Indice generale Prefazione XIII 1 Introduzione. Leggi fondamentali della chimica 1 1.1 Il metodo scientifico 1 1.2 Esecuzione di un esperimento e presentazione dei risultati: interpolazione ed estrapolazione 2 1.3 Misura di una grandezza 4 1.3.1 Dimensioni e unità di misura di una grandezza. Sistemi di unità di misura 4 1.3.2 Sistema Internazionale di unità di misura (SI ) 5 1.3.3 Fattori per la conversione di unità da altri sistemi nelle corrispondenti unità SI 6 ESEMPI 7 1.4 Cifre significative e arrotondamento 10 1.5 Stati di aggregazione e passaggi di stato 10 1.6 Proprietà fisiche e proprietà chimiche. Grandezze intensive ed estensive 12 1.7 Sistemi omogenei ed eterogenei. Fasi 13 1.8 Separazione dei componenti di un sistema 14 1.9 Elementi e composti 15 1.10 Leggi fondamentali della Chimica 16 1.10.1 Leggi ponderali 16 ESEMPI 18 ESEMPI 19 1.10.2 Leggi volumetriche 20 ESEMPI 21
VI Indice generale ISBN 88-408-1360-8 2 Atomo, molecola, mole. Composizione percentuale, formula minima e molecolare 25 2.1 Simboli degli elementi e formule di elementi e composti 25 2.2 Peso atomico, peso molecolare, peso formula 25 2.3 Grammo-atomo, grammo-molecola e mole 27 2.4 Determinazione del peso molecolare di sostanze volatili 30 ESEMPI 31 2.5 Determinazione del peso atomico 32 2.5.1 Metodo di Cannizzaro 33 2.5.2 Legge di Dulong e Petit 35 ESEMPI 35 2.6 Composizione ponderale 38 ESEMPI 39 2.7 Tipi di formule 41 ESEMPI 43 2.8 ESERCIZI 50 3 La natura elettrica della materia 53 3.1 Le particelle elementari 53 3.1.1 Il decadimento di materiale radioattivo 53 3.1.2 Scarica elettrica nei gas rarefatti 54 3.1.3 Effetti termoelettrico e fotoelettrico 56 3.2 Determinazione della massa e della carica dell elettrone 56 3.2.1 Esperienza di Thomson 57 3.2.2 Esperienza di Millikan 58 3.3 La mole di elettroni, di protoni e di neutroni 60 3.4 Numero atomico e numero di massa. Isotopi 61 3.5 Difetto di massa 62 4 Struttura atomica 65 4.1 Il modello di Thomson e l esperienza di Rutherford 65 4.2 Onde luminose. Spettro continuo, a bande e a righe 67 4.3 La quantizzazione dell energia 69 4.4 Lo spettro di emissione e di assorbimento dell idrogeno 72 4.5 Il modello atomico di Bohr. Il numero quantico principale 73 4.6 Interpretazione dello spettro di emissione e di assorbimento dell idrogeno alla luce della teoria di Bohr 77 4.7 Teoria di Sommerfeld. Il numero quantico secondario 78 4.8 Effetto Zeeman. Il numero quantico magnetico 83 4.9 Elementi di meccanica ondulatoria 86 4.9.1 Principio di indeterminazione di Heisenberg e orbitale 86 4.9.2 Ipotesi di De Broglie 88 4.9.3 Onde stazionarie. L equazione d onda di Schrödinger 88
ISBN 88-408-1360-8 Indice generale VII 4.10 Orbitali atomici 91 ESEMPI 93 4.11 Forme degli orbitali 94 4.12 Spin elettronico 97 5 Configurazione elettronica degli elementi e tavola periodica 98 5.1 Configurazione elettronica degli elementi 98 ESEMPI 100 5.2 Tavola periodica 101 ESEMPI 112 5.3 Proprietà periodiche degli elementi 113 5.4 ESERCIZI 118 6 Il legame chimico 119 6.1 Il legame ionico. L energia reticolare 120 6.2 Il legame covalente 123 6.2.1 Distanza ed energia di legame 124 6.2.2 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 146 6.2.3 Mesomeria o risonanza 149 ESEMPI 154 6.2.4 Valenza e stato di ossidazione 158 ESEMPI 163 6.2.5 Teoria degli orbitali molecolari 166 6.3 Legame metallico 172 6.4 Forze secondarie di legame 177 6.5 ESERCIZI 181 7 Proprietà degli elementi. Formule e nomenclatura chimica 184 7.1 Nomi e simboli degli elementi 185 7.2 Composti binari 185 7.2.1 Composti binari dell idrogeno e dell ossigeno 186 7.3 I prodotti di idratazione di ossidi basici: idrossidi 189 7.4 I prodotti di idratazione di ossidi acidi: ossoacidi 189 7.4.1 Altri ossoacidi del fosforo e dello zolfo 190
