Esercizi e problemi 396 CAPITOLO 12 Forze intermolecolari: liquidi, solidi e transizioni di fase Uno sguardo d insieme agli stati fisici e alle transizioni di fase Aspetti quantitativi delle transizioni di fase 403 Calore assorbito o rilasciato nelle transizioni di fase: un approccio cinetico 403 Le transizioni di fase come processi di equilibrio dinamico 405 Diagrammi di fase: l effetto della temperatura e della pressione sullo stato fisico Tipi di forze intermolecolari 412 Forze ione-dipolo 412 Forze dipolo-dipolo 413 Il legame idrogeno 414 Polarizzabilità e forze carica-dipolo indotto 416 Forze di dispersione (forze di London) Proprietà dello stato liquido 420 Tensione superficiale 420 Capillarità 421 Viscosità L unicità dell acqua 422 Proprietà solventi dell acqua 422 Gallery PROPRIETÀ DEI LIQUIDI 423 Proprietà termiche dell acqua 424 Proprietà di superficie dell acqua 424 La densità dell acqua solida e liquida Lo stato solido: struttura, proprietà e legami 426 Caratteristiche strutturali dei solidi 426 Strumenti del laboratorio ANALISI PER DIFFRAZIONE DI RAGGI X E MICROSCOPIA ELETTRONICA A SCANSIONE A EFFETTO TUNNEL 431 Tipi di solidi cristallini e loro proprietà 434 Solidi amorfi 438 Legami nei solidi: teoria delle bande di orbitali molecolari Materiali avanzati 441 Materiali elettronici 441 Cristalli liquidi 444 Materiali ceramici 447 Materiali polimerici 450 Nanotecnologia: progettazione di materiali atomo per atomo 455 Esercizi e problemi 459 CAPITOLO 13 Le proprietà delle miscele: soluzioni e colloidi Tipi di soluzioni: forze intermolecolari e previsione della solubilità 465 Forze intermolecolari nelle soluzioni 465 Soluzioni liquide e ruolo della polarità molecolare 466 Soluzioni gassose e soluzioni solide Variazioni di energia nel processo di dissoluzione 471 Calori di soluzione e cicli di dissoluzione 471 Calori di idratazione: solidi ionici in acqua 471 Il processo di dissoluzione e la variazione di Entropia La solubilità come processo di equilibrio 475 Effetto della temperatura sulla solubilità 476 Effetto della pressione sulla solubilità Espressioni quantitative della concentrazione 479 Molarità e molalità 480 Parti di soluto per parti di soluzione 481 Conversione delle unità di concentrazione Proprietà colligative delle soluzioni 484 Proprietà colligative delle soluzioni di non elettroliti non volatili 485 Impiego delle proprietà colligative per determinare la massa molare del soluto 491 Proprietà colligative delle soluzioni di non elettroliti volatili 492 Proprietà colligative delle soluzioni di elettroliti 493 Gallery PROPRIETÀ COLLIGATIVE NELL INDUSTRIA E IN BIOLOGIA Struttura e proprietà dei colloidi 496 nell ingegneria sanitaria SOLUZIONI E COLLOIDI NELLA DEPURAZIONE DELLE ACQUE 499 Esercizi e problemi 502 UNO SGUARDO D INSIEME ALLE PROPRIETÀ DEGLI ELEMENTI Le principali proprietà atomiche 510 Le caratteristiche del legame chimico 512 Comportamento metallico 514 Il comportamento acido-base degli ossidi degli elementi 515 Comportamento redox degli elementi 516 Stati fisici e cambiamenti di fase 518

6 indice p :50 Pagina xii xii CAPITOLO 14 Andamenti periodici negli elementi dei gruppi principali: legami, strutture e reattività L idrogeno, l atomo più semplice 520 Dove si colloca l idrogeno nella tavola periodica? 521 Punti salienti della chimica dell idrogeno Tendenze attraverso la tavola periodica: gli elementi del periodo Gruppo 1A(1): I metalli alcalini 523 Perché i metalli alcalini sono teneri, bassofondenti e leggeri? 523 Perché i metalli alcalini sono così reattivi? 