Corso di Chimica 2004-2005

1. Corso di Chimica2004-2005 Luigi Cerruti luigi.cerruti@unito.it Lezioni 7-8 Corso di Chimica Lezioni 7-8

2. L'analisi elementare • L’ analisi elementaredi un composto è la determinazione delle percentuali in massa degli elementi presenti nel composto. Da queste percentuali è possibile risalire alla formula minima; per trovare la vera formula molecolare occorre spesso determinare la massa molare della sostanza. Corso di Chimica Lezioni 7-8

3. L'analisi organica elementare • Gran parte dei composti organici più importanti contiene solo atomi di carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e zolfo • La determinazione più semplice è quella dell'idrogeno e del carbonio attraverso la reazione di combustione. Nel caso del benzene: 2C6H6 + 15 O2 6 H2O + 12 CO2 L'equazione senza coefficienti stechiometrici: C6H6 + O2 H2O + CO2 Corso di Chimica Lezioni 7-8

4. Dall'analisi elementare alla formula minima Una sostanza organica, costituita da carbonio, idrogeno e azoto, all’analisi elementare ha dato i seguenti risultati: 65,6 % di C; 15,2 % di H; 19,1 % di N. Trovare la formula minima. Supponiamo di avere 100 g della sostanza, e troviamo quante moli dei tre elementi vi sono contenute: 65,6 g / 12 g mol –1 = 5,47 mol C 15,2 g / 1 g mol-1 = 15,2 mol H 19,1 g / 14 g mol-1 = 1,36 mol N Il rapporto C : H : N nella sostanza è quindi 5,47 : 15,2 : 1,36. Dividendo i tre valori per il più piccolo e arrotondando il rapporto risulta 4 : 11 : 1 per cui la formula minima è C4H11N Alla formula minima C4H11N corrispondono 42 composti diversi Corso di Chimica Lezioni 7-8

5. Dalla formula minima alla formula molecolare Calcolare la formula molecolare dell'etano, sapendo che la formula minima è CH3, e che la sua massa molecolare relativa è 30 Si calcola il 'peso formula' della formula minima: 12 + 3 x 1 = 15 Si divide la massa molecolare relativa per il 'peso formula' 30/15 = 2 Si moltiplicano per il fattore così calcolato gli indici di ciascun elemento presente nella formula minima: C1x2H3x2= C2H6 Corso di Chimica Lezioni 7-8

6. Le leggi dei gasLegge di Boyle (isoterma, T= cost) • Con T= cost, il volume di una data massa di gas è inversamente proporzionale alla pressione: p • V = costB • Il valore di costB dipende dalla quantità di gas e dalla temperatura Corso di Chimica Lezioni 7-8

7. Le leggi dei gasLegge di Charles (isobara, p = cost) • Con p = cost, il volume di una data massa di gas è direttamente proporzionale alla temperatura: V = V0 (1 +t)  = 1/273 Corso di Chimica Lezioni 7-8

8. Le leggi dei gasLegge di Gay-Lussac (isocora, V = cost) • Con V = cost, la pressione di una data massa di gas è direttamente proporzionale alla temperatura: pt = p0 (1 + t)  = 1/273 Corso di Chimica Lezioni 7-8

9. Legge dei gas ideali • Se si tiene conto della legge di Avogadro, e cioè delle quantità di sostanza, il comportamento dei gas diventa estremamente uniforme rispetto ai cambiamenti di volume, pressione e temperatura. • Infatti, date n moli di una qualsiasi sostanza gassosa, si ritiene idealmente valida l'equazione di stato: pV = nRT Se p è misurata in atm, e V in L (litri), allora R = 0,082 L atm mol-1 K-1 Corso di Chimica Lezioni 7-8

10. Legge dei gas ideali e le masse molari relative La legge dei gas ideali permette di determinare la massa molare (MM) di una sostanza gassosa. Infatti, data una quantità di m g della sostanza, risulta n = m / MM. Quindi pV = nRT  MM = m RT / pV Se sono note o si misurano T, p e V, si può ricavare la massa molare MM T Corso di Chimica Lezioni 7-8

11. ll volume molare • E' una grandezza importante per la comprensione di molte proprietà. Definizione: massa molare volume molare = ————————— massa volumica • Sostituendo alle grandezze le unità di misura otteniamo: g mol-1 cm3mol-1 = ————————— g cm-3 T Corso di Chimica Lezioni 7-8

12. Proprietà atomiche e periodicità • Si ottiene un diagramma molto interessante se i raggi atomici (o i volumi molari) sono riportati in funzione del numero atomico Corso di Chimica Lezioni 7-8

