Lezioni di chimica

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Luigi Cerrutiluigi.cerruti@unito.itwww.minerva.unito.it

Corso propedeutico a chimica generale 2009

Unità di misura SIUnità fondamentali

Unità di misura SIUnità derivate

Gli oggetti microscopici della chimicaL'atomo

• L'atomo è un sistema miscoscopico costituito da

– protoni, carica 1,6 • 10-19 C, massa 1,673 • 10 -24 g

– neutroni, carica zero, massa 1,675 • 10 -24 g

– elettroni, carica - 1,6 • 10-19 C, massa 9,109 • 10 -28 g

Gli oggetti microscopici della chimicaMolecole e ioni

• Una molecola è un sistema costituito da uno o più atomi, in grado di esistere 'isolato'– Il termine 'isolato' si riferisce qui a sistemi che hanno solo

interazioni deboli con altri oggetti microscopici

• Le molecole sono dette mono-, bi- , tri- … atomiche a seconda che siano costituite da 1, 2, 3 atomi

– La γ-globulina è costituita da 19.996 atomi

• Uno ione è un atomo o una molecola con carica elettrica intera, positiva o negativa– Il solfato di rame è costituito da ioni Cu2+ e SO4

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Il reticolo cristallino dell'NaCl

Cristalli di sale da cucina

La cella unitaria dell'NaCl contiene 4

ioni Na+ e 4 ioni Cl-

Gli oggetti microscopici della chimicaI costituenti di un cristallo

• Molte sostanze importanti, specie allo stato solido, non

sono costituite da molecole 'isolabili'

– Nel sale da cucina NaCl (s) esistono solo ioni Na+ e Cl-

separati; l'unità di riferimento è NaCl

– Nel 'verde rame' CuSO4 (s) esistono solo ioni Cu2+ e SO42- ;

l'unità di riferimento è CuSO4

– Il diamante è un corpo semplice, in cui esistono solo atomi di carbonio legati fra di loro in modo da costituire un'unica molecola; l'unità di riferimento è C

Gli oggetti microscopici della chimicaL'atomo

• L'atomo è un sistema miscoscopico costituito da

– protoni, carica 1,6 • 10-19 C, massa 1,673 • 10 -24 g

– neutroni, carica zero, massa 1,675 • 10 -24 g

– elettroni, carica - 1,6 • 10-19 C, massa 9,109 • 10 -28 g

Le proprietà chimiche di un atomo sono determinate dal numero di

protoni contenuti nel nucleo

Schema del funzionamento di uno

spettrometro di

massa

Schema del funzionamento di uno spettrometro di massa

Spettro di massa del mercurio

196Hg 0,146 %

202Hg 29,80 %

massa atomica relativa del mercurio naturale:

200,59

L'unità di massa atomica

Si è definita come unità di massa atomica un dodicesimo

della massa dell'isotopo 12C

Il nome di questa unità di

misura è dalton (uma)

1 uma = 1,66059 • 10-24 g

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.

Il suo valore per ogni elemento “risulta facendo la media tra i valorimassimo e minimo, trovati sperimentalmente e di dimostrata altaprecisione, su tutti i materiali normali noti” (Definizione dellaIUPAC , International Union of Pure and Applied Chemistry)

La massa atomica relativa è detta anche peso atomico, in ogni caso questa grandezza è adimensionale.

Massa atomica relativa

Il caso del fosforo

Il fosforo è un elemento mononuclidico, è cioècostituito esclusivamente dal nuclide 31P.

La massa atomica relativa del fosforo è 30,973 76.

Ciò significa che la massa di un atomo di fosforo-31 è30,973 76 volte maggiore della dodicesima parte della massa dell’atomo di carbonio 12.

Massa atomica relativa

Il caso del silicio

Il silicio è un elemento polinuclidico costituito inmaggioranza (92,21 %) dall’isotopo 28Si (27,976 93 amu) ma contenente il 4,70 % dell’isotopo 29Si (28,976 49 amu) e il 3,09 % dell’isotopo 30Si (29,97376 amu).

La massa atomica relativa del silicio è 28,086. Ciò significa che la massa di un atomo di silicio naturale (media tra quelle dei tre isotopi) è 28,086 volte maggiore della dodicesima parte della massa dell’atomo di carbonio 12.

Condizioni standard per i gas

• E' utile definire le condizioni standard di uno stato di

riferimento per i gas.

• Si è assunta come temperatura standard 0 °C

• Si è assunta come pressione standard 1 atm

• Si ricordi che 0 °C corrispondono a 273,15 K

Gli isotopi

I nuclei degli atomi sono caratterizzati dal numero di protoni e di neutroni che

contengono.

Gli atomi di un elemento hanno tutti lo

stesso numero di protoni, ma possono avere un numero diverso di neutroni.

Gli atomi di un elemento che hanno un

numero diverso di neutroni sono detti

isotopi di quell'elemento

Simboli atomici

ZX

A

X simbolo dell'elemento, ad es. Ne, neon

A numero di massa dell'isotopo: numero dei protoni + numero dei neutroni

Z numero atomico: numero dei protoni, carica nucleare

17Cl

35

8O

16

La tavola periodica degli elementi

La legge di Gay-Lussac, 1808

Data la reazione fra due gas, i volumi dei

reagenti e dei prodotti gassosi stanno fra di

loro in rapporto come numeri interi semplici

1 vol. di idrogeno più 1 vol. di cloro danno 2 vol. di cloruro di idrogeno

2 vol. di idrogeno più 1 vol. di ossigeno danno 2 vol. di acqua (vapore)

La legge di Avogadro, 1811

Volumi uguali di gas diversi, nelle

stesse condizioni di temperatura e

pressione, contengono lo stesso

numero di molecole

L'interpretazione della legge di Gay-Lussac

Il caso della reazione fra idrogeno e cloro

L'interpretazione della legge di Gay-Lussac

Il caso della sintesi dell'acqua