FONDAMENTI DI CHIMICA

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1 FONDAMENTI DI CHIMICA LA CHIMICA E UNA BRANCA DELLA SCIENZA CHE STUDIA LA COMPOSIZIONE DELLA MATERIA E DELLE SOSTANZE, LE LORO PROPRIETA E LE LORO TRASFORMAZIONI IN ALTRE SOSTANZE ED ELEMENTI E/O IN ENERGIA MATERIE ED ELEMENTI con il termine di materia si indica in chimica tutto ciò che ha forma (volume ) e massa misurabili. si distingue quindi da quella che in scienza si chiama energia che sebbene può essere misurabile in termini fisici non è dotata di una forma misurabile. essa a sua volta si divide in I MISCUGLI sono il composto di due o più sostanze, mentre per SOSTANZA PURA si intende una materia che è costituita da elementi o composti uguali fra loro. A loro volta i miscugli sono: - omogenei se in un qualsiasi punto del volume considerato le sostanze presenti non sono fra loro distinguibili e si presentano allo stesso stato fisico ( es. acciaio, acqua potabile, aria, benzina, etc ); possono essere chiamati anche soluzioni. Carbonio ( soluto ) l acciaio è una soluzione, e quindi un miscuglio eterogeneo di Ferro ( solvente )e - eterogenei se le parti presenti nel miscuglio sono facilmente distinguibili con l ausilio di opportune tecniche come l utilizzo di un microscopio o altre tecniche ( es. latte, fumi, rocce, pietre granitiche, emulsioni etc. ) disciolti in una base liquida acquosa il latte è un esempio di miscuglio eterogeneo per la presenza di grassi e proteine 1

2 le SOSTANZE PURE sono: - elementi, quando tutte le parti che compongono la sostanza sono riconducibili ad entità semplici che non è possibile scomporre ulteriormente in parti con metodi chimici se non variandone la struttura atomica dell elemento; essi sono dotati di singole proprietà chimiche e fisiche. Sono difficili da reperire in natura nella loro forma elementare in quanto solitamente sono sempre presenti in composti con la presenza di impurità e altri elementi. Gli elementi sono formati da atomi della stessa caratteristica e specie. - composti,sono sostanze pure formate da due o più elementi ( anche della stessa specie ); ogni composto ha le stesse caratteristiche chimiche e fisiche in ogni suo punto ed in qualsiasi quantità considerata e la parte più piccola che mantiene le caratteristiche fisico-chimiche della sostanza considerata viene chiamata molecola ATOMI E MOLECOLE Sia che si tratti di miscugli, o di sostanze pure tutta la materia è formata da una combinazione di elementi ( quindi atomi ) aggregati tramite diversi tipi di legami in entità semplici chiamate molecole. MATERIA > SOSTANZA > ELEMENTO > MOLECOLA > ATOMO LE MOLECOLE sono le più piccole unità chimiche di una sostanza ( elemento o composto ) che conservando le caratteristiche chimiche della sostanza stessa sia capace di esistenza indipendente. Esse sono formate da raggruppamenti di atomi di elementi ben definiti. 2

3 Ogni molecola viene rappresentata da una formula chimica Le molecole di elementi presenti in natura sono rappresentate dal raggruppamento di atomi dello stesso elemento. Ad esempio, l ossigeno si presenta sempre in natura come una molecola biatomica formata da due atomi di ossigeno, bromo, cloro, iodio sono molecole biatomiche, mentre il fosforo (P) è una molecola tetratomica la formula chimica, per esempio dell ossigeno molecolare è O2, del fosforo è P4. le molecole di sostanze pure( composti ) sono invece rappresentate dal raggruppamento di atomi di diversi elementi chimici, ad esempio l acqua distillata pura è una molecola formata da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno ( h2o ) molecola dell anidride carbonica CO2 a loro volte le molecole, possono legarsi ad altre molecole, anche di diversa natura tramite dei legami e quindi andare a formare le determinate sostanze Le particelle più piccole riscontrabili sono dunque gli atomi, e non possono essere ulteriormente scomposti se non con processi fisici particolari, che ne farebbero perdere le caratteristiche chimiche dell elemento. Gli atomi a loro volta sono formati da particelle dette Subatomiche, le quali sono uguali per tutti gli atomi conosciuti in natura: gli elettroni i protoni i neutroni Esistono poi altre particelle sub-atomiche, quale i quark, i neutrini etc ma in questo contesto sono trascurabili in quanto essi non influenzano le caratteristiche chimiche delle sostanze, e sono studiate nell ambito della fisica sub-nucleare, meccanica quantistica etc 3

4 Gli elettroni sono disposti nella parte esterna dell atomo, e ruotano attorno al nucleo seguendo traiettorie circolari concentriche ad esso, che vengono chiamati orbitali. Sono particelle che sebbene hanno una forma corpuscolare hanno una massa infinitamente piccola che risulta trascurabile ai fini del calcolo della massa totale di un atomo. La loro caratteristica principale è quella di essere dotati di una carica elettrica negativa. I protoni sono disposti al centro dell atomo, cioè nel nucleo insieme ai neutroni, sono di dimensioni molto più grandi degli elettroni ( circa 1800 volte ) ed hanno una massa quindi considerevole. Essi sono dotati di carica elettrica positiva. il numero di protoni in un atomo distingue atomi di elementi diversi I neutroni sono disposti anche essi al centro dell atomo, nel nucleo, hanno dimensioni e massa simile a quella dei protoni e quindi concorrono al peso totale di un atomo, ma la loro carica elettrica è neutra. 4

5 elemento simbolo n di protoni n di neutroni n di elettroni idrogeno H carbonio C azoto N ossigeno O sodio Na zolfo S calcio Ca quando le cariche positive del nucleo ( il nucleo di atomo è elettropositivo per la presenza dei protoni ) sono uguali in numero a quelle degli elettroni, la carica netta dell atomo è neutra. Se un atomo ha un numero di elettroni superiore a quello dei protoni, esso ha carica netta negativa e si chiama ione negativo; se viceversa ha un numero di elettroni inferiore a quello dei protoni, esso ha carica elettrica netta positiva e viene chiamato ione positivo. Gli elettroni determinano il comportamento chimico degli atomi ovvero di come questi reagiscono fra loro. come detto gli elettroni ruotano su orbite concentriche attorno al nucleo, disponendosi su traiettorie denominate orbitali. gli orbitali conferiscono agli atomi i vari livelli energetici, intendendo con questo la distanza dal nucleo. Gli elettroni si dispongono sui livelli in un numero pari ad 2n 2, cercando di occupare via via gli spazi disponibili su ogni livello. ne deriva che i livelli energetici inferiori tendono a completarsi, mentre i livelli energetici più esterni possono avere un numero di elettroni tale che non ne completa il riempimento. Ne deriva che atomi con un livello energetico esterno non completo tende ad acquistare elettroni, reperendoli da altri atomi in vicinanza. questo fenomeno determina la stabilità di un elemento, ovvero la sua capacità e tendenza di reagire con altri elementi. 5

6 il numero di protoni all interno del nucleo determina il numero atomico il numero di neutroni, sommato al numero di protoni determina il numero di massa. 6