523 Ritratto di famiglia GRUPPO 1A(1): I METALLI ALCALINI 526 Il comportamento anomalo del litio Gruppo 2A(2): I metalli alcalino-terrosi 529 Un confronto tra le proprietà fisiche dei metalli alcalino-terrosi e quelle dei metalli alcalini 529 Ritratto di famiglia GRUPPO 2A(2): I METALLI ALCALINO-TERROSI 530 Un confronto tra le proprietà chimiche dei metalli alcalino-terrosi e quelle dei metalli alcalini 532 Il comportamento anomalo del berillio 532 Relazioni diagonali: litio e magnesio 533 Guardando indietro e avanti: i gruppi 1A(1), 2A(2) e 3A(13) Gruppo 3A(13): La famiglia del boro 533 Ritratto di famiglia GRUPPO 3A(13): LA FAMIGLIA DEL BORO 534 In che modo gli elementi di transizione influenzano le proprietà del Gruppo 3A(13)? 536 Quali nuove caratteristiche compaiono nelle proprietà chimiche del Gruppo 3A(13)? 537 Punti salienti della chimica del boro 538 Relazioni diagonali: berillio e alluminio Gruppo 4A(14): La famiglia del carbonio 540 In che modo il legame in un elemento influenza le proprietà fisiche? 540 Ritratto di famiglia GRUPPO 4A(14): LA FAMIGLIA DEL CARBONIO 542 Come cambia il tipo di legame nei composti degli elementi del Gruppo 4A(14)? 544 Punti salienti della chimica del carbonio 544 Punti salienti della chimica del silicio 546 Relazioni diagonali: boro e silicio 547 Gallery MINERALI SILICATICI E POLIMERI SILICONICI 548 Guardando indietro e avanti: i Gruppi 3A(13), 4A(14) e 5A(15) Gruppo 5A(15): La famiglia dell azoto 550 Che cosa spiega l ampio spettro di comportamento fisico nel Gruppo 5A(15)? 550 Quali andamenti regolari si osservano nel comportamento chimico degli elementi del Gruppo 5A(15)? 551 Ritratto di famiglia GRUPPO 5A(15): LA FAMIGLIA DELL AZOTO 552 Punti salienti della chimica dell azoto 554 Punti salienti della chimica del fosforo: ossidi e ossiacidi Gruppo 6A(16): La famiglia dell ossigeno 559 Un confronto tra la famiglia dell ossigeno e la famiglia dell azoto sotto l aspetto fisico 559 Ritratto di famiglia GRUPPO 6A(16): LA FAMIGLIA DELL OSSIGENO 560 Un confronto tra le proprietà chimiche della famiglia dell ossigeno e quelle della famiglia dell azoto 562 Punti salienti della chimica dell ossigeno: lo spettro di proprietà degli ossidi 564 Punti salienti della chimica dello zolfo: ossidi, ossiacidi e solfuri 564 Guardando indietro e avanti: i Gruppi 5A(15), 6A(16) e 7A(17) Gruppo 7A(17): Gli alogeni 566 Che cosa spiega i cambiamenti regolari nelle proprietà degli alogeni? 566 Perché gli alogeni sono così reattivi? 566 Ritratto di famiglia GRUPPO 7A(17): GLI ALOGENI 568 Punti salienti della chimica degli alogeni Gruppo 8A(18): I gas nobili 573 In che modo i gas nobili riescono a formare composti? 573 Guardando indietro e avanti: i Gruppi 7A(17), 8A(18) e 1A(1) 574 Ritratto di famiglia GRUPPO 8A(18): I GAS NOBILI 575 Esercizi e problemi 576 CAPITOLO 15 Cinetica chimica: velocità e meccanismi delle reazioni chimiche I fattori che influenzano la velocità di reazione Espressione della velocità di reazione 586 Velocità media, istantanea e iniziale di una reazione 587 Espressione della velocità di reazione in funzione delle concentrazioni dei reagenti e dei prodotti 589

7 indice p :50 Pagina xiii xiii 15.3 La legge cinetica di reazione e le sue componenti 591 Strumenti del laboratorio MISURA DELLE VELOCITÀ DI REAZIONE 592 Determinazione della velocità iniziale di reazione 593 Terminologia degli ordini di reazione 593 Determinazione degli ordini di reazione 595 Determinazione della costante di velocità Leggi cinetiche integrate: la concentrazione varia nel tempo 599 Leggi cinetiche integrate per reazioni del primo ordine, del secondo ordine e di ordine zero 599 Determinazione dell ordine di reazione in base alla legge cinetica integrata 601 Tempo di dimezzamento di una reazione L effetto della temperatura sulla velocità di reazione Spiegazione degli effetti della concentrazione e della temperatura 608 Teoria delle collisioni: basi della legge cinetica 608 Teoria dello stato di transizione: natura molecolare dello stato attivato Meccanismi di reazione: