Indice generale. Prefazione

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1 :41 Pagina VI Prefazione Ringraziamenti dell Editore Guida alla lettura XIII XV XVII Capitolo 0 Lessico della chimica La chimica Classificazioni della materia Proprietà fisiche e chimiche della materia Forza ed energia Atomi e molecole Teoria atomica Particelle che costituiscono l atomo Tavola periodica Molecole e ioni Formule chimiche Formule chimiche Formule di composti ionici Nomenclatura dei composti Reazioni chimiche Scrivere le reazioni chimiche Bilanciare le reazioni chimiche Descrizione delle quantità di atomi o di molecole Massa atomica Concetto di mole, numero di Avogadro e massa molare di un elemento Massa molecolare Composizione percentuale Unità di concentrazione Stechiometria Stechiometria Reagenti limitanti Resa di reazione 56 Sommario 58 Problemi 59 Soluzioni dei problemi di autovalutazione 66 Capitolo 1 Teoria quantistica del mondo submicroscopico Fisica classica e suoi limiti Modello classico Radiazione del corpo nero Teoria dei quanti di Planck Effetto fotoelettrico Modello di Bohr Spettri di emissione degli atomi Spettro di emissione dell idrogeno Modello di Bohr dell atomo di idrogeno Proprietà ondulatorie della materia Ipotesi di de Broglie sul dualismo onda particella Principio di indeterminazione di Heisenberg Funzione d onda di Schrödinger Particella in una scatola, un modello semplice Effetto tunnel quantomeccanico Risoluzione dell equazione di Schrödinger per l atomo di idrogeno Equazione di Schrödinger per l atomo di idrogeno Orbitali atomici idrogenoidi Spin elettronico e numero quantico di spin (m s ) 110 Sommario 112 Problemi 113 Soluzioni dei problemi di autovalutazione 117 Capitolo 2 Atomi polielettronici e tavola periodica Funzioni d onda di atomi polielettronici e orbitali atomici Funzioni d onda per atomi polielettronici Configurazioni elettroniche Principio di esclusione di Pauli Diamagnetismo e paramagnetismo Configurazioni elettroniche di atomi polielettronici e principio di Aufbau Energie degli orbitali Regola di Hund Principio di Aufbau o principio di costruzione Configurazioni elettroniche per cationi e anioni 134

2 :41 Pagina VII VII 2.3 Tavola periodica e quantomeccanica Tavola periodica e classificazione degli elementi Periodicità delle proprietà degli elementi Carica nucleare effettiva Raggio atomico Raggio ionico Andamento delle proprietà degli elementi lungo i periodi e lungo i gruppi Energia di ionizzazione Affinità elettronica Generale andamento delle proprietà chimiche degli elementi 153 Sommario 155 Problemi 156 Soluzioni dei problemi di autovalutazione 160 Capitolo 3 Legame chimico Molecole e legame chimico Legame covalente Rappresentazione di Lewis Legame covalente Strutture di Lewis Teoria del legame di valenza Lunghezza ed energia di legame Elettronegatività e polarità del legame Elettronegatività Legame ionico Strutture di Lewis e schema di legame Come disegnare le strutture di Lewis Carica formale Strutture di risonanza Eccezioni alla regola dell ottetto Teoria dell orbitale molecolare Molecola di idrogeno ionizzata Orbitali molecolari in molecole e ioni Regole generali per la costruzione delle configurazioni elettroniche di orbitali molecolari Orbitali molecolari di molecole biatomiche degli elementi del secondo periodo Molecole biatomiche eteronucleari con elementi del primo e del secondo periodo 202 Sommario 205 Problemi 206 Soluzioni dei problemi di autovalutazione 210 Capitolo 4 Strutture molecolari Teoria VSEPR e struttura molecolare Modello VSEPR per molecole con nessuna coppia solitaria sull atomo centrale Modello VSEPR per molecole con coppie solitarie sull atomo centrale Geometrie di molecole con più di un atomo centrale Linee guida per applicare il modello VSEPR Polarità di una molecola e momento di dipolo Teoria del legame di valenza e orbitali ibridi Ibridizzazione sp Ibridizzazione sp Ibridizzazione sp Procedura per l ibridizzazione di orbitali atomici Ibridizzazione che coinvolge gli orbitali d Ibridizzazione in molecole che contengono legami doppi e tripli Isomeria Isomeri strutturali Stereoisomeri Legame nelle molecole poliatomiche e orbitali molecolari Molecola di ozono, O Molecola di benzene Interazioni fra molecole e proprietà dei materiali Tipi di interazioni intermolecolari Interazioni repulsive 259 Sommario 260 Problemi 261 Soluzioni dei problemi di autovalutazione 265 Capitolo 5 Diagrammi di stato e gas Pressione e temperatura Pressione Temperatura Fasi e diagrammi di stato Fase e transizioni di fase Diagrammi di stato Leggi dei gas Equazioni di stato Equazione di stato del gas ideale Evoluzione storica dell equazione del gas ideale Stechiometria dei gas 287

