T.A.R.M Luigi Cerruti Lezioni di chimica 5-6

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Eduardo Borrelli
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1 T.A.R.M Luigi Cerruti Lezioni di chimica 5-6

2 La definizione di mole La mole è la quantità di sostanza di un sistema che contiene tante entità elementari quanti sono gli atomi in 0,012 kg di carbonio 12. Le entità elementari devono essere specificate e possono essere atomi, molecole, ioni, elettroni, ecc, ovvero gruppi specificati di tali particelle.

3 Le grandezze molari Si definiscono molari tutte le grandezze riferite ad una mole di sostanza. Due esempi importanti sono i seguenti: massa molare: è la massa di una mole di sostanza, ed è espressa in g mol -1 volume molare: è il volume di una mole di sostanza, ed è espresso in cm 3 mol -1 Nel caso dei gas il volume molare è espresso in L mol -1, e a TPS vale 22,4 L mol -1

4 L'unità di massa atomica Si è definita come unità di massa atomica un dodicesimo della massa dell'isotopo 12 C Il nome di questa unità di misura è dalton (uma) 1 uma = 1, g

5 Massa atomica relativa (mar) E' il rapporto tra la massa di un atomo di un elemento naturale (spesso una miscela di isotopi ) e la dodicesima parte della massa dell atomo di carbonio 12. La massa atomica relativa è detta anche peso atomico, in ogni caso questa grandezza è adimensionale.

6 Masse molari degli elementi Il rame Cu ha massa atomica relativa 63,546 La massa di una mole di Cu è 63,54 g La massa molare del Cu 63,54 g mol -1

7 Masse molari degli elementi L'ossigeno ha m.a.r. 15,9994 La massa di una mole di O è 15,99 g La massa molare dell'ossigeno atomico è La massa molare dell'ossigeno atomico è 15,99 g mol -1

8 ll volume molare E' una grandezza importante per la comprensione di molte proprietà. Definizione: massa molare volume molare = massa volumica Sostituendo alle grandezze le unità di misura otteniamo: g mol -1 cm 3 mol -1 = g cm -3

Moli di elementi e di composti Nella fila di bicchieri davanti: una mole di Cu, Pb, Hg, Fe Nella fila di bicchieri dietro: una mole di zucchero, acqua, S 8, S,

9 Moli di elementi e di composti Nella fila di bicchieri davanti: una mole di Cu, Pb, Hg, Fe Nella fila di bicchieri dietro: una mole di zucchero, acqua, S 8, S, NaCl La formula dello zucchero è C 12 H 22 O 11 La massa La formula molare dello zucchero è C H 22 g Omol 11-1 La massa molare dello zucchero è 342 g mol -1

10 La mole 4 elementi, tre stati fisici Nei vetrini d'orologio: 63,54 g di rame, 1 mole di Cu 32,06 g di zolfo, 1 mole di S Il bicchiere contiene 200,59 g di mercurio, 1 mole di Hg Il pallone contiene 4,00 g di elio, 1 mole di He

11 Il volume di una mole di gas a TPS: 22,4 L Qualche confronto Pallone da basket, 7,5 L Pallone da calcio, 6 L Pallone da rugby, 4,4 L

12 Proprietà atomiche e periodicità Si ottiene un diagramma molto interessante se i volumi molari sono riportati in funzione del numero atomico

13 Ossidazione e riduzione La reazione di ossido-riduzione è una delle reazioni più importanti Essa consiste nel trasferimento di elettroni da una entità microscopica che si ossida ad un'altra che viene ridotta La reazione di ossido-riduzione è il risultato di due reazioni distinte: Reazione di ossidazione. Perdita di uno o più elettroni: Cu Cu + + e - Cu + Cu 2+ + e - Reazione di riduzione. Acquisto di uno o più elettroni: F + e - F - Il processo complessivo è descritto con la reazione: Cu + F 2 CuF 2

14 Ossidazione e potenziali di ionizzazione La più semplice reazione di ossidazione consiste nella perdita di un elettrone da parte di un atomo isolato Per ogni elemento, questo processo di ionizzazione è riferito ad un atomo allo stato gassoso: Mg (g) Mg + (g) + e - I 1 = 738 kj mol -1 Il processo può proseguire con una seconda ionizzazione: Mg + (g) Mg 2+ (g) + e - I 2 = 1451 kj mol -1 I valori I 1 e I 2 sono detti rispettivamente energie di prima e seconda ionizzazione I valori I 1 e I 2 sono chiamati anche potenziali di ionizzazione

15 Elementi elettropositivi ed elettronegativi Gli atomi degli elementi elettropositivi hanno bassi potenziali di ionizzazione, tendono a dare ioni positivi e quindi si ossidano facilmente Es.: Na, K, Mg, Ca Gli atomi degli elementi elettronegativi hanno alti potenziali di ionizzazione, tendono a dare ioni negativi e quindi si riducono facilmente Es.: F, Cl, O, S

16 Elementi elettropositivi ed elettronegativi Si deve comunque tener conto che il rapporto fra le proprietà degli atomi nei composti è sempre relativo In FeS, Fe è l'atomo elettropositivo, S è l'atomo elettronegativo In SO 2, S è l'atomo elettropositivo, gli atomi di O sono elettronegativi

17 Proprietà periodiche: Ionizzazione Impiegando sufficiente energia possiamo rimuovere un elettrone da un atomo Z- (Z-1)- Energy +Z +Z e- L'elettrone è completamente 'rimosso' quando l'energia potenziale dell'elettrone rispetto all'atomo è nulla

un periodo perché cresce Z Diminuisce quando si

18 Il potenziale di prima ionizzazione Valori riferiti ad una mole di elemento Aumenta quando si considera un periodo perché cresce Z Diminuisce quando si considera un gruppo perché aumenta la distanza dal nucleo

19 Potenziali di ionizzazione Valori riferiti ad un singolo atomo Valori espressi in ev (elettronvolt) 1 ev = J

20 Sistema periodico Variazione dei potenziali di ionizzazione

21 Elettroaffinità E' la variazione di energia associata con l'acquisizione di un elettrone da parte di un atomo allo stato di gas F(g) + e - F - (g) In questo caso il processo avviene con cessione di energia dal sistema atomico all'ambiente, quindi è esotermico: EA: -322,2 kj mol -1 Quando il processo è endotermico l'elettroaffinità è espressa con un valore positivo: Ne (g) + e - Ne - (g) EA: + 29 kj mol -1

Gli atomi di Na e K, metalli alcalini, rilasciano pochissima energia quando acquisiscono un elettrone.

22 Elettroaffinità e sistema periodico Fluoro e cloro, gli alogeni, sono fortemente elettroaffini: il sistema X - è ad energia molto minore dei due sistemi separati X ed e -. Gli atomi di Na e K, metalli alcalini, rilasciano pochissima energia quando acquisiscono un elettrone. La transizione da F a Na segna il passaggio dal secondo al terzo periodo, e quella da Cl a K segna il passaggio dal terzo al quarto periodo.

23 Aufbau (!?) Ovvero: configurazioni elettroniche

24 Aufbau Il caso dello zolfo

25 Configurazioni Elettroniche

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