Corso propedeutico a chimica generale 2009

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1 Corso propedeutico a chimica generale 2009 Luigi Cerruti Lezioni 1-2

2 Corso propedeutico a chimica generale Programma e docenti Lunedì 28/9 5/10 12/10 Martedì 29/9 6/10 13/10 Mercoledì 30/9 7/10 14/10 Giovedì 1/10 8/10 15/10 Venerdì 2/10 9/10 16/10 Cerruti Introduzione alla chimica. Sistema, fase. Sostanza, materiale, miscela, miscuglio. Sostanze elementari. Elementi. Composti. Atomo. Molecola. Stati di aggregazione. Passaggi di stato. Diagrammi cartesiani. Grandezze fisiche e unità di misura. Analisi termica. Cerruti Massa e carica atomica. Numeri A (numero di massa) e Z (numero atomico). Spettrometria di massa. Ordinamento del sistema periodico. Metalli, semimetalli, non metalli. Simboli dei principali elementi. Laurenti Esercizi sulla struttura atomica. La mole. Esercizi Introduzione al sistema periodico. Gruppi e periodi. Cerruti Proprietà periodiche: Energie di ionizzazione. Elettronegatività. Elettroaffinità. Configurazioni elettroniche. Elementi principali. Numero di ossidazione. Laurenti Formule di composti a partire dai simboli degli elementi e dai rispettivi numeri di ossidazione. Nomenclatura (tradizionale, in uso corrente, ufficiale) Esempi ed esercizi Cerruti Variazione delle proprietà chimiche fisiche nei gruppi e nei periodi del sistema periodico. Proprietà degli elementi dei gruppi principali IA, IIA, VIA, VIIA. Cerruti Introduzione al legame chimico, modelli di legame (ionico e covalente). Le reazioni chimiche. Bilanciamento delle reazioni. Laurenti Esercizi sul bilanciamento delle reazioni chimiche e sulle relazioni ponderali tra reagenti e prodotti Cerruti Definizione di soluzione, soluzioni tra solidi, liquidi e gas e di solidi in liquidi. Solubilità e fattori che la influenzano, Laurenti Espressioni della concentrazione delle soluzioni. Esercizi Proprietà colligative delle soluzioni Esercizi Cerruti L equilibrio chimico: Equilibri eterogenei Principio di Le Chatelier Esercizi Laurenti Acidi e basi: Definizioni di acidi e basi secondo Arrhenius e secondo Brønsted/Lowry. Il comportamento acidobase dell acqua. Il prodotto ionico dell acqua e il ph Forza di acidi e base. Esempi di acidi forti e basi forti Laurenti Esercizi sul ph. Elementi di Chimica organica: I legami del carbonio e la chimica organica. Gli idrocarburi. I composti organici contenenti ossigeno o azoto Laurenti Ripasso ed esercizi di riepilogo Laurenti Esame

3 Il corso di chimica generale Le condizioni al contorno E' un corso di chimica generale, ne derivano diverse conseguenze Vantaggi: La chimica generale fornisce strumenti fondamentali Per conoscere il livello intermedio fra le particelle elementari e il mondo della vita Per utilizzare a pieno le sinergie fra le scienze sperimentali Per comprendere molti aspetti della vita quotidiana La chimica generale si occupa soltanto di due temi Alcune proprietà delle sostanze La trasformazione delle sostanze (le reazioni) Svantaggi: Sono noti 18 milioni di sostanze Sono note centinaia di migliaia di reazioni diverse

4 Le scienze chimiche: una definizione Le scienze chimiche hanno tre obbiettivi fondamentali, fra loro strettamente connessi: La conoscenza e il controllo delle proprietà macroscopiche, microscopiche e fisiologiche di sostanze e materiali La conoscenza e il controllo delle trasformazioni di sostanze in altre sostanze, incluse le condizioni energetiche e cinetiche La sintesi di sostanze e la produzione di materiali, siano essi già esistenti (in natura) ovvero siano totalmente innovativi

5 Il caso dei materiali superconduttori Attenzione: 77 K è la temperatura di ebollizione dell azoto

6 Sistema, equilibrio e fase Tre concetti fondamentali Sistema: la parte del mondo sottoposta ad un particolare studio. Es.: un atomo, una galassia, l'atmosfera terrestre, una beuta, una cellula, un gatto, un campione di minerale Equilibrio: un sistema è in equilibrio quando le sue proprietà macroscopiche e microscopiche sono costanti in ogni punto. A livello microscopico l'equilibrio è sempre dinamico, ossia è il risultato di processi che avvengono in 'direzioni' opposte Fase: parte di un sistema separata dal resto del sistema da superfici limitanti. All'equilibrio le proprietà fisiche e chimiche sono eguali in ogni punto della fase

