Indice generale. Prefazione XIII

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1 Indice generale Prefazione XIII 1 Introduzione. Leggi fondamentali della chimica Il metodo scientifico Esecuzione di un esperimento e presentazione dei risultati: interpolazione ed estrapolazione Misura di una grandezza Dimensioni e unità di misura di una grandezza. Sistemi di unità di misura Sistema Internazionale di unità di misura (SI ) Fattori per la conversione di unità da altri sistemi nelle corrispondenti unità SI 6 ESEMPI Cifre significative e arrotondamento Stati di aggregazione e passaggi di stato Proprietà fisiche e proprietà chimiche. Grandezze intensive ed estensive Sistemi omogenei ed eterogenei. Fasi Separazione dei componenti di un sistema Elementi e composti Leggi fondamentali della Chimica Leggi ponderali 16 ESEMPI 18 ESEMPI Leggi volumetriche 20 ESEMPI 21

2 VI Indice generale ISBN Atomo, molecola, mole. Composizione percentuale, formula minima e molecolare Simboli degli elementi e formule di elementi e composti Peso atomico, peso molecolare, peso formula Grammo-atomo, grammo-molecola e mole Determinazione del peso molecolare di sostanze volatili 30 ESEMPI Determinazione del peso atomico Metodo di Cannizzaro Legge di Dulong e Petit 35 ESEMPI Composizione ponderale 38 ESEMPI Tipi di formule 41 ESEMPI ESERCIZI 50 3 La natura elettrica della materia Le particelle elementari Il decadimento di materiale radioattivo Scarica elettrica nei gas rarefatti Effetti termoelettrico e fotoelettrico Determinazione della massa e della carica dell elettrone Esperienza di Thomson Esperienza di Millikan La mole di elettroni, di protoni e di neutroni Numero atomico e numero di massa. Isotopi Difetto di massa 62 4 Struttura atomica Il modello di Thomson e l esperienza di Rutherford Onde luminose. Spettro continuo, a bande e a righe La quantizzazione dell energia Lo spettro di emissione e di assorbimento dell idrogeno Il modello atomico di Bohr. Il numero quantico principale Interpretazione dello spettro di emissione e di assorbimento dell idrogeno alla luce della teoria di Bohr Teoria di Sommerfeld. Il numero quantico secondario Effetto Zeeman. Il numero quantico magnetico Elementi di meccanica ondulatoria Principio di indeterminazione di Heisenberg e orbitale Ipotesi di De Broglie Onde stazionarie. L equazione d onda di Schrödinger 88

3 ISBN Indice generale VII 4.10 Orbitali atomici 91 ESEMPI Forme degli orbitali Spin elettronico 97 5 Configurazione elettronica degli elementi e tavola periodica Configurazione elettronica degli elementi 98 ESEMPI Tavola periodica 101 ESEMPI Proprietà periodiche degli elementi ESERCIZI Il legame chimico Il legame ionico. L energia reticolare Il legame covalente Distanza ed energia di legame Teoria del legame di valenza 124 Legame semplice e legame doppio 125 Elettronegatività 129 Orbitali ibridi, doppietti direzionati e geometria delle molecole 133 Doppietti direzionati 138 Teoria della repulsione delle coppie elettroniche di valenza (VSEPR) e geometria delle molecole 144 ESEMPI Mesomeria o risonanza 149 ESEMPI Valenza e stato di ossidazione 158 ESEMPI Teoria degli orbitali molecolari Legame metallico Forze secondarie di legame ESERCIZI Proprietà degli elementi. Formule e nomenclatura chimica Nomi e simboli degli elementi Composti binari Composti binari dell idrogeno e dell ossigeno I prodotti di idratazione di ossidi basici: idrossidi I prodotti di idratazione di ossidi acidi: ossoacidi Altri ossoacidi del fosforo e dello zolfo 190

4 VIII Indice generale ISBN I sali Sali semplici Sali basici Sali acidi Sali multipli Radicali contenenti ossigeno I complessi I leganti Complessi neutri o cationici Complessi anionici Composti salini in cui l anione o il catione è un complesso Suggerimenti per l apprendimento delle formule chimiche ESERCIZI Le reazioni chimiche Acidi e basi Acidi e basi secondo Arrhenius Formule di struttura degli ossoacidi 202 ESEMPI Forza degli ossoacidi Acidi e basi secondo Brønsted-Lowry Acidi e basi secondo Lewis Reazioni acido-base Bilanciamento delle reazioni acido-base 208 ESEMPI Prodotti delle reazioni tra acidi e basi 210 ESEMPI Reazioni completamente spostate verso destra (irreversibili) 212 ESEMPI Reagenti in quantità stechiometrica. Reagente in eccesso e in difetto 215 ESEMPI Ossidanti e riducenti Bilanciamento delle reazioni di ossidoriduzione Metodo schematico Metodo ionico-elettronico 223 ESEMPI Potenziali redox e reazioni di ossidoriduzione 234 ESEMPI Equivalenti e peso equivalente Equivalente e peso equivalente di acidi, basi e sali 237 ESEMPI Equivalente e peso equivalente di ossidanti e riducenti 243 ESEMPI 243 Esempi di calcoli stechiometrici ESERCIZI 252

