Le leggi fondamentali
Prof. Fabio Marchetti Chimica Generale ed Inorganica
L27 Chimica A. A. 2012-2013
Risultati degli Studi di Lavoisier
La somma delle masse delle sostanze che
reagiscono nelle reazioni chimiche uguale
alla somma delle masse delle sostanze che
vengono prodotte, cio la materia nel corso
delle reazioni non pu essere creata n
distrutta.
Equazioni chimiche
Metallo + Aria + Fuoco Calce
Calcio + Ossigeno + Calore Ossido di Calcio
Il metallo subisce una ossidazione
Lavoisier stato il primo a servirsi delle equazioni chimiche:
"Per meglio far comprendere lo stato della questione e per
rappresentare a colpo docchio il risultato di ci che avviene nelle
soluzioni metalliche, io ho costruito delle specie di formule che si
possono, quasi a tutta prima, prendere per formule algebriche, ma che
non hanno punto lo stesso scopo e che non derivano dagli stessi
principi; siamo ancora ben lontani, dal portare nella chimica la
precisione della matematica".
Equazione stechiometrica di Lavoisier
Dissoluzione del ferro in acido nitrico (1782)
Ferro
Acqua
Ossigeno
Ossido nitrico
le equazioni chimiche trovarono sistemazione pressoch
definitiva con Dumas nel 1826, e la rappresentazione con
simboli speciali tanto dei corpi semplici che dei composti
Come schematizzava Lavoisier una reazione chimica?
Legge di conservazione della massa
La massa totale delle sostanze non
cambia durante una reazione chimica.
reagente 1 + reagente 2 prodotto
massa totale massa totale =
ossido di calcio + diossido di carbonio calcio carbonato
CaO + CO2 CaCO3
56.08g + 44.00g 100.08g
Legge di conservazione della massa
Ossido di mercurio Mercurio+ Ossigeno
Il metallo subisce una riduzione
2HgO 2Hg + O2
Ossido di Mercurio Mercurio Ossigeno
43,19 g 40.00 g 3,19 g
In termini chimici moderni:
Nulla si crea nulla si distrugge
Teoria dellossigeno
Ossigeno
Azoto
Idrogeno
Riforma della Nomenclatura chimica
Aria=1/5 ossigeno in volume
4/5 azoto in volume
Sostanze composte e sostanze semplici
non ulteriormente scomponibili
TEORIA DELLOSSIGENO di Lavoisier sulla combustione:
propose una spiegazione basata sul ruolo del gas, componente
dellaria, che denomin ossigeno; di conseguenza fu abbandonata
la teoria del flogisto, sostituita da quella dell'ossigeno.
Teoria dellossigeno
un metallo (Me) all'aria e in presenza di
fuoco si trasforma in calce:
2Me + O2 2MeO (CALCINAZIONE)
una calce che brucia, in presenza di
materiali combustibili, come il carbone
di legna, si trasforma in metallo:
2MeO + C 2 Me + CO2 (RIDUZIONE)
alcuni materiali (il legno) in presenza di
fuoco e aria danno origine a ceneri:
CH4 + O2 CO2 + H2O (COMBUSTIONE)
Proust Joseph Louis
Piombo + Zolfo Solfuro di piombo
esperimento
1
2
3
Joseph Louis Proust (1754 - 1826) osservava che:
Legge delle proporzioni definite o
della composizione costante
esperimento Massa di Piombo che reagisce
Massa di zolfo che reagisce
Solfuro di piombo
Rapp. di comb.
mOpiombo/mzolfo
1 10.00 g 1.55 g 11.55 g 10/1.55=6.45
2 10.00 g 3.00 g 11.55 g 10/1.55=6.45
3 18.00 g 1.55 g 11.55 g 10/1.55=6.45
Quando due elementi si combinano tra di loro per
dare origine ad un composto, il rapporto tra le
rispettive masse che effettivamente reagiscono
risulta essere sempre costante e ben definito.
(Joseph Louis Proust, 1799)
Legge delle proporzioni definite o
della composizione costante
Indipendentemente dalla sua fonte, un particolare
composto chimico costituito dagli stessi elementi
nelle stesse parti (frazioni) in massa.
[] un composto un prodotto privilegiato al quale la natura ha dato una
composizione costante[] il cinabro giapponese ha la medesima composizione di quello
spagnolo [] il cloruro di argento assolutamente il medesimo provenga esso dal Per o
dalla Siberia. In tutto il mondo esiste un solo cloruro di sodio. Lanalisi conferma ad ogni
passo questi fatti.
Ci comporta che esista discontinuit nella materia: necessario
perci ipotizzare l'esistenza di "atomi" come costituenti.