stadi nella reazione complessiva 614 Reazioni elementari e molecolarità 615 Lo stadio determinante la velocità di un meccanismo di reazione 617 Correlazione del meccanismo di reazione con la legge cinetica Catalisi: accelerazione di una reazione chimica 620 Catalisi omogenea 621 Catalisi eterogenea 622 nella scienza atmosferica DEPLEZIONE DELLO STRATO DI OZONO DELLA TERRA 624 Esercizi e problemi 626 CAPITOLO 16 L equilibrio: l entità delle reazioni chimiche Natura dinamica dello stato di equilibrio Il quoziente di reazione e la costante di equilibrio 637 Scrittura del quoziente di reazione 638 Variazioni della forma del quoziente di reazione Espressione degli equilibri con termini di pressione: relazione tra K c e K p Direzione di una reazione: confronto di Q e K Come si risolvono i problemi di equilibrio 647 Uso delle quantità per determinare la costante di equilibrio 647 Uso della costante di equilibrio per determinare le grandezze Condizioni di reazione e stato di equilibrio: principio di Le Châtelier 657 L effetto di una variazione della concentrazione 658 L effetto di una variazione della pressione (del volume) 661 L effetto di una variazione della temperatura 662 L assenza di effetto di un catalizzatore 664 La chimica nella altre scienze Chimica nella produzione industriale IL PROCESSO HABER PER LA SINTESI DELL AMMONIACA 665 Esercizi e problemi 668 CAPITOLO 17 Equilibri acido-base Acidi e basi in acqua 676 Rilascio di protone o di ione idrossido e definizione classica di acidi e basi 677 Variazione della forza degli acidi: la costante di dissociazione acida (K a ) 677 Classificazione delle forze relative degli acidi e delle basi Autoionizzazione dell acqua e scala del ph 681 Il carattere di equilibrio dell autoionizzazione: il prodotto ionico dell acqua (K w ) 682 Espressione della concentrazione dello ione idronio: la scala del ph Trasferimento protonico e definizione di acidi e basi secondo Brønsted-Lowry 686 La coppia coniugata acido-base 688 Forza relativa di acidi e basi e direzione netta di reazione Risoluzione di problemi che implicano equilibri coinvolgenti acidi deboli 691 Determinazione di K a date le concentrazioni 692 Determinazione delle concentrazioni data K a 693 L effetto della concentrazione sull entità della dissociazione di un acido 694 Il comportamento degli acidi poliprotici Le basi deboli e la loro relazione con gli acidi deboli 698 Molecole come basi deboli: ammoniaca e ammine 698 Anioni di acidi deboli come basi deboli 701 La relazione tra K a e K b di una coppia coniugata acido-base 702

8 indice p :50 Pagina xiv xiv 17.6 Proprietà molecolari e forza di un acido 703 Tendenze della forza acida degli idruri non metallici 703 Tendenze della forza acida negli ossiacidi 704 Acidità degli ioni metallici idrati Proprietà acido-base delle soluzioni saline 706 Sali che producono soluzioni neutre 707 Sali che producono soluzioni acide 707 Sali che producono soluzioni basiche 708 Sali di cationi debolmente acidi e di anioni debolmente basici Generalizzazione del concetto di Brønsted- Lowry: l effetto di livellamento Donazione di coppie di elettroni e definizione di acidi e basi secondo Lewis 711 Molecole come acidi di Lewis 712 Cationi metallici come acidi di Lewis 713 Uno sguardo d insieme alle definizioni di acidi e basi 714 Esercizi e problemi 717 CAPITOLO 18 Equilibri ionici in soluzione acquosa Equilibri dei sistemi tampone acido-base 722 Come funziona un tampone: l effetto ione a comune 723 L equazione di Henderson-Hasselbalch 727 Potere tamponante e campo di tamponamento 728 Preparazione di un tampone Curve di titolazione acido-base 732 Monitorare il ph con indicatori acido-base 732 Curve di titolazione acido forte-base forte 733 Curve di titolazione acido debole-base forte 735 Curve di titolazione base