3 :41 Pagina VIII VIII Miscele di gas ideali e legge di Dalton delle pressioni parziali Teoria cinetica dei gas Pressione di un gas Temperatura ed energia cinetica Distribuzione di Maxwell-Boltzmann delle velocità molecolari Gas reali Equazione di stato di van der Waals Equazione di stato viriale 304 Sommario 306 Problemi 306 Soluzioni dei problemi di autovalutazione 315 Capitolo 6 Liquidi e solidi Liquidi Condensazione dei liquidi dalla fase gassosa Proprietà dei liquidi Solidi cristallini Struttura cristallina Impacchettamento di sfere Diffrazione di raggi X da parte di cristalli Classificazione dei solidi Cristalli ionici Cristalli covalenti Cristalli molecolari Cristalli metallici Solidi amorfi Conduttori e semiconduttori Conduttori Semiconduttori 340 Sommario 342 Problemi 344 Soluzioni dei problemi di autovalutazione 346 Capitolo 7 Termochimica Termodinamica Energia, lavoro e calore Primo principio della termodinamica Funzioni di stato Sistemi e processi Entalpia e sue variazioni Entalpia Entalpia di reazione Relazione fra H e U Capacità termica Capacità termica Calorimetria Interpretazione molecolare della capacità termica Entalpie normali di formazione Entalpia standard di formazione Entalpia standard di reazione Entalpie di reazione ed entalpie di legame Variazioni di entalpia e passaggi di stato Variazioni di entalpia nelle transizioni di fase Entalpia di sublimazione Entalpia di soluzione e di diluizione Entalpie di reazione e capacità termica 393 Sommario 395 Problemi 396 Soluzioni dei problemi di autovalutazione 402 Capitolo 8 Entropia, energia libera e secondo principio della termodinamica Entropia Processi spontanei Definizione statistica di entropia Interpretazione fisica dell entropia Variazione di entropia e definizione termodinamica di entropia Definizione termodinamica di entropia Variazione di entropia dovuta a riscaldamento Variazione di entropia dovuta a una transizione di fase Terzo principio della termodinamica ed entropia assoluta Entropie assolute Spontaneità di un processo ed energia libera di Gibbs Energia libera di Gibbs e spontaneità nei sistemi non isolati Energia libera di Gibbs e lavoro non di espansione Variazione di energia libera di Gibbs in condizioni standard Mescolamento di sostanze pure Reazioni spontanee nei sistemi viventi 437 Sommario 439 Problemi 439 Soluzioni dei problemi di autovalutazione 443 Capitolo 9 Equilibrio fisico Termodinamica e diagrammi di stato Equazione di Clapeyron Equazione di Clausius-Clapeyron 449

