Scienziati in Erba Chimica - Ivano Coccorullo · Una sostanza è una forma di materia che ha una...

Corso PON – Scienziati in erba Liceo Virgilio – San Giorgio del Sannio (BN)

Scienziati in Erba Chimica

Zucchero Acqua

Oro


La Chimica

ü  Cosa studia la chimica? ü  Classificazione della materia ü  Stati della materia ü  Formule chimiche ü  Atomo ü  Tavola periodica degli elementi ü  I legami chimici ü  Le reazioni chimiche ü  Acidi e basi ü  La chimica organica


La vita è una reazione chimica…

Chimica

Ambiente

Medicina

Vita

Energia

Arte

Benessere

Cucina

Crimine


Si può vivere senza la chimica???


Cosa studia la chimica?

La Chimica è lo studio della materia e dei cambiamenti che essa subisce

1.  Materia è qualsiasi cosa che occupi spazio (un volume), sia dotata di massa ed energia.

2.  Una sostanza è una forma di materia che ha una composizione definita e proprietà distinte.


Una miscela è una combinazione di due o più sostanze in cui le singole sostanze mantengono identità distinte.

1.  Miscele omogenee – la composizione della miscela è omogenea.

2.  Miscele eterogenee – la composizione non è uniforme.

bibite, leghe per saldare

cemento, limatura di ferro nella sabbia


Possono essere utilizzati mezzi fisici per separare una miscela nei suoi componenti puri.

calamita distillazione


Un elemento è una sostanza che non può essere separata in sostanze più semplici attraverso mezzi chimici.

•  sono stati identificati 114 elementi

•  82 elementi sono presenti naturalmente sulla Terra

oro, alluminio, piombo, ossigeno, carbonio

•  32 elementi sono stati creati dagli scienziati

tecnezio, americio, seaborgio


Un composto è una sostanza composta da atomi di due o più elementi uniti chimicamente in proporzioni definite.

I composti possono essere separati solo nei loro componenti puri (elementi) attraverso mezzi chimici.

Acqua (H2O) Glucosio (C6H12O6)

Ammoniaca (NH3)


Classificazioni della Materia


Una trasformazione fisica non altera la composizione o l’identità di una sostanza.

Una trasformazione chimica fa variare la composizione o l’identità delle sostanze coinvolte.

fusione del ghiaccio dissoluzione in acqua dello zucchero

L’idrogeno brucia all’aria per formare acqua

Fisico o Chimico?


I Tre Stati della Materia

solido liquido

gas


ü  La materia è costituita da particelle

piccolissime: atomi

ü  Molecola: insieme di atomi

ü  Elemento: sostanza costituita da un solo tipo

di atomo

ü  Simboli chimici: Al, Cu, H, O, He.

ü  Composti: sostanze in cui due 2 o più

elementi sono combinati chimicamente.

Un po’ di definizioni...


Formula chimica: combinazione di simboli che rappresentano la composizione qualitativa e quantitativa di un composto Formula molecolare: mostra il tipo e il numero esatto di atomi che compaiono nella più piccola unità di una sostanza

Acqua: H2O, Saccarosio: C12H22O11

Formula minima: indica quali elementi sono presenti all'interno di un composto e il rapporto minimo tra essi Saccarosio CH2O

Un po’ di definizioni...


Formule molecolari e di struttura e modelli molecolari di quattro molecole comuni.


L’atomo

Zucchero Acqua

Oro


La Teoria Atomica di Dalton (1808) 1.  Gli Elementi sono composti da particelle estremamente

piccole, denominate atomi.

2.  Tutti gli atomi di un dato elemento sono identici ed hanno le stesse dimensioni, masse e proprietà chimiche, ma differiscono dagli atomi di tutti gli altri elementi.

3.  I composti sono formati da atomi di almeno due elementi diversi. In qualsiasi composto, il rapporto del numero di atomi di qualsiasi coppia di elementi presenti è un numero intero e piccolo

4.  Una reazione chimica coinvolge solo la separazione, la combinazione, o il riarrangiamento di atomi; il suo risultato non è la loro creazione dal nulla o la loro distruzione.


La Teoria Atomica di Dalton Ossigeno in CO e in CO2


8 X2Y 16 X 8 Y +

La Teoria Atomica di Dalton


J.J. Thomson, misurò massa/carica di un e-

(1906 Premio Nobel in Fisica)

Tubo a raggi catodici


Tubo a raggi catodici


e- carica = -1.60 x 10-19 C

(Thomson) carica/massa di un e- = -1.76 x 108 C/g

e- massa = 9.10 x 10-28 g

Esperimento di Millikan

microscopio

atomizzatore

goccia d’olio sotto osservazione piastra caricata

piastra caricata gocce d’olio

foro

Misurò la massa di un e- (1923 Premio Nobel in Fisica)


Il modello atomico di J.J. Thomson: Elettroni immersi in un sottofondo di carica positiva

uniformemente distribuita.


