TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTINel 1869 i chimici Mendeleev (russo) e Meyer (tedesco)indipendentemente trovarono che ordinando gli elementi in ordine di pesoatomico e disponendoli in file orizzontali una sopra l'altra, gli elementi diogni colonna avevano proprietà simili. Oggi, in maniera più corretta, glielementi sono disposti per numero atomico, Z, crescente.Tale disposizione tabulare degli elementi è nota come tavola periodica:

un periodo è composto dagli elementi di una qualsiasi fila orizzontale

un gruppo è costituito dagli elementi di una qualsiasi colonna verticale

Il primo periodo è costituito da due elementi: idrogeno e elio.Il secondo e il terzo periodo sono costituiti da 8 elementi.Il quarto e il quinto periodo sono costituiti da 18 elementi.Il sesto periodo è costituito da 32 elementi (14 a parte).Il settimo periodo è incompleto (fino al 109?).

La tabella è costituita da 18 gruppi più i 14 elementi di transizione interna (lantanidi e attinidi). I gruppi sono numerati secondo due convenzioni:

1) I A – VIII A e I B – VIII B

2) 1 – 18 nell'ordine

Dal 1969 si usa una scala basata sul carbonio-12 ossia sull'isotopo 12C

A tale isotopo è stata arbitrariamente assegnata una massa di 12 unità di massa atomica.Una unità di massa atomica (a.m.u.)= un dodicesimo della massa dell'atomo di carbonio-12 = 1,661×10-27 Kg

Peso atomico= massa atomica media di un elemento allo stato naturale espresso in unità di massa atomica

Oggi è possibile misurare accuratamente le masse atomiche tramite uno strumento chiamato spettrometro di massa

FORMULA CHIMICA

FORMULA CHIMICA

E' una notazione che usa i simboli atomici con dei numeri a pedice per indicare le quantità relative degli elementi che costituiscono la sostanza.In tale accezione è anche nota come formula empirica o formula minima.

NaCl 1:1 Al2O3 2:3

Questo è il tipo più semplice di formula chimica.

Prima di passare a formule chimiche più elaborate occorre considerare la classificazione delle sostanze in due tipi principali:

sostanze molecolari o sostanze ioniche

Sostanze molecolari

Una molecola è un gruppo di atomi connessi da legami chimici (forti).

Una sostanza molecolare è una sostanza composta da molecole tutte uguali.

O

H HO

H H

O

H H

O

H H

O

H HO

H HO

H H

O

H H

O

H HO

H H

O

H H

O

H H

Acqua Ammoniaca Idrazina

Formula empirica

Formula molecolare

Formula di struttura

O

H H

N

H HH

NN

HH

HH

H2O

H2O

N2H4

NH2

NH3

NH3

Una formula molecolare è una formula chimica che dà l'esatto numero degli atomi di una molecola.

La formula di struttura mostra come sono legati fra di loro gli atomi di una molecola.

Sostanze ioniche

Uno ione è una particella carica ottenuta da un atomo o un gruppo di atomi legati chimicamente per addizione o sottrazione di elettroni.

Anione: ione carico negativamente Cl– SO42-

Catione: ione carico positivamente Na+ Ca2+

Un composto ionico è un composto costituito da cationi ed anioni tenuti assieme da forze elettrostatiche in una disposizione spaziale regolare.

In tali casi si parla di unità formula più che di formula chimica e non si può definire una molecola

NaCl 1 ione Na+ per ogni ione Cl–

Fe2(SO4)3 2 ioni Fe3+ per 3 ioni SO42-

I composti chimici sono suddivisi in:

Composti organici: composti del carbonio, considerabili come derivati da idrocarburi (composti di carbonio e idrogeno)

Composti inorganici: composti formati da tutti gli altri elementi, inclusi alcuni composti semplici del carbonio (CO, CO2, ecc.)

