Riassunto di chimica generale capitoli 3 - 4 PDF

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Riassunti di chimica generale con riferimenti al libro di testo Nivaldo J. Tro II edizione "Chimica, Un approccio molecolare"...

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CHIMICA GENERALE Testo di riferimento: “Chimica – Un approccio molecolare” Nivaldo J. Tro Riassunto capitoli: 3) molecole, composti ed equazioni chimiche 4) quantità chimica e reazioni in soluzione acquosa

I legami chimici Sono il risultato dell'attrazione tra particelle cariche, elettroni e protoni, che compongono gli atomi. la maggior parte dei legami chimici può essere classificata in due tipi: 



ionico, che si stabilisce tra metalli e non metalli, comporta il trasferimento di elettroni da un atomo all'altro. Quando un metallo interagisce con un non metallo, esso può trasferire uno o più dei suoi elettroni al non metallo. L'atomo metallico diventa allora un catione (uno ione carico positivamente) e l'atomo del non metallo diventa un anione (uno ione carico negativamente). Questi ioni di carica opposta si attraggono per effetto delle forze elettrostatiche e formano un legame ionico. Il risultato è un composto ionico che in fase solida è formato da un reticolo cristallino, una estesa struttura tridimensionale in cui cationi e anioni si ripetono con regolarità. covalente, che si instaura tra due o più non metalli, comporta la condivisione degli elettroni tra gli atomi. Quando un non metallo si lega con un altro non metallo, nessuno dei due atomi trasferisce i suoi elettroni all'altro. Invece, gli atomi che si legano condividono alcuni dei loro elettroni. Gli elettroni condivisi hanno un'energia potenziale più bassa rispetto agli stessi elettroni negli atomi isolati, perché interagiscono con i nuclei di entrambi gli atomi. Si forma un legame covalente e gli atomi legati in maniera covalente compongono una molecola. Ogni molecola è indipendente dall'altra - composti molecolari i composti tenuti insieme da legami covalenti -

Rappresentazione dei composti> Il modo più semplice e veloce di rappresentare un composto è con la sua formula chimica, che indica gli elementi presenti nel composto e il numero relativo degli atomi o degli ioni di ogni elemento. Le formule chimiche in genere possono essere classificate in tre tipi diversi:   

Empirica, fornisce il numero relativo di atomi di ciascun elemento in un composto. Molecolare, fornisce il numero reale di atomi di ogni elemento in una molecola di un composto. di struttura, usa delle linee per rappresentare i legami covalenti e mostra come gli atomi in una molecola sono connessi o legati tra loro. La coppia di linee tra atomi rappresenta un legame doppio, che è generalmente più forte e più corto di un legame singolo (rappresentato da una linea singola). Un legame singolo corrisponde ad una coppia di elettroni condivisi, mentre un legame doppio corrisponde a due coppie di elettroni condivisi.

Modello molecolare> è un modo più accurato e completo di rappresentare un composto. I modelli a sfere e bastoncini rappresentano gli atomi come sfere e i legami chimici come bastoncini; il modo in cui le sfere si connettono dà origine alla forma della molecola. Le sfere sono colorate in modo diverso per specificare gli elementi. Nei modelli molecolari pieni gli atomi si compenetrano per rappresentare come una molecola apparirebbe sulla scala visibile, in base ai calcoli. È possibile classificare ulteriormente elementi e composti in base alle unità fondamentali che li compongono. Gli elementi possono essere: 

atomici, sono quelli che esistono in natura con singoli atomi come unità fondamentali.



molecolari, non esistono normalmente in natura con singoli atomi come unità di base; questi elementi infatti esistono come molecole, cioè due o più atomi dell'elemento legati insieme. La maggior parte degli elementi molecolari esiste come molecole biatomiche. Ad esempio, l'idrogeno. Pochi elementi molecolari esistono come molecole poliatomiche.