13. Ossidazione e riduzione Cu si ossida, il rame è l'agente riducente F si riduce, il fluoro è l'agente ossidante • La reazione di ossido-riduzione è una delle reazioni più importanti • Essa consiste nel trasferimento di elettroni da una entità microscopica che si ossida ad un'altra che viene ridotta • La reazione di ossido-riduzione è il risultato di due reazioni distinte: Reazione di ossidazione. Perdita di uno o più elettroni: Cu  Cu+ + e- Cu+  Cu2+ + e- Reazione di riduzione. Acquisto di uno o più elettroni: F + e-  F- • Il processo complessivo è descritto con la reazione: Cu + F2 CuF2 Corso di Chimica Lezioni 7-8

14. Ossidazione e potenziali di ionizzazione • La più semplice reazione di ossidazione consiste nella perdita di un elettrone da parte di un atomo isolato • Per ogni elemento, questo processo di ionizzazione è riferito ad un atomo allo stato gassoso: Mg (g)  Mg+ (g) + e- I1 = 738 kJ mol-1 • Il processo può proseguire con una seconda ionizzazione: Mg+ (g) Mg2+ (g) + e- I2 = 1451 kJ mol-1 • I valori I1 e I2 sono detti rispettivamente energie di prima e seconda ionizzazione • I valori I1 e I2 sono chiamati anche potenziali di ionizzazione T Corso di Chimica Lezioni 7-8

15. Elementi elettropositivi ed elettronegativi • Gli atomi degli elementi elettropositivi hanno bassi potenziali di ionizzazione, tendono a dare ioni positivi e quindi si ossidano facilmente • Es.: Na, K, Mg, Ca • Gli atomi degli elementi elettronegativi hanno alti potenziali di ionizzazione, tendono a dare ioni negativi e quindi si riducono facilmente • Es.: F, Cl, O, S Corso di Chimica Lezioni 7-8

16. Elementi elettropositivi ed elettronegativi • Si deve comunque tener conto che il rapporto fra le proprietà degli atomi nei composti è sempre relativo • In FeS, Fe è l'atomo elettropositivo, S è l'atomo elettronegativo • In SO2, S è l'atomo elettropositivo, gli atomi di O sono elettronegativi Corso di Chimica Lezioni 7-8

17. Elettroaffinità E' la variazione di energia associata con l'acquisizione di un elettroneda parte di un atomo allo stato di gas F(g) + e- F- (g) In questo caso il processo avviene con cessione di energia dal sistema atomico all'ambiente, quindi è esotermico: EA: -322,2 kJ mol-1 Quando il processo è endotermico l'elettroaffinità è espressa con un valore positivo: Ne (g) + e- Ne- (g) EA: + 29 kJ mol-1 T Corso di Chimica Lezioni 7-8

18. La forma attuale della tavola periodica Corso di Chimica Lezioni 7-8

19. La forma attuale della tavola periodica • Le righe orizzontali corrispondono ai periodi • Le colonne verticali corrispondono ai gruppi Corso di Chimica Lezioni 7-8

20. La forma attuale della tavola periodica • Con l'eccezione del primo periodo, i periodi iniziano con un metallo alcalino, seguito da un metallo alcalino-terroso • Tutti i periodi terminano con gas nobile Corso di Chimica Lezioni 7-8

21. La forma attuale della tavola periodica • I gruppi A costituiscono il gruppo principale, degli elementi rappresentativi • I gruppi B sono detti degli elementi di transizione Corso di Chimica Lezioni 7-8

22. La forma attuale della tavola periodica • Infine vanno aggiunte due serie di elementi, dei lantanidie degli attinidi Corso di Chimica Lezioni 7-8

23. Una descrizione della tavola periodica • Le righe orizzontali corrispondono ai periodi • Le colonne verticali corrispondono ai gruppi • Con l'eccezione del primo periodo, i periodi iniziano con un metallo alcalino, seguito da un metallo alcalino-terroso • Tutti i periodi terminano con un gas nobile • I gruppi A costituiscono il gruppo principale, degli elementi rappresentativi • I gruppi B sono detti degli elementi di transizione • Infine vanno aggiunte due serie di elementi, dei lantanidie degli attinidi Corso di Chimica Lezioni 7-8

24. Metalli e non metalli Corso di Chimica Lezioni 7-8

25. La variazione di alcune proprietà all'interno del sistema periodico Corso di Chimica Lezioni 7-8

26. Variazione dei potenziali di ionizzazioneElementi rappresentativi del terzo periodo Corso di Chimica Lezioni 7-8

27. Andamento periodico dei potenziali di ionizzazione e dell'elettroaffinitàCiò che ci dice sulla struttura elettronica degli atomi • Il fatto che vi siano valori discreti per i successivi potenziali di ionizzazione (P.I.) indica che i livelli energetici elettronici sono quantizzati Corso di Chimica Lezioni 7-8