- Reazioni chimiche ed equazioni chimiche

1. INTRODUZIONE ALLA CHIMICA (Cap. 3) - Reazioni chimiche ed equazioni chimiche - Proprietà fisiche e proprietà chimiche delle sostanze - Sistema periodico degli elementi

2. Trasformazioni fisiche e trasformazioni chimiche La materia è sottoposta in ognimomento a modificazioni e trasformazioni. I cambiamentidellamateriapossonoessere, per esempio, variazioni: dellostato di aggregazione; delledimensioni; del colore

4. Trasformazioni fisiche e trasformazioni chimiche Le trasformazionifisicheproduconounamodificazionefisicadellamateria e non producononuovesostanze. Le trasformazionichimichesonomodificazionichecomportanounavariazionedellacomposizionechimicadellesostanze con formazione di nuovesostanze. Trasformazioni fisiche e trasformazioni chimiche

5. Trasformazioni fisiche e trasformazioni chimiche Nelletrasformazionichimiche le sostanzeoriginariesidiconoreagenti, le nuovesostanzechesiformanonellareazioneprendonoilnome di prodotti. reagentiprodotti

6. Trasformazioni fisiche e trasformazioni chimiche

7. Reazioni chimica e equazioni chimiche Quando il sodio reagisce con cloro gassoso si forma cloruro di sodio. Il prodotto è una sostanza completamente nuova ed è chimicamente e fisicamente diverso da tutti e due i reagenti.

8. Reazioni chimiche ed equazioni chimiche Na(s) + Cl2(g) NaCl(s) (non bilanciata) La rappresentazione di una reazione chimica attraverso le formule dei reagenti e dei prodotti separati da una freccia, è chiamata equazione chimica. L’equazione chimica è una rappresentazione di una reazione chimica. La reazione chimica è un evento chimico che avviene in natura, l’equazione è solo un modo di rappresentare questa reazione.

9. Bilanciamento delle equazioni chimiche Na(s) + Cl2(g) NaCl(s) (non bilanciata) (non bilanciata) Na(s) + Cl2(g) 2NaCl(s) 2Na(s) + Cl2(g) 2NaCl(s) Nelle reazioni chimiche si formano nuove sostanze in conseguenza di disposizioni diverse degli atomi, ma in una reazione chimica i singoli atomi dei vari tipi non sono né creati né distrutti. Equazione chimica bilanciata Le equazioni chimiche si bilanciano mettendo numeri appropriati, chiamati coefficienti di reazione, davanti alle formule.

10. H2(g) + O2(g) H2O(l) (non bilanciata) H2(g) + O2(g) 2H2O(l) (non bilanciata) Bilanciamento delle equazioni chimiche 2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) Equazione chimica bilanciata Rappresentazione con modelli molecolari della reazione tra idrogeno e ossigeno per formare acqua.

11. Bilanciamento delle equazioni chimiche Metodo del bilanciamento a vista: consiste nel cambiare i coefficienti delle formule chimiche a sinistra e a destra della freccia, in modo tale che per ogni elemento il numero di atomi sia esattamente lo stesso ai due lati dell’equazione.

12. Gli elementi possono essere raggruppati secondo le loro proprietà chimiche e fisiche Metalli alcalini: litio, sodio, potassio Simili proprietà fisiche I metalli alcalini sono teneri e possono essere tagliati con un coltello (Es. del sodio) I metalli alcalini sono meno densi dell’acqua I metalli alcalini hanno bassi punti di fusione (< 200°C)

13. Metalli alcalini: litio, sodio, potassio Simili proprietà chimiche: Es. Reazione con cloro e con acqua Es. reazione del potassio con acqua

14. Metalli alcalino-terrosi: magnesio, calcio, stronzio, bario Simili proprietà chimiche: Es. Reazione con acqua e con ossigeno Es. Reazione del calcio con acqua Es. Reazione del magnesio con ossigeno

15. Alogeni: fluoro, cloro, bromo, iodio Simili proprietà chimiche: molto reattivi, reagiscono con la maggior parte di metalli e non metalli. Es. Reazione con sodio cloro iodio bromo

16. La tavola periodica degli elementi La classificazione degli elementi oggi utilizzata è stata proposta dal chimico russo Dmitri Mendeleev nel 1869. Mendeleev dispose gli elementi in ordine di massa atomica crescente e mostrò che le proprietà chimiche e fisiche degli elementi presentano un andamento ripetitivo o periodico. Egli allineò gli elementi conosciuti in una linea orizzontale e ogni volta che giungeva ad un elemento con caratteristiche simili ad uno che già si trovava nella riga ne iniziava una nuova.

17. La tavola periodica degli elementi Man mano che gli elementi trovavano sistemazione nella tavola, venivano aggiunte nuove righe. Gli elementi con proprietà simili vennero a trovarsi nella stessa colonna. Il genio di Mendeleev fu che decise di lasciare degli spazi vuoti nelle colonne per quegli elementi non ancora conosciuti, ma che dovevano esistere ed avere proprietà simili all’elemento presente nella riga superiore della tavola. Egli pensò che questi spazi sarebbero stati riempiti da elementi che non erano ancora stati scoperti. Usando il concetto di periodicità Mendeleev riuscì a prevedere molte delle proprietà chimiche e fisiche di elementi a quel tempo ancora ignoti.