1.  La carica positiva dell’atomo è concentrata nel nucleo 2.  Il protone (p) ha carica opposta (+) rispetto all’elettrone (-) 3.  La massa di p è 1840 x massa di e- (1.67 x 10-24 g)

velocità delle particelle α ~ 1.4 x 107 m/s (~5% velocità della luce)

(1908 Premio Nobel in Chimica)

L’ esperimento di Rutherford


raggio atomico ~ 100 pm = 1 x 10-10 m

raggio nucleare ~ 5 x 10-3 pm = 5 x 10-15 m Se l’atomo avesse le dimensioni di uno stadio, il volume del suo

nucleo sarebbe confrontabile con quello di una piccola biglia

Il modello atomico di Rutherford

Rutherford ipotizzò che all’interno del nucleo oltre ai protoni vi fosse un secondo tipo di particella neutra.


Esperimento di Chadwick (1932) (1935 Premio Nobel in Fisica)

H atomi - 1 p; He atomi - 2 p

massa He/massa H dovrebbe essere = 2

invece massa He/massa H = 4

α + 9Be 1n + 12C + energia

neutrone (n) è neutro (carica = 0)

massa n ~ massa p = 1.67 x 10-24 g


numero atomico (Z) = numero di protoni nel nucleo

numero di massa (A) = numero di protoni + numero di neutroni

= numero atomico (Z) + numero di neutroni

Isotopi sono atomi di uno stesso elemento (X) con un diverso numero di neutroni nel nucleo

X A Z

H 1 1 H (D) 2

1 H (T) 3 1

U 235 92 U 238

92

Numero di Massa Numero Atomico

Simbolo dell’elemento

Il numero atomico, il numero di massa e gli isotopi


massa p = massa n = 1840 x massa e-


Teoria dei quanti di Planck

Il modello atomico di Bohr Nel 1913 Bohr sviluppa un modello partendo dal modello di"

Rutherford + la teoria dei quanti di Planck.

L’energia non è continua ma è formata dai cosiddetti quanti di energia che rappresentano l’unità di energia.

Schroedinger Heisenberg de Broglie


Schroedinger Mappe di probabilità: si ottengono unendo tutti i punti dello Spazio in cui la probabilità assume lo stesso valore (superfici). Nuvola elettronica: si considera la carica dell’elettrone come se fosse diffusa e distribuita intorno al nucleo.

Orbitali: numeri quantici.


Numeri quantici


Schroedinger


Configurazione elettronica


Periodo G

ruppo

Metalli alcalini

Gas nobili

Alogeni

Metalli alcalino-terrosi


numero atomico (Z) = numero di protoni nel nucleo

numero di massa (A) = numero di protoni + numero di neutroni

= numero atomico (Z) + numero di neutroni

Isotopi sono atomi di uno stesso elemento (X) con un diverso numero di neutroni nel nucleo

X A Z

H 1 1 H (D) 2

1 H (T) 3 1

U 235 92 U 238

92

Numero di Massa Numero Atomico

Simbolo dell’elemento

Il numero atomico, il numero di massa e gli isotopi


Gli isotopi dell’idrogeno


6 protoni, 8 (14 - 6) neutroni, 6 elettroni

6 protoni, 5 (11 - 6) neutroni, 6 elettroni

È chiaro cos’è un isotopo?

2.3

Quanti protoni, neutroni, ed elettroni ci sono in C 14

6 ?

C 11

6 ? Quanti protoni, neutroni, ed elettroni ci sono in


Una molecola è costituita da almeno due atomi in proporzioni definite e costanti, legati da forze chimiche

H2 H2O NH3 CH4

Una molecola biatomica contiene solo due atomi H2, N2, O2, Br2, HCl, CO

Una molecola poliatomica contiene più di due atomi O3, H2O, NH3, CH4


Uno ione è un atomo, o un gruppo di atomi, che presenta una carica positiva o negativa

catione – ione con una carica positiva Se un atomo neutro perde uno o più elettroni diventa un catione.

anione – uno ione con una carica negativa Se un atomo neutro guadagna uno o più elettroni diventa un anione.

Na 11 protoni 11 elettroni Na+ 11 protoni

10 elettroni

Cl 17 protoni 17 elettroni Cl-

17 protoni 18 elettroni


13 protoni, 10 (13 – 3) elettroni

34 protoni, 36 (34 + 2) elettroni

È chiaro cos’è uno ione?