4 :41 Pagina IX IX 9.2 Solubilità Processo di soluzione Effetto della temperatura sulla solubilità Effetto della pressione sulla solubilità dei gas Equilibrio liquido-vapore Equilibrio liquido-vapore in soluzioni ideali Equilibrio liquido-vapore in soluzioni non ideali Proprietà colligative Abbassamento della pressione di vapore Innalzamento ebullioscopico Abbassamento crioscopico Pressione osmotica Uso delle proprietà colligative per la determinazione della massa molare Proprietà colligative delle soluzioni elettrolitiche 479 Sommario 480 Problemi 481 Soluzioni dei problemi di autovalutazione 486 Capitolo 10 Equilibrio chimico Costante d equilibrio e concentrazione di reagenti e prodotti Costante d equilibrio Espressioni della costante d equilibrio Quoziente di reazione e concentrazioni all equilibrio Prevedere la direzione di una reazione Termodinamica e costante d equilibrio Principio di Le Châtelier Variazioni di concentrazione Variazioni di pressione Variazioni di temperatura 516 Sommario 520 Problemi 520 Soluzioni dei problemi di autovalutazione 528 Capitolo 11 Acidi e basi Reazioni acido-base Acidi e basi secondo Arrhenius Acidi e basi secondo Brønsted Neutralizzazione acido-base Coppie coniugate acido-base Acidi e basi secondo Lewis Autoionizzazione dell acqua Prodotto ionico dell acqua ph Dipendenza dalla temperatura di K w e del ph Forza di acidi e basi Relazione tra le costanti di ionizzazione degli acidi e delle loro basi coniugate Costanti di ionizzazione di acidi diprotici e triprotici Calcolo del ph Acidi e basi forti Acidi monoprotici deboli Percentuale di ionizzazione Basi deboli ph di soluzioni diluite di acidi e basi deboli ph di acidi diprotici e triprotici Struttura molecolare e forza degli acidi Acidi alogenidrici Ossiacidi Acidi carbossilici Idrolisi salina Sali che non subiscono idrolisi Idrolisi basica Idrolisi acida Sali in cui sia l anione sia il catione si idrolizzano Sali di ioni anfoteri Ossidi e idrossidi Ossidi acidi, basici e anfoteri Idrossidi basici e anfoteri 574 Sommario 574 Problemi 575 Soluzioni dei problemi di autovalutazione 580 Capitolo 12 Equilibri acido-base e solubilità Effetto ione a comune Soluzioni tampone Soluzioni tampone con uno specifico ph Titolazioni Titolazioni acido forte-base forte Titolazioni acido debole-base forte Titolazioni acido forte-base debole Indicatori acido-base Reazioni di precipitazione Previsioni qualitative sulla solubilità Equilibri di solubilità Prodotto di solubilità Solubilità molare e solubilità 606