debole-acido forte 738 Curve di titolazione per acidi poliprotici Equilibri di composti ionici poco solubili 740 L espressione del prodotto ionico (Q ps ) e la costante prodotto di solubilità (K ps ) 741 Calcoli riguardanti la costante prodotto di solubilità 743 L effetto di uno ione a comune sulla solubilità 745 L effetto del ph sulla solubilità 746 Predire la formazione di un precipitato: Q ps e K ps 747 in Geologia LA CREAZIONE DI UNA GROTTA CALCAREA 748 nelle Scienze Ambientali Il problema della pioggia acida 749 Esercizi e problemi 753 CAPITOLO 19 Termodinamica: entropia, energia libera e direzione delle reazioni chimiche La seconda legge della termodinamica: prevedere una trasformazione spontanea 758 Limitazioni della prima legge della termodinamica 758 Il segno di H non permette di prevedere una trasformazione spontanea 759 Libertà di moto delle particelle e dispersione della loro energia 760 Entropia e numero di microstati 761 Entropia e seconda legge della termodinamica 764 Entropie molari standard e terza legge della termodinamica Calcolo della variazione di entropia di una reazione 769 Variazioni di entropia nel sistema: l entropia standard di una reazione S r ) 769 Variazioni di entropia dell ambiente: l altra parte del totale 771 La variazione di entropia e lo stato di equilibrio 773 in biologia GLI ESSERI VIVENTI UBBIDISCONO ALLE LEGGI DELLA TERMODINAMICA? 774 Reazioni spontanee esotermiche ed endotermiche: un riepilogo Entropia, energia libera e lavoro 776 Variazione di energia libera e spontaneità di una reazione 776 Calcolare le variazioni di energia libera standard 777 G e lavoro che un sistema può compiere 779 L effetto della temperatura sulla spontaneità di una reazione 780 Accoppiamento di reazioni per favorire una trasformazione non spontanea Energia libera, equilibrio e direzione di una reazione 784 Esercizi e problemi 789 CAPITOLO 20 Elettrochimica: variazioni chimiche e lavoro elettrico Semireazioni e celle elettrochimiche 795 Riepilogo dei concetti sulle ossidoriduzioni 795

9 indice p :50 Pagina xv xv Bilanciamento delle reazioni redox con il metodo delle semireazioni 795 Celle elettrochimiche Celle voltaiche: utilizzare reazioni spontanee per produrre energia elettrica 801 Costruzione e funzionamento di una cella voltaica 802 Rappresentazione di una cella voltaica 804 Perché funziona una cella voltaica? Potenziale di cella: l output di una cella voltaica 806 Potenziali standard di cella 807 Forza relativa di agenti ossidanti e riducenti Energia libera e lavoro elettrico 815 Potenziale standard di cella e costante di equilibrio 815 L effetto della concentrazione sul potenziale di cella 818 Potenziale di cella e relazione tra Q e K 819 Celle a concentrazione Processi elettrochimici nelle batterie 824 Batterie primarie (non ricaricabili) 824 Batterie secondarie (ricaricabili) 826 Celle a combustibile Corrosione: un caso di elettrochimica ambientale 828 La corrosione del ferro 828 Protezione del ferro dalla corrosione Celle elettrolitiche: utilizzare energia elettrica per far avvenire una reazione non spontanea 831 Costruzione e funzionamento di una cella elettrolitica 831 Predizione dei prodotti di elettrolisi 833 La stechiometria dell elettrolisi: relazione tra quantità di carica e prodotto 837 Esercizi e problemi 841 Appendice A Operazioni matematiche di uso comune in chimica 847 Manipolazione dei logaritmi 847 Uso della notazione esponenziale (o notazione scientifica) 848 Risoluzione delle equazioni di 2 grado 849 Rappresentazione grafica dei dati sotto forma di una retta 850 Appendice B Valori termodinamici standard per sostanze scelte a 298 K 851 Appendice C Costanti di equilibrio a 298 K 854 Appendice D Potenziali elettrodici (di semicella) standard a 298 K 857 Fonti delle illustrazioni 858 analitico 860