? Al 27 13

3+

? Se 78 34

2-

Quanti protoni ed elettroni ci sono in

Quanti protoni ed elettroni ci sono in


Relazioni di massa nelle reazioni chimiche


Per definizione: 1 atomo 12C “pesa” 12 uma

Con questa scala 1H = 1.008 uma

16O = 16.00 uma

Massa atomica è la massa di un atomo espressa in unità di massa atomica (uma)


Litio naturale è:

7.42% 6Li (6.015 uma)

92.58% 7Li (7.016 uma)

7.42 x 6.015 + 92.58 x 7.016 100 = 6.941 uma

massa atomica media del litio:


Massa atomica media (6.941)


La mole (mol) è la quantità di una sostanza che contiene tante unità elementari (atomi, molecole o

altre particelle) quanti sono gli atomi contenuti esattamente in 12 g di 12C

1 mol = NA = 6.0221367 x 1023 Numero di Avogadro (NA)


Massa molare è la massa di 1 mole di in grammi uova

scarpe marmi atomi

1 mole atomi 12C = 6.022 x 1023 atomi = 12.00 g

1 atomo 12C = 12.00 uma

1 mole atomi 12C = 12.00 g 12C

1 mole atomi litio= 6.941 g di Li

Per ogni elemento massa atomica (uma) = massa molare (grammi)


Una mole di:

C S

Cu Fe

Hg


1 uma = 1.66 x 10-24 g o 1 g = 6.022 x 1023 uma

1 atomo 12C 12.00 uma

x 12.00 g 6.022 x 1023 atomi 12C

= 1.66 x 10-24 g 1 uma

NA = numero di Avogadro M = massa molare in g/mol


x 6.022 x 1023 atomi K 1 mol K

=

È chiaro cos’è la massa molare?

Quanti atomi ci sono in 0.551 g di potassio (K) ?

1 mol K = 39.10 g K

1 mol K = 6.022 x 1023 atomi K

0.551 g K 1 mol K 39.10 g K

x

8.49 x 1021 atomi K


Massa molecolare (o peso molecolare) è la somma delle masse atomiche (in uma) in a molecola.

SO2

1S 32.07 uma 2O + 2 x 16.00 uma SO2 64.07 uma

Per ogni molecola massa molecolare (uma) = massa molare (grammi)

1 molecola SO2 = 64.07 uma 1 mole SO2 = 64.07 g SO2


Hai capito cos'è la massa molecolare?

Quanti atomi di H ci sono in 72.5 g di C3H8O ?

1 mol C3H8O = (3 x 12) + (8 x 1) + 16 = 60 g C3H8O

1 mol H = 6.022 x 1023 atomi H

5.82 x 1024 atomi H

1 mol di molecole di C3H8O = 8 mol H atomi

72.5 g C3H8O 1 mol C3H8O 60 g C3H8O

x 8 mol H atomi 1 mol C3H8O

x 6.022 x 1023 H atomi

1 mol H atomi x =


Massa dell'unità formula è la somma delle masse degli atomi (in uma) in una unità formula di un composto

ionico.

1Na 22.99 uma 1Cl + 35.45 uma NaCl 58.44 uma

Per ogni composto ionico Massa dell’unità formula (uma) =

= massa molare (grammi)

1 unità formula NaCl = 58.44 uma 1 mole NaCl = 58.44 g NaCl

NaCl


È chiaro cos'è la massa dell’unità formula?

Qual è la massa dell’unità formula di Ca3(PO4)2 ?

1 unità formula di Ca3(PO4)2

3 Ca 3 x 40.08 2 P 2 x 30.97 8 O + 8 x 16.00

310.18 uma


La composizione percentuale di un elemento in un composto =

n x massa molare elemento massa molare composto x 100%

n è il numero di moli dell’elemento in 1 mole del composto

C2H6O

%C = 2 x (12.01 g) 46.07 g x 100% = 52.14%

%H = 6 x (1.008 g) 46.07 g x 100% = 13.13%

%O = 1 x (16.00 g) 46.07 g x 100% = 34.73%

52.14% + 13.13% + 34.73% = 100.0%


Composizione percentuale e formula empirica Determina la formula empirica di un composto che ha la seguente composizione percentuale in massa: K 24.75%, Mn 34.77%, O 40.51%.

nK = 24.75 g K x = 0.6330 mol K 1 mol K 39.10 g K

nMn = 34.77 g Mn x = 0.6329 mol Mn 1 mol Mn 54.94 g Mn

nO = 40.51 g O x = 2.532 mol O 1 mol O 16.00 g O


K : ~ ~ 1.0 0.6330 0.6329

Mn : 0.6329 0.6329

= 1.0

O : ~ ~ 4.0 2.532 0.6329

nK = 0.6330, nMn = 0.6329, nO = 2.532

KMnO4

Composizione percentuale e formula empirica

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