I. GRANDEZZE FISICHE E UNITÀ DI MISURA

I. GRANDEZZE
FISICHE
E UNITÀDI MISURA
oaaaaoaaaaaaaaaaaaaa
Misurare signifrca confrontare la grand z6 dí cuí si uuole
conoscereil aalore con I'unítò di misura scelt6.
GRAI\IDEZZn FONDAMENIAII: sono indipendenti da altre
giandezze e si esprimono con una sola unità di misura. fl sr.stez,
internazionab (Sl) prevede7 grÀndezzefondamentali.
GRANDEZA DERIVATI: si ottengono dalla combinazione
delle grandezzefondamentalie sono espresseda relazionitra
più unita di misura.
Grandezze fondamentali e loro unitò di mísura nel S.l.
GR NDEZZA
UNÍIÀ
DI MÍS!'a.I
SIMDOi_O
mero
lungbezza
m
kg
clììlogrammo
s
K
secondo
coîefile
eletlrica
kelvin
ampere
intefisítò
ltrtiinosa
candela
t enf>e raht tu t eftfi ctdí n a rn i c a
qu4rrtihì di sostanza
Alcune gtand
ze deiuate
CNANDEZZA
densitò
forza
enaqia
mok)rítà
díIferenza di
Potenzialeelettrico
ùelocità
acceletutztone
ccl
mol
mole
uNn^ Dr Mrsù1À
metîo quadrato
metro cubo
chilograilmo per mr
(N)
neMon
pcscal
(P,r)
ioule
q)
moli al litro
coulomb
(M)
(C)
volt
(v)
metro al secondo
metro al s'
DEFINÍAONE
mr
kglmJ
kg nÌ,/s'
N/m'
Nm
nìol/l
yc
nVs
m/s3
Ver.anno di seguito descritte le principali grandezz-e usate in
chimica.
MASSA: quantità di materia cootenuta in un corpo. Unità di
misura: kg.
. 1kg = 1039 19 = 10-3 kg 1g = 103mg 1mg = 10 39
La massa non cambia in relazione alla posizione di un corpo.
n PESO (forza peso, P) è la misura della forza con cui un coîpo
è aúratto dalla Ten? ed è proporzionale alla massa nt di un
corpo: . P = m gQ= accelerazione di gîavità = 9,8 n is,).
Il valore dei peso di un corpo cambia in base alla posizione,
cioè al vadare del valore di g. Unità di misura per la forza peso:
N (ne*,ton).
TEMPERATIJRA: nisura della quantità di calore di un corpo.
Unità di misura: grado, ma le scale utilizzate sono diverseil punto di ebollizione e di congelamemo del
t Scala Cekit*
I'acqua pura alla pressione di 1 atrn sono costanti. ll punto di
ebollizione viene posto a 100 gradi e quello di congelamento
a 0 gradi. L'intervallo 0-100 viene suddìviso in 100 parti uguali
ad ognuna delle quali corrisponde un grado Celsius (.C).
. Scala Kelrin: il punto di solidificazione dell'acqua è posto a
273,15 e il punto di ebollizione a 373,15. L'intervallo è suddiviso in 100 parti uguaìi ad ognuna delle quali cordsponde un
grado Kelvin (K). Lo zero della scala Kelvin corrisponde a
*213,15 "C e si chiama zero assoluto.
. kala Fabrenbeít ll punto di solidificazione dell'acqua è 32 e il
punto di ebollizione è 212; l'inteffallo viene suddiviso in 180
parti uguali ed oflnuna corrisponde ad un grado Falrenieit (.F).
K="C + 2j3, 15
' C = K-2 1 3 ,1 .5
ó F = 3 2 + 1 ,8óC
VOLUME: pozione di spazio occupara da un corpo. Unirà di
mìsura (SI): m3, molto utilizzato afiche ù litro(D che corrispon
de ad un dm3.
=10 3c m r
. 1dml-llitro
1 cm3 (cc) = 10.3 dm3 = 10 3 liÍi = 1ml
DENSÍTÀ.| la densità assolutz (d) è il rapporto tra la massa di
un corpo (m) ed il volume occupato dal corpo stesso (V); l'unità di misura è il kglm3, ma sono spesso ufillzzaai il g/ctf
(.ov-,,erog/mD o iI kg,4; \a densità cambia con il variare della
pressione e della temperatura. L^ densità relatiu.r è rl î^pporÍo
tra la nassa di un corpo e la massa di un ugual volume di acqua
distjilata a 4'C. L'unità di misura è un numero puro.
I-a densità non va confusa con il PESO SPECIFICO (I,$), che
esprime il rapporto tra il peso di un corpo ed il suo volume.