STECHIOMETRIA

MOLE E MASSA MOLARE

Una mole è definita come la quantità di una data sostanza che contiene tante molecole, o unità formula, pari al numero di atomi presenti in 12 g di carbonio-12 .Il numero di atomi in un campione di 12 g di carbonio-12 è chiamato numero di Avogadro

NA=6,022 x 1023

Si sceglie il valore di NA in modo che NA molecole abbiano unamassa in grammi numericamente uguale alla massa molecolare.

NA particelle (atomi, molecole, etc.) = 1 mole

La massa molare rappresenta la massa di una mole di una sostanza quindi che conterrà quindi un numero di atomi pari al numero di Avogadro 6,2x1023

Il calcolo è semplice: basta trovare una quantità in grammi di una determinate sostanza pari alla somma dei pesi atomici

Esempio: NaClNa: pa 23Cl: pa 35,5Totale: 58,5

Massa molare: 58,5 gr/lt di soluzione

Una mole di particelle = un numero di Avogadro di particelle

1,0 mol di atomi di carbonio

6,022×1023

atomi di carbonio=

1,0 mol di molecole di ossigeno

6,022×1023

molecole di ossigeno=

1,0 mol di elettroni

6,022×1023

elettroni=

REAZIONI CHIMICHE

Equazioni chimiche

Una equazione chimica è la rappresentazione simbolica di una reazione chimica in termini di formule chimiche

2 Na + Cl2 2 NaCl

In molti casi è utile indicare sli stati o le fasi delle sostanze ponendo appropriati simboli fra parentesi indicanti le fasi dopo le formule

(g) = gas (l) = liquido (s) = solido (aq) = soluzione acquosa

2Na(s) + Cl2(g) 2 NaCl(s)

L'equazione precedente diventa così:

Reagente Prodotto

Coefficiente stechiometrico

BILANCIAMENTO DI REAZIONI CHIMICHE

Quando in una equazione chimica i coefficienti stechiometrici sono scritti correttamente il totale degli atomi di ogni elemento è uguale in entrambi i membri dell'equazione.L'equazione chimica è allora bilanciata.

2 NO + O2 2 NO2

2 atomi N 2 atomi N 4 atomi O 4 atomi O

OK!

Un’equazione chimica va bilanciata scegliendo opportunamente i coefficienti stechiometrici

C3H8 + O2 CO2 + H2O non bilanciata

Procedimento per tentativi

atomi di C 1 C3H8 + O2 3 CO2 + H2O

atomi di H 1 C3H8 + O2 3 CO2 + 4 H2O

atomi di O 1 C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O

C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O bilanciata

propano

Per preparare una soluzione a concentrazione nota bisogna fare alcuni calcoli (proporzioni, percentuali) ed eseguire semplici procedure.

È necessario, comunque, fare attenzione all’unità di misura utilizzata per esprimere la concentrazione:

• percentuale in massa (massa soluto in gr./100 gr di soluzione)• percentuale in volume (volume soluto in mL/100 mL soluzione)• percentuale massa/volume (massa soluto in g/100 mL soluzione)• molarità (moli soluto/litro soluzione)• molalità (moli soluto/kg solvente)

Soluzioni a concentrazione nota

ESERCITAZIONi

CREARE UNA SOLUZIONE in percentuale massa su volume

Prepariamo 5 ml di una soluzione al 3% in massa.Si tratta quindi di percentuale in massa su volume.

• una soluzione al 3% in peso contiene 3 g di soluto in 100 ml di soluzione; • dovendo preparare solo 5 ml di soluzione, applichiamo la seguente proporzione:

3 g (soluto) : 100 ml (soluzione) = X g (soluto) : 5 ml (soluzione)

Quindi avremo: X g (soluto) = (3g x 5ml)/100ml = 0,15 g soluto

5 ml di una soluzione di NaCl al 3% in peso conterranno perciò 0,15 g di NaCl

CREARE UNA SOLUZIONE MADRE PIU’ CONCENTRATA

Problema: Vogliamo preparare una soluzione per substrati di 1000 mL di acqua (solvente) che contenga 5 grammi di soluto. Vogliamo però creare una soluzione madre utilizzabile più volte, in modo da non dover ogni volta effettuare le operazioni di pesatura del soluto

Quindi:• una soluzione allo 0,5% in peso contiene 5 g di soluto in 1000 g di soluzione; ed in 100 ml?