I composti possono essere: 

Molecolari, sono di solito costituiti da due o più non metalli legati covalentemente. Le unità base dei composti molecolari sono molecole composte dagli atomi costituenti. La formula per un composto molecolare non può essere determinata facilmente dai suoi elementi costituenti perché la stessa combinazione di elementi può formare molti composti molecolari diversi, ciascuno con formula diversa. Nomenclatura dei composti molecolari I loro nomi hanno la forma seguente:

PREFISSO

Radice del nome del secondo elemento + URO

di PREFISSO

Nome del primo elemento

Il primo elemento è quello a carattere più metallico (a sinistra e in basso nella tavola periodica). Se i due elementi si trovano nello stesso gruppo, l'elemento nel periodo più in basso va scritto per primo. Quando invece si scrive il nome del composto, il nome dell'elemento a carattere più metallico va indicato per secondo. Il prefisso assegnato a ciascun elemento indica il numero di atomi presenti: mono = 1 di = 2 tri = 3 tetra = 4 penta = 5 esa = 6 epta = 7 otta = 8 nona = 9 deca = 10 Se c'è un solo atomo del primo elemento della formula, il prefisso mono è omesso. 

Ionici, sono costituiti di solito da un metallo legato mediante legame ionico a uno o più non metalli. L'unità base di un composto ionico è l'unità formula, l'insieme più piccolo, elettricamente neutro, di ioni. Le unità formula sono diverse dalle molecole per il fatto che non esistono come entità discrete, ma piuttosto come parte di un esteso reticolo. Molti composti ionici comuni contengono ioni che sono a loro volta formati da un gruppo di atomi, legati covalentemente, che possiede una carica. Ad esempio, l'ingrediente attivo nella candeggina è l'ipoclorito di sodio, che agisce alterando chimicamente le molecole. L'ipoclorito è uno ione poliatomico, cioè uno ione costituito da due o più atomi, con formula CIO- . Altri composti sono il lievito in polvere e il bicarbonato di sodio. I composti ionici sono molto stabili perché le attrazioni tra cationi e anioni nei composti ionici sono forti e perché ogni ione interagisce con diversi ioni di carica opposta nel reticolo cristallino; inoltre sono elettricamente neutri e poiché molti elementi formano solo un tipo di ione con una carica prevedibile, le formule per molti composti ionici possono essere dedotte dai loro elementi costituenti. I composti ionici contengono sempre ioni positivi e negativi. In una formula chimica, la somma delle cariche degli ioni positivi (cationi) deve essere uguale alla somma delle cariche degli ioni negativi (anioni). La formula di un composto ionico indica il più piccolo rapporto tra gli ioni espresso da un numero intero. Nomenclatura dei composti ionici Alcuni composti ionici, come NaCl (sale da tavola) e NaHCO3 (lievito), hanno nomi comuni, che sono dettati dalla familiarità - i composti ionici sono di solito costituiti da metalli e non metalli; ogni volta che si trova un metallo e uno o più non metalli insieme in una formula chimica, si può assumere che si tratti di un composto ionico.

Classificati in due tipi: 1. Il primo tipo contiene un metallo la cui carica non varia da un composto all'altro: quando un metallo di questo tipo forma uno ione, lo ione ha sempre la stessa carica. Poiché la carica del metallo in questo primo tipo di composto ionico è sempre la stessa, non deve essere specificata nel nome del composto. Il sodio, ad esempio, ha carica 1+ in tutti i suoi composti. 2. Il secondo tipo di composti ionici contiene un metallo con una carica che può variare nei diversi composti. In altre parole, il metallo in questo secondo tipo di composto ionico può formare diversi cationi (a seconda del composto), e la sua carica deve perciò essere specificata. Il ferro, ad esempio, forma un catione con carica 2+ in alcuni dei suoi composti e un catione con carica 3+ in altri. I metalli di questo tipo sono spesso metalli di transizione; tuttavia, alcuni metalli di transizione, come Zn e Ag, formano cationi con la stessa carica in tutti i loro composti e alcuni metalli dei gruppi principali, come Pb e Sn, formano più di un tipo di catione. Nomenclatura dei composti ionici binari che contengono un metallo che forma un solo tipo di catione I composti binari sono quelli che contengono solo due elementi diversi. I nomi dei composti binari ionici hanno la seguente forma: Radice del nome dell’anione (non metallo) + URO

di Nome del catione (metallo)