VIII Indice generale ISBN 88-408-1360-8 7.5 I sali 191 7.5.1 Sali semplici 191 7.5.2 Sali basici 192 7.5.3 Sali acidi 192 7.5.4 Sali multipli 192 7.6 Radicali contenenti ossigeno 193 7.7 I complessi 193 7.7.1 I leganti 193 7.7.2 Complessi neutri o cationici 194 7.7.3 Complessi anionici 194 7.7.4 Composti salini in cui l anione o il catione è un complesso 194 7.8 Suggerimenti per l apprendimento delle formule chimiche 194 7.9 ESERCIZI 197 8 Le reazioni chimiche 199 8.1 Acidi e basi 201 8.1.1 Acidi e basi secondo Arrhenius 201 8.1.2 Formule di struttura degli ossoacidi 202 ESEMPI 203 8.1.3 Forza degli ossoacidi 205 8.1.4 Acidi e basi secondo Brønsted-Lowry 206 8.1.5 Acidi e basi secondo Lewis 207 8.2 Reazioni acido-base 208 8.2.1 Bilanciamento delle reazioni acido-base 208 ESEMPI 208 8.2.2 Prodotti delle reazioni tra acidi e basi 210 ESEMPI 210 8.2.3 Reazioni completamente spostate verso destra (irreversibili) 212 ESEMPI 213 8.2.4 Reagenti in quantità stechiometrica. Reagente in eccesso e in difetto 215 ESEMPI 216 8.3 Ossidanti e riducenti 218 8.4 Bilanciamento delle reazioni di ossidoriduzione 219 8.4.1 Metodo schematico 220 8.4.2 Metodo ionico-elettronico 223 ESEMPI 224 8.5 Potenziali redox e reazioni di ossidoriduzione 234 ESEMPI 235 8.6 Equivalenti e peso equivalente 237 8.6.1 Equivalente e peso equivalente di acidi, basi e sali 237 ESEMPI 239 8.6.2 Equivalente e peso equivalente di ossidanti e riducenti 243 ESEMPI 243 Esempi di calcoli stechiometrici 247 8.7 ESERCIZI 252
ISBN 88-408-1360-8 Indice generale IX 9 Gli stati di aggregazione della materia: stato gassoso e stato liquido 265 9.1 Lo stato gassoso: gas perfetti, ideali e reali 266 9.2 Leggi dei gas 269 9.2.1 Legge di Boyle 269 9.2.2 Prima legge di Volta Gay-Lussac o legge di Charles. Temperatura assoluta 271 9.2.3 Seconda legge di Volta Gay-Lussac 275 9.2.4 Equazione di stato dei gas 277 9.2.5 Modi di esprimere il volume e la pressione e valori della costante universale R 279 9.2.6 La densità dei gas 283 ESEMPI 284 9.3 Miscugli gassosi 287 9.3.1 Pressioni parziali. Legge di Dalton 287 9.3.2 Volumi parziali. Legge di Amagat 288 9.3.3 Peso molare medio di un miscuglio gassoso 290 9.3.4 Tensione di vapore di un liquido e miscugli gassosi. Gas umido 290 ESEMPI 291 9.4 Determinazione del peso molecolare di gas e di sostanze volatili 303 9.4.1 Metodo di Dumas 303 9.4.2 Metodo di Hoffmann 304 9.4.3 Metodo di Meyer 304 9.4.4 Legge di Graham 304 ESEMPI 305 9.5 I gas reali 308 9.6 Lo stato liquido 311 9.6.1 Proprietà dei liquidi. La tensione di vapore 313 9.6.2 Comportamento della tensione di vapore al variare del volume a temperatura costante e al variare della temperatura. Principio dell equilibrio mobile 316 9.6.3 Dipendenza della tensione di vapore dalla temperatura 317 9.6.4 Diagramma di stato di un sistema a un solo componente 319 9.6.5 Fasi e varianza di un sistema: regola delle fasi 324 9.6.6 Diagramma di Andrews: temperatura critica 326 9.7 ESERCIZI 327 10 Soluzioni e proprietà colligative 331 10.1 Le soluzioni 331 10.2 Modi di esprimere la concentrazione 331 10.2.1 Rapporto massa a massa 332 10.2.2 Rapporto massa a volume 333 10.2.3 Rapporto volume a volume 335 ESEMPI 335 10.3 Diluizione e calcolo della nuova concentrazione 341 10.3.1 Regola delle mescolanze 341 ESEMPI 342 10.4 Ripartizione di un soluto tra due solventi immiscibili. Legge della ripartizione di Nernst 345 ESEMPI 346
X Indice generale ISBN 88-408-1360-8 10.5 Solubilità dei gas nei liquidi. Legge di Henry 348 ESEMPI 350 10.6 Proprietà colligative. Determinazione del peso molecolare di sostanze non volatili 351 10.6.1 Legge di Raoult 352 10.6.2 Abbassamento relativo della tensione di vapore 353 10.6.3 Abbassamento del punto di gelo e innalzamento del punto di ebollizione 353 10.6.4 Pressione osmotica 355 10.6.5 Proprietà colligative di soluzioni non diluite. Attività 356 10.6.6 Determinazione del peso molecolare di sostanze poco volatili. Crioscopia ed ebullioscopia 357 10.7 Dissociazione elettrolitica. Elettroliti forti e deboli 357 10.7.1 Proprietà colligative di soluzioni elettrolitiche 358 ESEMPI 360 10.8 