Primo passaggioFare la proporzione per fare una soluzione di 100 ml alla stessa concentrazione:

5 g (soluto) : 1000 ml (soluzione) = X g (soluto) : 100 ml (soluzione)• Quindi avremoX g (soluto) = 5g x 100ml/1000ml = 0,5 g soluto

Secondo passaggioCreare una soluzione più concentrata Se voglio avere una soluzione più concentrata (es. una soluzione madre più concentrata di 40 volte) dovremo moltiplicare la quantità di soluto per 40

0,5 g di soluto x 40= 20g

Mettendo quindi 20 gr di soluto avrò una soluzione al 20%, quindi la concentrazione è aumentata di 40 volte

Terzo passaggioCalcolare quanti ml della soluzione madre dovrò prelevare

Quindi in un litro quanti ml di soluzione madre dovrò mettere per avere una soluzione allo 0,5%?

Poniamoci questa domanda: se in 100 ml di soluzione ci sono 20 gr di soluto, quanti ml conterranno 5 gr?

Basta quindi fare una semplice proporzione

20 gr di soluto : 100 ml di solvente = 5 gr di soluto : X ml di solvente

X ml = (100 mlx5gr)/20 gr = 25 ml

25 ml di soluzione madre, conterranno 0,5 gr di soluto

Ricapitolando

Passaggio 1: fare la proporzione per individuare la percentuale di soluto da immettere nella soluzione madre «tal quale»

5 g (soluto) : 1000 ml (soluzione) = X g (soluto) : 100 ml (soluzione)

X g (soluto) = 5 x 100/1000 = 0,5 g soluto

Passaggio 2: creare una soluzione più concentrata

Passaggio 3: individuare quanti ml di soluzione madre sarà necessario inserire nel substrato da preparare

20 g (soluto) : 100 ml (soluzione) = 5 g (soluto) : X ml (soluzione)

X g (soluto) = (5 x 100)/20 = 25 ml di soluzione

40X 0,5 g di soluto x 40= 20g

E’ frequente preparare una soluzione madre contenente più reagenti insieme in modo da non dover miscelare continuamente più soluti

Per esempio, in un substrato da 1000 ml devo inserire

Acido Borico (H3BO3): 0,0062 gr/lt (6,2 mg)Solfato di Rame (CuSO4): 0,0025 gr/lt (2,5 mg)Ioduro di Potassio (KI): 0,00083 gr/lt (0,83 mg)

Fase 1 : calcolo delle concentrazioni su soluzioni ridotte

Acido Borico: 0,0062 g (soluto) : 1000 ml (soluzione) = X g (soluto) : 100 ml (soluzione) X g acido Borico = (0,0062 g x 100ml)/1000ml = 0,00062 g soluto

Solfato di Rame: 0,0025 g (soluto) : 1000 ml (soluzione) = X g (soluto) : 100 ml (soluzione)X g Solfato di Rame = (0,0025 g x 100ml)/1000 ml = 0,00025 g soluto

Ioduro di Potassio: 0,00083 g (soluto) : 1000 ml (soluzione) = X g (soluto) : 100 ml (soluzione)X g Ioduro di K = (0,00083g x 100ml)/1000ml = 0,000083 g soluto

Fase 3: calcolo ml della soluzione madre da prelevareBasta calcolare gli ml di soluzione madre necessaria, solo per uno degli elementi

Acido Borico: 0,62 g (soluto) : 100 ml (soluzione) = 0,0062 g (soluto) : X ml (soluzione) X ml soluzione = (0,0062 x 100)/0,62 = 1 ml

Prelevando 1 ml della soluzione madre, avrò introdotto le giuste quantità dei tre composti necessari per il substrato