Nomenclatura dei composti ionici binari che contengono un metallo che forma cationi con diversa carica Per questo tipo di metalli il nome del catione è seguito da un numero romano (tra parentesi) che indica la carica del metallo in quel particolare composto. Ad esempio si distingue tra Fe2+ e Fe3+ come segue: Fe2+ ione ferro(II). Radice del nome dell’anione (non metallo) + URO

Di

Nome dell’catione (metallo)

(carica del catione in numeri romani)

È possibile determinare la carica di un catione metallico per deduzione dalla somma delle cariche degli anioni (la somma di tutte le cariche deve essere zero). Nomenclatura dei composti ionici che contengono ioni poliatomici I composti ionici che contengono uno ione poliatomico sono denominati allo stesso modo dei composti ionici binari, utilizzando il nome dello ione poliatomico. La maggior parte degli ioni poliatomici sono ossianioni, cioè anioni che contengono ossigeno e un altro elemento. Si noti che quando una serie di ossianioni contiene diversi numeri di atomi di ossigeno, essi sono nominati sistematicamente in base al numero di atomi di ossigeno nello ione. Se ci sono solo due ioni nella serie, quello con più atomi di ossigeno termina con- ato e quello che ne ha di meno termina con -ito. Ad esempio, NO3- è lo ione nitrato e NO2e lo ione nitrito. Se ci sono più di due ioni nella serie allora si usano i prefissi ipo- e per-. Pertanto, CIO è lo ione ipoclorito (meno ossigeno del clorito) e ClO4 è lo ione perclorato (più ossigeno del clorato). Composti ionici idratati Contengono uno specifico numero di molecole di acqua associate ad ogni unità formula. Sono denominati come gli altri composti ionici, in aggiunta si indica il numero di molecole di acqua associate ad ogni unità formula mediante un prefisso numerale seguito da “-idrato” (prefissi comuni: semi, mono, di, tri, tetra, penta, esa, epta, otta).

Acidi Acidi sono quei composti molecolari che rilasciano ioni idrogeno (H+) quando sono disciolti in acqua. Gli acidi sono composti da idrogeno, di solito scritto per primo nella loro formula, e uno o più non metalli, scritti di seguito. Gli acidi sono caratterizzati da un sapore aspro e dalla capacità di sciogliere molti acidi. Gli acidi possono essere divisi in due categorie: 

acidi binari sono composti da idrogeno e un non metallo Nomenclatura degli acidi binari ACIDO



 

Radice del nome del non metallo

IDRICO

ossiacidi, contiene dalla

contengono idrogeno e un ossianione (un anione che un nonmetallo e l'ossigeno). Il numero di ioni H+ dipende carica degli ossianioni; Nomenclatura degli ossiacidi formula è sempre elettricamente neutra. I nomi degli ossiacidi dipendono dalla parte finale dei nomi degli ossianioni e hanno la seguente forma: Ossianioni che finiscono con “ato” ACIDO - RADICE DEL NOME DELL’OSSIANIONE + ICO Ossianioni che finiscono con “ito” ACIDO - RADICE DEL NOME DELL’OSSIANIONE + OSO

Massa formula e concetto di mole per i composti Si definisce la massa media di una molecola (o dell'unità formula) di un composto come la sua massa formula. MASSA FORMULA= (NUMERO DI ATOMI DEL PRIMO ELEMENTO DELLA FORMULA CHIMICA x MASSA ATOMICA DEL PRIMO ELEMENTO) + (NUMERO DI ATOMI DEL SECONDO ELEMENTO DELLA FORMULA CHIMICA x MASSA ATOMICA DEL SECONDO ELEMENTO)+ … Massa molare di un composto Usando la massa molare in combinazione con il numero di Avogadro si può determinare il numero di atomi in una data massa di un elemento. Lo stesso concetto si applica ai composti. La massa molare di un composto, cioè la massa in grammi di 1 mol delle sue molecole o unità formula, è numericamente uguale alla sua massa formula. Composizione dei composti Una formula chimica, in combinazione con le masse molari dei suoi elementi costituenti, indica le quantità relative di ciascun elemento in un composto, un’informazione molto utile. Scoperta dei clorofluorocarburi (CFC), sono composti chimicamente inerti usati come refrigeranti e solventi industriali; nel tempo i CFC hanno cominciato ad accumularsi nell’atmosfera, grazie alla composizione percentuale in massa, si può determinare la massa di ogni singolo elemento dei CFC. Infatti, un modo per esprimere la quantità di un elemento presente in un dato composto è quello di usare la composizione percentuale in massa dell’elemento nel composto. La composizione percentuale in massa (o massa percentuale) è la percentuale dell’elemento rispetto alla massa totale del composto. Massa percentuale X= massa dell’elemento x in 1 mol di composto/ massa di 1 mol di composto X 100