5 ISBN Indice generale IX 9 Gli stati di aggregazione della materia: stato gassoso e stato liquido Lo stato gassoso: gas perfetti, ideali e reali Leggi dei gas Legge di Boyle Prima legge di Volta Gay-Lussac o legge di Charles. Temperatura assoluta Seconda legge di Volta Gay-Lussac Equazione di stato dei gas Modi di esprimere il volume e la pressione e valori della costante universale R La densità dei gas 283 ESEMPI Miscugli gassosi Pressioni parziali. Legge di Dalton Volumi parziali. Legge di Amagat Peso molare medio di un miscuglio gassoso Tensione di vapore di un liquido e miscugli gassosi. Gas umido 290 ESEMPI Determinazione del peso molecolare di gas e di sostanze volatili Metodo di Dumas Metodo di Hoffmann Metodo di Meyer Legge di Graham 304 ESEMPI I gas reali Lo stato liquido Proprietà dei liquidi. La tensione di vapore Comportamento della tensione di vapore al variare del volume a temperatura costante e al variare della temperatura. Principio dell equilibrio mobile Dipendenza della tensione di vapore dalla temperatura Diagramma di stato di un sistema a un solo componente Fasi e varianza di un sistema: regola delle fasi Diagramma di Andrews: temperatura critica ESERCIZI Soluzioni e proprietà colligative Le soluzioni Modi di esprimere la concentrazione Rapporto massa a massa Rapporto massa a volume Rapporto volume a volume 335 ESEMPI Diluizione e calcolo della nuova concentrazione Regola delle mescolanze 341 ESEMPI Ripartizione di un soluto tra due solventi immiscibili. Legge della ripartizione di Nernst 345 ESEMPI 346

6 X Indice generale ISBN Solubilità dei gas nei liquidi. Legge di Henry 348 ESEMPI Proprietà colligative. Determinazione del peso molecolare di sostanze non volatili Legge di Raoult Abbassamento relativo della tensione di vapore Abbassamento del punto di gelo e innalzamento del punto di ebollizione Pressione osmotica Proprietà colligative di soluzioni non diluite. Attività Determinazione del peso molecolare di sostanze poco volatili. Crioscopia ed ebullioscopia Dissociazione elettrolitica. Elettroliti forti e deboli Proprietà colligative di soluzioni elettrolitiche 358 ESEMPI ESERCIZI Rapporti ponderali e volumetrici nelle reazioni chimiche. Analisi volumetrica Rapporti ponderali e volumetrici 376 ESEMPI Analisi volumetrica 391 ESEMPI ESERCIZI Termodinamica chimica Calore, energia interna ed entalpia Stato di riferimento per i potenziali termodinamici: condizioni standard Entalpia (calore) di reazione Entalpia di formazione Entalpia di combustione Calcolo dell entalpia di formazione Legge di Hess Calcolo di entalpie senza l ausilio del ciclo di Hess 405 ESEMPI Entropia e spontaneità dei processi Variazione di entropia in processi irreversibili e reversibili Reazioni chimiche ed entropia L energia libera Variazione di energia libera in processi irreversibili e reversibili Energia libera e lavoro utile Reazioni chimiche ed energia libera Costante di equilibrio 419 ESEMPI ESERCIZI 427

7 ISBN Indice generale XI 13 Cinetica chimica Velocità di reazione Teoria delle collisioni: complesso attivato e intermedi di reazione Dipendenza della velocità dalla concentrazione dei reagenti: ordine e molecolarità della reazione Cinetica del primo ordine Cinetiche del secondo ordine Dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura Dipendenza della velocità di reazione dai catalizzatori Catalisi omogenea Catalisi eterogenea Catalisi enzimatica Reazioni fotochimiche Equilibrio chimico in sistemi omogenei Equilibri omogenei in fase gassosa Costante di equilibrio in funzione delle concentrazioni, frazioni molari e del numero di moli Fattori che influenzano l equilibrio Influenza della quantità di un componente Influenza del volume, della concentrazione e della pressione Influenza della temperatura 462 ESEMPI Equilibri di dissociazione gassosa Grado di dissociazione Relazione tra costante e grado di dissociazione Determinazione del grado di dissociazione e calcolo della costante 481 ESEMPI ESERCIZI Equilibri in soluzione: ph e prodotto di solubilità Autoprotolisi dell acqua Soluzioni acide, basiche e neutre. ph Acidi e basi monovalenti Dissociazione di acidi poliprotici Calcolo del ph di una soluzione diluita Acidi e basi 502 ESEMPI Soluzioni di sali. Idrolisi 510 ESEMPI Soluzioni tampone 514 ESEMPI 516 ESEMPI di mescolamento di acidi e basi 519 ESEMPI di reazioni di spostamento 523

8 XII Indice generale ISBN Prodotto di solubilità 526 ESEMPI ESERCIZI Elettrochimica: conducibilità, pile ed elettrolisi Conducibilità delle soluzioni elettrolitiche Grado di dissociazione di un elettrolita debole da misure di conducibilità Pile Potenziale elettrodico e forza elettromotrice Il meccanismo di funzionamento del ponte salino Schema degli elettrodi e delle pile Potenziali standard fem e potenziali attuali: legge di Nernst Elettrodi di 1 a e 2 a specie 561 Esempi di elettrodi di 1 a specie 562 Esempi di pile 566 Esempi di elettrodi di 2 a specie e loro principali applicazioni Ponte salino nelle pile con un elettrodo di 2 a specie Pile di concentrazione 571 ESEMPI Elettrolisi Scariche agli elettrodi. Potenziale di decomposizione Processi elettrodici e potenziali Sovratensione 595 ESEMPI Scelta del metallo per gli elettrodi 605 ESEMPI Scariche elettrodiche sucessive Leggi di Faraday 609 ESEMPI ESERCIZI Esercizi di ricapitolazione ESERCIZI 624 Indice delle tabelle 637 Indice analitico 639