18. Versione moderna della tavola periodica nella quale gli elementi sono ordinati per numero atomico crescente (il concetto di numero atomico venne sviluppato all’inizio del 1900)

19. Le caratteristiche della tavola periodica Gli elementi che si trovano nello stessa colonna della tavola periodica appartengono allo stesso gruppo o famiglia e hanno proprietà chimiche simili. Gruppi 1-2 e 13-18: gruppi principali Le righe orizzontali sono chiamate periodi.

20. Il gruppo 18 contiene i gas nobili o gas inerti: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Sono caratterizzati dalla loro relativa mancanza di reattività chimica. Nel 1962 si scoprì che lo Xenon forma composti con fluoro e ossigeno, che sono i non metalli più reattivi. Si conoscono i fluoruri di kripton. Non si coniscono composti di elio, neon, argon. Quando una scarica elettrica attraversa un gas nobile, viene emessa luce di colore caratteristico elio neon argon

21. Poiché gli elementi di un dato gruppo hanno proprietà chimiche simili, i composti semplici degli elementi di quel gruppo hanno formule chimiche simili. Idruri binari degli elementi dei gruppi principali

22. Nel 1969 l’arsenico veniva dopo lo zinco in ordine di massa atomica. Sulla base del concetto di periodicità Mendeleev mise l’As nel gruppo 15 anziché 13 o 14, perché il suo comportamento era simile a quello del fosforo. Mendeleev propose che ci fossero due elementi, non ancora scoperti, per riempire i vuoti tra Zn e As e predisse le proprietà di questi elementi prima della loro scoperta.

23. Confronto tra le previsioni di Mendeleev e i valori sperimentali delle proprietà del gallio (scoperto nel 1875)

24. Versione più comune della tavola periodica, raccomandata dalla IUPAC (forma più compatta): elementi da 57 a 71: serie dei lantanidi elementi da 89 a 103: serie degli attinidi Alcune versioni posizionano il lantanio (La) e l’attinio (Ac) nelle caselle 57 e 89, e collocano in basso gli elementi da 58 a 71 (dal cerio al lutezio) e gli elementi da 90 a 103 (dal torio al laurenzio). Le vecchie versioni della tavola periodica indicano i sei gruppi a destra da 3A a 8A, e i metalli di transizione da 3B, 4B etc.

26. Metalli: celeste Non metalli: arancione, separati dai metalli da una linea a zig-zag Semimetalli o metalloidi: verde chiaro

27. Esempi di semimetalli (anche chiamati semiconduttori): Sono solidi fragili e semilucenti boro silicio

28. Il carattere metallico degli elementi, nel senso della loro reattività con i non metalli: aumenta muovendoci dall’alto verso il basso lungo il gruppo, e da destra verso sinistra lungo il periodo Il francio è l’elemento più metallico; il fluoro è il più non metallico

29. Confronto tra le proprietà fisiche dei metalli, semimetalli e non metalli

30. Il passaggio dal comportamento metallico a quello semimetallico e poi non metallico, non è netto quando ci muoviamo da sinistra verso destra nella tavola periodica ma graduale. Si passa da proprietà decisamente metalliche (gruppo 1) a proprietà decisamente non metalliche (gruppo 17).

31. Gli elementi dei gruppi 3-12 di ciascuna riga sono chiamati metalli di transizione. I metalli di transizione che stanno in una riga hanno proprietà chimiche simili tra di loro. Le proprietà dei metalli di transizione variano da gruppo a gruppo, ma sono tutti caratterizzati da alte densità e alti punti di fusione. Molti composti dei metalli di transizione sono colorati. Ti Cr V Mn Sc Zn Fe Cu Co Ni

32. Gruppi principali (arancione) Metalli di transizione (verde) Metalli di transizione interna (beige): lantanidi o elementi delle terre rare attinidi, elementi radioattive per la maggior parte non naturali ma prodotti da reazioni nucleari

34. Gli andamenti periodici presentano delle irregolarità: caso dell’idrogeno Le proprietà del primo elemento di un gruppo sono diverse da quelle degli altri membri. L’esempio più evidente di questa differenza è quello del carbonio composti organici

35. Relazioni diagonali tra gli elementi della tavola periodica Esistono somiglianze di reattività tra il primo elemento di ogni gruppo e il secondo elemento del gruppo successivo. Le relazioni diagonalei sono in parte dovute alle dimensioni simili degli ioni in ciascuna coppia diagonale di elementi (es. Li+ e Mg2+; Be2+ e Al3+).

36. Vedremo che sebbene l’organizzazione della tavola di Mendeleev fosse basata su conoscenze puramente chimiche, gli andamenti periodici che egli osservò sono basati sull’andamento ripetitivo della struttura elettronica degli atomi.