ESERCIZI 371 11 Rapporti ponderali e volumetrici nelle reazioni chimiche. Analisi volumetrica 376 11.1 Rapporti ponderali e volumetrici 376 ESEMPI 378 11.2 Analisi volumetrica 391 ESEMPI 392 11.3 ESERCIZI 394 12 Termodinamica chimica 397 12.1 Calore, energia interna ed entalpia 397 12.1.1 Stato di riferimento per i potenziali termodinamici: condizioni standard 398 12.2 Entalpia (calore) di reazione 400 12.2.1 Entalpia di formazione 401 12.2.2 Entalpia di combustione 401 12.3 Calcolo dell entalpia di formazione 402 12.3.1 Legge di Hess 403 12.3.2 Calcolo di entalpie senza l ausilio del ciclo di Hess 405 ESEMPI 406 12.4 Entropia e spontaneità dei processi 411 12.4.1 Variazione di entropia in processi irreversibili e reversibili 412 12.4.2 Reazioni chimiche ed entropia 413 12.5 L energia libera 414 12.5.1 Variazione di energia libera in processi irreversibili e reversibili 415 12.5.2 Energia libera e lavoro utile 417 12.6 Reazioni chimiche ed energia libera 417 12.6.1 Costante di equilibrio 419 ESEMPI 420 12.7 ESERCIZI 427
ISBN 88-408-1360-8 Indice generale XI 13 Cinetica chimica 431 13.1 Velocità di reazione 432 13.2 Teoria delle collisioni: complesso attivato e intermedi di reazione 434 13.3 Dipendenza della velocità dalla concentrazione dei reagenti: ordine e molecolarità della reazione 437 13.3.1 Cinetica del primo ordine 440 13.3.2 Cinetiche del secondo ordine 443 13.4 Dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura 444 13.5 Dipendenza della velocità di reazione dai catalizzatori 447 13.5.1 Catalisi omogenea 449 13.5.2 Catalisi eterogenea 450 13.5.3 Catalisi enzimatica 452 13.5.4 Reazioni fotochimiche 452 14 Equilibrio chimico in sistemi omogenei 455 14.1 Equilibri omogenei in fase gassosa 455 14.2 Costante di equilibrio in funzione delle concentrazioni, frazioni molari e del numero di moli 456 14.3 Fattori che influenzano l equilibrio 457 14.3.1 Influenza della quantità di un componente 457 14.3.2 Influenza del volume, della concentrazione e della pressione 461 14.3.3 Influenza della temperatura 462 ESEMPI 464 14.4 Equilibri di dissociazione gassosa 479 14.4.1 Grado di dissociazione 479 14.4.2 Relazione tra costante e grado di dissociazione 480 14.4.3 Determinazione del grado di dissociazione e calcolo della costante 481 ESEMPI 483 14.5 ESERCIZI 489 15 Equilibri in soluzione: ph e prodotto di solubilità 495 15.1 Autoprotolisi dell acqua 495 15.1.1 Soluzioni acide, basiche e neutre. ph 496 15.1.2 Acidi e basi monovalenti 497 15.1.3 Dissociazione di acidi poliprotici 499 15.2 Calcolo del ph di una soluzione diluita 501 15.2.1 Acidi e basi 502 ESEMPI 505 15.2.2 Soluzioni di sali. Idrolisi 510 ESEMPI 512 15.2.3 Soluzioni tampone 514 ESEMPI 516 ESEMPI di mescolamento di acidi e basi 519 ESEMPI di reazioni di spostamento 523
XII Indice generale ISBN 88-408-1360-8 15.3 Prodotto di solubilità 526 ESEMPI 527 15.4 ESERCIZI 538 16 Elettrochimica: conducibilità, pile ed elettrolisi 544 16.1 Conducibilità delle soluzioni elettrolitiche 544 16.1.1 Grado di dissociazione di un elettrolita debole da misure di conducibilità 548 16.2 Pile 549 16.2.1 Potenziale elettrodico e forza elettromotrice 551 16.2.2 Il meccanismo di funzionamento del ponte salino 553 16.2.3 Schema degli elettrodi e delle pile 554 16.2.4 Potenziali standard 555 16.2.5 fem e potenziali attuali: legge di Nernst 557 16.2.6 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 568 16.2.7 Ponte salino nelle pile con un elettrodo di 2 a specie 569 16.2.8 Pile di concentrazione 571 ESEMPI 577 16.3 Elettrolisi 588 16.3.1 Scariche agli elettrodi. Potenziale di decomposizione 590 16.3.2 Processi elettrodici e potenziali 593 16.3.3 Sovratensione 595 ESEMPI 596 16.3.4 Scelta del metallo per gli elettrodi 605 ESEMPI 606 16.3.5 Scariche elettrodiche sucessive 608 16.3.6 Leggi di Faraday 609 ESEMPI 610 16.4 ESERCIZI 617 17 Esercizi di ricapitolazione 624 17.1 ESERCIZI 624 Indice delle tabelle 637 Indice analitico 639