Fase 2 : creare una soluzione più concentrata: ipotizziamo di volere una soluzione madre più concentrata di 1000 volte

Acido Borico: 0,00062 g soluto x 1000 = 0,62 grSolfato di Rame: 0,00025 g soluto x 1000 = 0,25 grIoduro di Potassio: 0,000083 g soluto x 1000 = 0,083 gr

Può succedere di avere a disposizione delle soluzioni madri già preparate che possono essere utilizzate

Per esempio, posseggo già una soluzione madre di 100 ml contente una percentualeMassa su volume del 15% di MgSO4

Quindi qualcuno avrà preparato una soluzione di acqua e Solfato di Magnesio (15 gr) portandolo poi a volume di 100 ml

Nel mio substrato, dovrò inserire 0,37 gr/lt di MgSO4: quanti ml di soluzione madre dovrò prelevare?

Basta fare la proporzione

15 g (soluto) : 100 ml (soluzione) = 0,37 g (soluto) : X ml (soluzione)

X ml (soluzione) = (100 ml x 0,37g)/15 = 2,46 ml di soluzione

CALCOLARE GLI ML DI SOLUTO DA PRELEVARE DA UNA SOLUZIONE MADRE GIA’ ESISTENTE

da Moli a grammiImmaginiamo di avere a disposizione una soluzione espressa in Moli (ad esempio di KCl)

Ragionare

Ricorda: definizione di Molarità: Moli di soluto/lt di soluzione

Quanti grammi di KCl sono presenti in una soluzione 1M della stessa sostanza

Moli grammi

Quanti grammi di KCl sono presenti in una soluzione 1M della stessa sostanza

Una mole di KCl pesa: K= pa 39,10Cl = pa 35,45----------------------Gr 74,55

I grammi di KCl presenti in una soluzione 1M sono 74,55

Ragionare

Ricorda: definizione di Molarità: Moli di soluto/lt di soluzione

Moli grammi

Quanti grammi di KCl sono presenti in una soluzione 1M della stessa sostanza

Una mole di KCl pesa: K= pa 39,10Cl = pa 35,45----------------------Gr 74,55

I grammi di KCl presenti in una soluzione 1M sono 74,55

Se devo prelevare da una soluzione 1M di KCl, 10 gr di composto, di quanti ml di soluzione avrò bisogno?

Ragionare

Ricorda: definizione di Molarità: Moli di soluto/lt di soluzione

Moli grammi

Quanti grammi di KCl sono presenti in una soluzione 1M della stessa sostanza

Una mole di KCl pesa: K= pa 39,10Cl = pa 35,45----------------------Gr 74,55

I grammi di KCl presenti in una soluzione 1M sono 74,55

Se devo prelevare da una soluzione 1M di KCl, 10 gr di composto, di quanti ml di soluzione avrò bisogno?

Ragionare

Ricorda: definizione di Molarità: Moli di soluto/lt di soluzione

74,55 gr (soluto) : 1000 ml (soluzione) = 10 g (soluto) : X ml (soluzione)

X ml (soluzione) = (1000 x 10)/74,55 = 134,13 ml di soluzione

Moli grammi

Quanti grammi di KCl sono presenti in una soluzione 1M della stessa sostanza

Fase 1: calcolo della quantità di sostanza presente:

Una mole di KCl possiede una massa molare di 75,55gr: K= pa 39,10Cl = pa 35,45----------------------Gr 74,55

I grammi di KCl presenti in una soluzione 1M sono 74,55

Fase 2: calcolo degli ml necessari:

Se devo prelevare da una soluzione 1M di KCl, 10 gr di composto, di quanti ml di soluzione avrò bisogno?

Ragionare

74,55 gr (soluto) : 1000 ml (soluzione) = 10 g (soluto) : X ml (soluzione)

Ricorda: definizione di Molarità: Moli di soluto/lt di soluzione

X ml (soluzione) = (1000 x 10)/74,55 = 134,13 ml di soluzione

Ricorda: le molarità sono riferite per litro di soluzione

RICAPITOLIAMO