Teoria atomica di John Dalton
Ostacoli pratici
Lostacolo maggiore era conoscere i
pesi atomici degli elementi.
Conoscendo i pesi atomici sarebbe stato
semplice risalire al numero di atomi
presenti in una data quantit di ogni
elemento e sarebbe stato possibile
determinare il numero di atomi di un
elemento coinvolti in una reazione
chimica.
Pesi atomici secondo Dalton
1g di Idrogeno + 8g di Ossigeno 9g di acqua
1 atomo idrogeno + 1 atomo ossigeno 1 composto atomico dellacqua
H + O HO
Interpretazione della legge delle
proporzioni definite utilizzando la teoria
atomica di Dalton
Interpretazione della legge della
conservazione della massa utilizzando la
teoria atomica di Dalton
La rappresentazione di una reazione chimica mediante formule
prende il nome di equazione chimica
Cl2 (g) + P4 (s) PCl3 (l)
Interpretazione della legge della
conservazione della massa utilizzando la
teoria atomica di Dalton
6Cl2(g) + P4(s) 4PCl3 (l)
4 atomi di P 4 atomi di P
6 x 2 = 12 atomi di Cl 4 x 3 = 12 atomi di Cl
Bilanciamento di una reazione chimica
Legge delle proporzioni multiple
Dalton prepara due composti chimici
formati da carbonio C e ossigeno O
666.2carbonio di g 0.375
ossigeno di g 1.000
Carbonio massa
Ossigeno massa
333.1carbonio di g 0.750
ossigeno di g 1.000
Carbonio massa
Ossigeno massa
Composto 1
Composto 2
Legge delle proporzioni multiple
Dalton prepara tre composti chimici
formati da azoto N e ossigeno O
57.0azoto di g 1.750
ossigeno di g 1.000
Azoto massa
Ossigeno massa
14.1azoto di g 0.875
ossigeno di g 1.000
Azoto massa
Ossigeno massa
28.2azoto di g 0.437
ossigeno di g 1.000
Azoto massa
Ossigeno massa
Composto 1
Composto 2
Composto 3
Legge delle proporzioni multiple
666.2carbonio di g 0.375
ossigeno di g 1.000
Carbonio massa
Ossigeno massa
carbonio di g 0.750
ossigeno di g 1.000
Carbonio massa
Ossigeno massa
Composto 1 Composto 2
1333.1
333.1 2
333.1
666.2
Se due elementi formano pi di un singolo
composto, le masse di un elemento che sono
combinate con una massa fissa del secondo
stanno tra loro come numeri interi piccoli.
Descrizione della materia
Due livelli di descrizione della materia:
Livello macroscopico
Livello microscopico
Livelli di interpretazione
Noi possiamo esplorare il
mondo MACROSCOPICO che
possiamo vedere e toccare.
Capire il mondo
MICROSCOPICO che non
possiamo vedere.
Scrivere dei SIMBOLI per
descrivere questi mondi.
Logica del linguaggio
Secondo una logica della
natura, gli atomi da soli non
sono in grado di costituire la
materia nelle sue variegate
forme, cos si uniscono a dare
le molecole, ciascuna con
specifica identit e specifiche
propriet (valore aggiunto).
Esse sono le parole con le
quali scritto il grande libro
della natura.
Come esistono parole corte e parole lunghe, cos esistono
molecole formate da pochi atomi e molecola formate da
moltissimi atomi:
Es. la parola pi lunga della lingua italiana
precipitevolissimevolmente (26 lettere)
Una molecola di saccarosio (zucchero) formata da 45 atomi
C12H22O11:
H O
OH
H
O
H
OHH
OH
CH2OH
H
CH2OH
CH2OH
H
OH H
H OH
O
Lo zucchero
Lemoglobina
Prendendo in considerazione molecole biologiche la differenza
diventa ancora maggiore: lemoglobina, a cui dovuto il colore
rosso del sangue formata da 9072 atomi:
C2956H4516Fe4N780O806S12
Nel linguaggio, la posizione delle lettere in una parola modifica
il significato. Es. prendendo le 4 lettere a, n, o, s, si possono
creare le parole naso e sano aventi significati completamente
diversi.
Le sequenze
Analogamente ogni molecola identificata non solo dal numero e
dal tipo di atomi che la compongono, ma anche dal modo in cui
questi atomi sono legati nella molecola. Es. partendo da 6 atomi di
H, 2 di C e 1 di O si possono costruire due molecole differenti:
H
CH
H
C
H
H
O H
H
CH
H
O C
H
H
H
alcool etilico etere dimetilico
Esse hanno propriet completamente differenti: la prima lalcool contenuto
nel vino e nei liquori, la seconda letere che veniva usato fino a poco tempo fa
come anestetico.