7 Sostanze, materiali, miscele, miscugli Sostanza: un corpo che possiede proprietà fisiche e chimiche ben definite, invariabili o variabili in limiti ristretti: ad es. composizione, solubilità (in un solvente), punto di fusione, densità, conducibilità. Materiale: un corpo costituito da una o più sostanze, destinato a qualche specifica funzione. Miscela: un sistema costituito da una sola fase e da diverse sostanze, separabili con mezzi chimico-fisici. Miscuglio: insieme di due o più sostanze che mantengono inalterate le loro caratteristiche originarie e che sono separabili con mezzi fisici semplici

8 Se mescoliamo sabbia e sale...

9 I metodi di separazione Esistono molti metodi, fisici e chimico-fisici, impiegati per separare le sostanze che compongono le miscele Un metodo fisico: la filtrazione separa i componenti solidi da una miscela eterogenea, sfruttando la diversa dimensione delle particelle Un metodo chimico-fisico: la cristallizzazione frazionata separa (parzialmente) i soluti in una soluzione liquida

10 Definizioni di sostanza pura A livello macroscopico: una sostanza pura mantiene le sue proprietà se sottoposta a ripetute purificazioni, ad es. cristallizzazioni A livello microscopico: una sostanza pura è costituita in ogni sua parte da insiemi eguali di particelle microscopiche (atomi, molecole, ioni, costituenti di un reticolo cristallino)

11 Corpi semplici, elementi e composti Corpo semplice, elemento A livello macroscopico una sostanza è un corpo semplice quando non si può decomporre in altre sostanze A livello microscopico un elemento è costituito da atomi con lo stesso numero atomico (numero di protoni nel nucleo) Composto A livello macroscopico una sostanza è un composto quando è decomponibile in altre sostanze A livello microscopico una sostanza è un composto quando è costituita da atomi di elementi diversi

12 L'elemento carbonio: tre diversi corpi semplici Un diamante grezzo Il diamante è un corpo semplice Struttura cristallina del diamante Il diamante è costituito da atomi di carbonio allo stato elementare

13 L'elemento carbonio: tre diversi corpi semplici Un campione di grafite La grafite è un corpo semplice Struttura cristallina della grafite La grafite è costituita da atomi di carbonio allo stato elementare

14 L'elemento carbonio: tre diversi corpi semplici Un 'campione' di fuliggine Il nerofumo è un corpo semplice Un granello del campione di fuliggine, 'visto' al microscopio a scansione

15 L'elemento carbonio: tre diversi corpi semplici La struttura della molecola del fullerene, C 60 Il fullerene C 60 è presente nel nerofumo

16 Il carbonio: tre corpi semplici, tre strutture

17 Elementi, composti, miscele

18 Le proprietà fisiche, chimiche e fisiologiche delle sostanze Una proprietà fisica: l'acqua bolle a 100 L'acqua ossigenata bolle a 158

19 Le proprietà chimiche delle sostanze L'acqua non reagisce in presenza di MnO 2 L'acqua ossigenata si decompone L'ossigeno che si sviluppa accende una brace

20 Le proprietà fisiologiche delle sostanze Le gocce di sangue colorano l'acqua Nell'acqua ossigenata le gocce di sangue scatenano una reazione violenta

21 Gli stati di aggregazione

22 Legge di Boyle p = k/v pv= k

23 Legge di Boyle Comprimibilità dei gas Per lo stesso V il p da applicare è minore a basse pressioni

24 Proprietà dei solidi: la durezza Per valutare la durezza di un solido si utilizza una particolare scala dovuta al mineralista austriaco Friedrich Mohs ( )

25 Proprietà dei solidi La durezza

26 Conducibilità dei metalli

27 Conducibilità Diverso comportamento in soluzione di non elettroliti, elettroliti deboli, elettroliti

28 Proprietà dei liquidi La tensione di vapore Misurazione della tensione di vapore [Serve anche per discutere l equilibrio microscopico]

29 I cambiamenti di stato Si noti che si possono dare nomi diversi allo stesso processo. Ad es. sublimazione da gas / brinamento

30 Analisi termica (minuti) (minuti) A: riscaldamento B: rafreddamento