La composizione percentuale in massa di un elemento in un composto è un fattore di conversione tra la massa dell’elemento e la massa del composto. La formula generale per risolvere i problemi in cui si deve trovare la massa di un elemento presente in una certa massa di un composto è: massa del composto -> moli del composto -> moli dell’elemento -> massa dell’elemento Calcolo della formula molecolare per i composti Massa molare=massa molare della formula empirica x n n= massa molare/ massa molare della formula empirica

Analisi per combustione Un altro modo di ottenere l formula empirica di composti incogniti, in particolare quelli che contengono idrogeno e carbonio, è l’analisi per combustione. Qui il composto viene sottoposto a combustione in presenza di ossigeno puro. Quando il campione è bruciato, tutto il carbonio presente è convertito in CO2 e l’idrogeno è convertito in acqua, entrambi CO2 e acqua sono prodotti pesanti, date queste masse, usando le relazioni numeriche tra moli espresse dalle formule si possono determinare le quantità di C e H nel campione originario. DOMANDA: quante molecole di acqua mi servono per ogni atomo di idrogeno? Mezza molecola di acqua. 2 idrogeni? 1 molecola di acqua. Una reazione di combustione è un particolare tipo di reazione chimica in cui una sostanza si combina con l'ossigeno per formare uno o più composti che contengono ossigeno. Le reazioni di combustione emettono calore. Una reazione chimica è rappresentata da un'equazione chimica. La combustione del metano è rappresentata dalla seguente equazione: CH4 + O2 prodotti → CO2 + H2O reagenti Le sostanze a sinistra dell'equazione sono chiamate reagenti e le sostanze a destra sono chiamate prodot. I composti organici Organici e inorganici, sono composti da carbonio e idrogeno e pochi altri elementi, tra cui azoto, ossigeno e zolfo. L'elemento chiave in chimica organica è il carbonio. Nei suoi composti il carbonio forma sempre quattro legami. Il composto organico più semplice è il metano, che ha formula CH4. Questa versatilità consente al carbonio di funzionare come "scheletro" di milioni di diversi composti chimici, e questo è il motivo per cui lo studio della chimica organica richiede corsi appositi. Idrocarburi I composti organici in due tipi: -

Idrocarburi, sono composti organici che contengono solo carbonio e idrogeno. Gli idrocarburi compongono i carburanti comuni come la benzina, il gasolio, il propano liquido e il gas naturale. Gli idrocarburi che contengono solo legami singoli si chiamano alcani, mentre quelli che contengono legami doppi o tripli si chiamano alcheni e alchini, rispettivamente. Nomenclatura I nomi degli idrocarburi semplici a catena lineare consistono di un nome base, che è determinato dal numero di atomi di carbonio nella catena base (o catena principale) e un suffisso diverso a seconda che l'idrocarburo sia un alcano (-ano), un alchene (-ene) o un alchino (-ino). NOME BASE DETERMINATO DAL NUMERO DI ATOMI DI CARBONIO + SUFFISSO DETERMINATO DALLA PRESENZA DI LEGAMI MULTIPLI