Le sostanze
simboli dei metalli e dei pianeti
significato magico e mistico del numero sette
Alchimia e nomi degli elementi
Tavole di affinit chimiche
E. F. Geoffroy 1718
Molti nomi per pochi composti
Anidride carbonica
(CO2)
gas silvestre
spirito silvestre
acido aereo
aria fissa
acido atmosferico
acido mefitico
acido cretaceo
acido di carbone
Anidride solforica
(SO3)
Acido di zolfo
Acido vetriolico
Olio di vetriolo
Spirito di vetriolo
Nuovi simboli furono aggiunti nel Medio Evo. Gli alchimisti li
inventavano per uso personale, senza preoccuparsi di comunicare
agli altri il loro significato, anzi cercando di nasconderlo.
Simboli per i composti
Una nuova lingua per la chimica
Nel 1786 Guyton de Morveau, Fourcroy, Berthollet e Lavoisier,
su incarico dellAccademie Francese, si occuparono di
creare una nuova nomenclatura per la chimica
l. B. Guyton
de Morveau
A. Lavoisier A. de Foucroy
C. L. Berthollet
In ogni scienza naturale bisogna
distinguere fatti, idee e parole.
Le parole debbono suscitare le idee, le
idee devono rappresentare i fatti; non
possibile migliorare la scienza senza
migliorare il linguaggio: per quanto
siano giuste le idee nate dai fatti, essi
traggono in errore se per essi non esiste
una espressione precisa.
Memoire sur la ncessit de
rformer et de perfectionner la
nomenclature de la chimie
17 aprile 1787
Una nuova lingua per la chimica
2 maggio 1787
Guyton de Morveau presenta allAcadmie la relazione
sullo sviluppo dei principi della nomenclatura
sistematica:
1. Ogni composto deve avere una propria denominazione;
2. Come radici del termine debbono servire i nomi delle parti componenti il
composto (mai nomi di chimici). Per formare il nome dei composti quindi
indispensabile conoscere il loro componenti;
3. desiderabile che il nome non sia espressione di una qualsivoglia ipotesi;
4. Per i composti chimici verranno date denominazioni di genere e specifiche,
analogamente a quanto si fa nelle altre scienze naturali.
5. Si propone che le radici dei nomi vengano prese dalla lingua greca o latina;
6. Se due elementi formano tra loro pi composti, questo si esprime mediante prefissi
o suffissi al nome specifico (vedi le terminazioni ito, ato, e i prefissi ipo, per,
sesqui, mono, bi, ecc.).
Dalton (1803) non usa pi un simbolo
per i composti chimici, ma solo per gli
elementi semplici. Con la riunione di pi
simboli si ottenevano le formule dei
composti.
John Dalton
(17766 1844)
Il simbolismo di Dalton
Il simbolismo di Dalton
Con la riunione di pi simboli ottenevano le formule dei composti.
il simbolo indicava la specie, e il peso atomico (o supposto tale, cos che
esso svolgeva il ruolo di indicazione quantitativa del rapporto in atomi ed
in peso).
Tale simbolismo ebbe molto
successo, per:
non consentiva di rappresentare
adeguatamente molecole
complesse.
induceva nellerrore di ritenere le
formule molecolari immagini delle
strutture molecolari stesse.
Propose come simboli le iniziali del nome latino delle
sostanze elementari:
C, carbonium, Cu cuprum, Co cobaltum.
COO, SOO, SOOO
La riunione dei diversi simboli costituiva la formula
molecolare, e venne introdotto luso degli
esponenti:
CO2, SO2, SO3
Berzelius
Una formula deve esprimere in modo preciso di quali elementi
un composto formato e mostrare il relativo numero di atomi
di ogni elemento presente.
Berzelius e i simboli degli elementi
Liebig e Poggendorf nel 1836 proposero di
usare i deponenti invece degli esponenti, onde
evitare confusioni con il simbolo matematico,
ma solo parecchi decenni pi tardi ci entr
nelluso comune:
BaSO4 BaSO4
von Liebig
von Liebig e i deponenti
Le regole di nomenclatura attualmente in uso sono state
formulate dalla COMMISSIONE dellUNIONE di
CHIMICA PURA e APPLICATA (IUPAC). In base a tali
regole possibile stabilire la formula del composto e risalire
al nome dalla formula.
E un sistema adottato in tutto il mondo scientifico
Nomenclatura ufficiale dal 1970
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