5 :41 Pagina X X Prevedere le reazioni di precipitazione Separazione di ioni tramite precipitazione frazionata Fattori che influenzano la solubilità L effetto dello ione a comune e la solubilità Il ph e la solubilità Equilibri di complessazione e solubilità Prodotto di solubilità nell analisi qualitativa 621 Sommario 623 Problemi 624 Soluzioni dei problemi di autovalutazione 629 Capitolo 13 Elettrochimica Reazioni redox Numero di ossidazione Bilanciamento delle reazioni redox Celle galvaniche Potenziali standard di riduzione Termodinamica e reazioni redox Relazioni tra E cell e G, G, K Dipendenza della fem dalla temperatura Equazione di Nernst Celle a concentrazione Determinazione dell attività dalla misura della fem Pile Pila a secco Pila a mercurio Accumulatore al piombo Batteria al litio Celle a combustibile Elettrolisi Elettrolisi del cloruro di sodio fuso Elettrolisi dell acqua Elettrolisi di una soluzione acquosa di cloruro di sodio Aspetti quantitativi dell elettrolisi 666 Sommario 668 Problemi 668 Soluzioni dei problemi di autovalutazione 676 Capitolo 14 Cinetica chimica Cinetica chimica Velocità di reazione Velocità di reazione e stechiometria Leggi cinetiche Leggi cinetiche integrate Reazioni del primo ordine Tempo di dimezzamento di una reazione Reazioni del secondo ordine Reazioni di ordine zero Altre reazioni più complicate Equazione di Arrhenius Equazione di Arrhenius Significato fisico dell energia di attivazione Teoria delle collisioni Teoria dello stato di transizione Meccanismo di reazione Leggi cinetiche per i passaggi elementari Leggi cinetiche e meccanismo di reazione Approssimazione dello stato stazionario Evidenze sperimentali per i meccanismi di reazione Velocità di reazione e catalisi Catalisi eterogenea Produzione di acido nitrico Catalisi omogenea Catalisi enzimatica 721 Sommario 724 Problemi 724 Soluzioni dei problemi di autovalutazione 732 Capitolo 15 Chimica dei metalli di transizione Metalli di transizione e configurazione elettronica Proprietà fisiche generali Configurazioni elettroniche Stati di ossidazione Caratteristiche chimiche del ferro e del rame Metalli di transizione e composti di coordinazione Numeri di ossidazione dei metalli nei composti di coordinazione Nomenclatura dei composti di coordinazione Struttura dei composti di coordinazione Composti di coordinazione e teoria del campo cristallino Separazione del campo cristallino in complessi ottaedrici Colore 747

6 :41 Pagina XI XI Proprietà magnetiche Complessi tetraedrici e planari quadrati Teoria del campo dei leganti Reazioni dei composti di coordinazione Applicazioni dei composti di coordinazione 753 Problemi 756 Sommario 756 Soluzioni dei problemi di autovalutazione 759 Appendice 1 Unità di misura per la costante dei gas 761 Appendice 2 Dati termodinamici a 1 Bar e 25 C 763 Soluzioni 769 Crediti 783 Indice analitico 785

7 :41 Pagina XII Indice degli approfondimenti Approfondimento 0.1 La distribuzione degli elementi sulla Terra e nei sistemi viventi 17 Approfondimento 0.2 La spettrometria di massa 44 Approfondimento 1.1 Laser, la luce splendida 88 Approfondimento 1.2 La microscopia elettronica 103 Approfondimento 2.1 Il terzo elemento liquido? 147 Approfondimento 2.2 La scoperta dei gas nobili 154 Approfondimento 3.1 La spettroscopia rotazionale 176 Approfondimento 3.2 L ossido di azoto: NO 188 Approfondimento 4.1 La spettroscopia infrarossa 224 Approfondimento 4.2 L somerizzazione cis-trans nel processo di visione oculare 241 Approfondimento 4.3 Fullerene, e poi? 250 Approfondimento 5.1 Atomi ultra freddi 300 Approfondimento 6.1 Perché i laghi congelano dall alto verso il basso? 323 Approfondimento 6.2 Superconduttori ad alta temperatura 342 Approfondimento 7.1 Il contenuto calorico dei cibi e di altre sostanze 371 Approfondimento 8.1 L efficienza dei motori termici: il ciclo di Carnot 417 Approfondimento 8.2 La termodinamica dell elastico 434 Approfondimento 9.1 Il lago assassino 461 Approfondimento La vita ad alta quota e la produzione di emoglobina 519 Approfondimento 11.1 Gli antiacidi e il bilancio del ph nello stomaco 570 Approfondimento 12.1 Il ph del sangue viene mantenuto costante 590 Approfondimento 13.1 I disagi dovuti alle otturazioni dentali in amalgama 646 Approfondimento 14.1 La femtochimica 716 Approfondimento 15.1 Composti di coordinazione nei sistemi viventi 744 Approfondimento 15.2 Cisplatino Un farmaco antitumorale 754