I nomi base per i primi dieci idrocarburi sono elencati qui sotto, secondo il numero di atomi di carbonio crescente: 1 = met 2 = et 3 = prop 4 = but 5 = pent 6 = es 7 = ept 8 = ott 9 = non 10 = dec -

idrocarburi funzionalizzati, idrocarburi in cui un gruppo funzionale, cioè un atomo caratteristico o gruppo di atomi, è incorporato nella molecola. Per esempio, gli alcoli sono composti organici che hanno un gruppo funzionale -OH. La porzione idrocarburica della molecola è indicata con "R", pertanto la formula generale per un alcol può essere scritta come R-OH. I composti organici con lo stesso gruppo funzionale formano una famiglia. Il metanolo e l'alcol isopropilico sono entrambi membri della famiglia degli alcoli. [L'inserimento di un gruppo funzionale in un idrocarburo in genere modifica significativamente le proprietà del composto. Ad esempio il metanolo, che può essere immaginato come il metano con un OH al posto di un atomo H, è un liquido a temperatura ambiente mentre il metano è un gas. Ogni membro di una famiglia è unico, ma i gruppi funzionali comuni conferiscono proprietà chimiche simili ai membri della stessa famiglia. I nomi dei gruppi funzionali hanno suffissi o terminano in un modo caratteristico per ciascun gruppo funzionale. Gli alcoli, ad esempio, hanno sempre nomi che finiscono in-olo]

Cambiamento climatico e carburanti fossili I gas serra riscaldano la Terra intrappolando parte dei raggi solari che penetrano attraverso l’atmosfera terreste. Il riscaldamento globale, che deriva dall’aumento dei livelli di diossido di carbonio nell’atmosfera, è potenzialmente dannoso. La maggior fonte di diossido è la combustione dei combustibili fossili. Questo può essere verificato utilizzando la stechiometria di reazione. Stechiometria di reazione La stechiometria si riferisce alle relazioni numeriche fra i reagenti e i prodotti in un’equazione chimica bilanciata. Permette di determinare, per esempio, la quantità di prodotto che può essere ottenuta da una data quantità di reagente, o la quantità di un reagente necessaria per fare reagire una data quantità di un altro reagente. Reagente limitante,resa teorica e resa percentuale -

il reagente limitante (o reattivo limitante) è il reattivo che si consuma completamente in una reazione chimica e limita la quantità di prodotto; il reagente in eccesso è qualsiasi reattivo presente in quantità maggiore rispetto a quella necessaria per reagire completamente con il reagente limitante; la resa teorica è la quantità di prodotto che può essere ottenuta in una reazione chimica considerando la quantità del reagente limitante; la resa reale è la quantità di prodotto realmente ottenuta in una reazione chimica; resa reale la resa percentuale è calcolata come resa reale/resa teorica X 100

Concentrazione e stechiometria delle soluzioni Una soluzione acquosa è una miscela omogenea di acqua (il solvente) con un’altra sostanza (soluto). La concentrazione di una soluzione si può esprimere in molarità, ovvero la quantità di soluto in moli divisa per il volume della soluzione in litri M= quantità di soluto/ volume della soluzione

Si possono utilizzare le molarità e i volumi delle soluzioni dei reagenti per prevedere l quantità di prodotto che si formerà in una reazione in soluzione acquosa. M1V1=M2V2 -> mol1=mol2 -> V1=M2 x V2/M1 Tipi di soluzioni acquose e solubilità> come si dissolvono in acqua i solidi? Quando un solido è introdotto in un solvente liquido, le forze attrattive che lo tengono insieme (interazioni soluto-soluto) entrano in competizione con le forze attrattive tra molecole del solvente e le particelle che compongono il solido (interazioni solvente-soluto). Sostanze che si dissolvono in acqua per formare soluzioni che conducono l’elettricità si dicono elettroliti, sostanze come il cloruro di sodio, che si dissociano completamente in ioni quando si dissolvono in acqua, sono elettroliti forti e le soluzioni risultanti sono soluzioni di elettroliti forti. La maggior parte dei composti molecolari, ad eccezione degli acidi, si dissolvono completamente in acqua come molecole intere; lo zucchero si scioglie poiché le attrazioni fra le molecole di zucchero e le molecole di acqua su...