.P qp= P /^,/= n.g/V = d.g
d = Psp/g
I = accelerazione di gravità
. 't grnl
- 1kg/l
1 kg/m3 = 1ùt kg/l = (f. g/ml
EÀÍERGIA: è la capacità di un corpo di compiere un lavoro
(lavoro = forza x spostamento). Può avere diverse forme (mec,
canica, chimica, ecc.) ciascuna delle quali può trasformarsi nell'altra. Quando l'eneryia si hasforma da una forma ìn un'altra, la
sua quantità totale dopo la trasfoîmazione è uguale alla quantità
di partenza (legge della conserv zioÍre dell'energia).
L'energia cinetica è associaîaal movimento dei corpi ed è espressa dalla relazione: Ec = Vz m u2 dote n è la massa del corpo in
kg e ?rla sua velocità in fi/s. L'energia potenzíale è la capaciÍà
di un corpo di compie.e lavoro associata alla posizione del
corpo rispetto ad un altro.
Unità di misura dell'energia: J (U = 1N 1m = lavoro compiuto dalla forza di 1N per spostare di 1m nella stessa direzione il
suo punto di applicazione). Esistono anche altre unità come la
cbiloccalori.a (kcaD, la calorio (caD e l'elettronuolt (eD.
. l c a l =4 , 1 8 J
1 c a l = 2 , 6 1 . 1 0 'e e V
1 kca l = 1 0 3ca l
Il calore è quella forma di energia (energia teîmica) che può
essere trasfédta da un corpo ad uo alto per la differenza di temperatura. Unità di misura: caloria (cal) = quantia di calore necessaria per aùmentare la temperarura di un grammo di acqua distillata da 14,5 a 15,5 "C, alla pressione di una atmosfera.
Il calore specmco è la quamità di calore, riferita ad 1 g di sostanza, necessaria per avere una differenza di temperatura di 1 g.ado.
PRXSSIOITE:forza che agisce su un'unità di superficie. Loiù dì
misura: Pa, pressione esercitata da]la forza di lN sulla superlìcie di 1m'z(1 Pa = forzalsuperficie = N/m'?). In chimica si u-sano
anche come unità di misura l'aùnosfera (atm), i ,tlíllínern dí
mercuio (mmHp), il óal (multiplo del Pa).
. 1 arm = 760 mmHg = 101325 Pa
1 bar = 105 Pa
1 mbar (millibar) = 10-r bar = 10'?Pa
2. tA MATERIA
It Cbimica è una disciplina speríúefltale cbe studia le struttura, la composizione, le prcpietà e le trasformazioní chimicbe
della nateia.
Materla è tutto clò che cl clrconda, ocopa ur! volume, ha
una [Ù|ssa e lrcssld€ enefgta- Può presentrsi allo stato solido, liquido, gassosoe di plasma Gas ionizzato a tempenhrre elevatissime).La materia e I'energia nell'Universo sono costanti:
) legge della consen)azione della heteria Ia materia non si
crea e non si distugge, ma si può trasformare;
, lege di consetuazione dell'energitt: I'energia îon è creata
né disrùna, ma cambiasolo la sua forma;
> legge della consewazione della massa-energía: massa ed
eoergia sono sempre conservate e la loro somma non può
né aumentare, né diminuire. Ia materia può esseretrasformata in energia e viceversa; tali tlasformaiooi sono, però,
evidentisolo nelle reazioni nucleari.
2.I. COMPOSIZIONEDETTAMAÍERIA
La materia è costituita da piccolissime particelle chiamate atomi
ed è suddivisain slsteml o pani delimitatedi materia(es. una
goccia d'acqùa,un libro ecc). Una fase è una porzione di un
sistemache presentale medesimeproprietàin tutte le sue parti.
I sistemi sono omogenel se presentanouna composizione
uniforme in ognunadelle loro parti, cioè sono cosrituitida una
sola fase(es. acquadi mare), o eterogenel se hanno una composìzioneche varia nelle loro parti, cìoè sono costituitida più
fasi ed i componentisono facilmentedistinguibili(es. olio nell'acqua).Sonosistemiomogeneile soluzionie Ie sostanze(elemend e composti).Sono sistemi eterogeneimolti miscugli, il
fumo. il terreno.ecc.
MATERTA*---l
stslltul ()\l(x;ti\Èl
I
...*ìì\
n,,...r*',.,
()NOClilìrr
(trt,R [)
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tllEtlt;\-l
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Àltsù\:ìl_l
ÉlER()GENrl
I
I
tìflii\r()\l
SOSf,ANA PURE(zolfo puro, salepuro, ecc.)rsi'steÍt!omt8elgicogintît d^ una sol4sosl^nz4 si zuddividonoin eletwúi e compxtt
. gli eleúentl chimici sono sostanzecostituite da atomi dello
stessotipo (es. sodio Na, ossigenoOJ;
. i compostl chimici sono sostanzecostituiteda atomi diversi
fra loro (es. acqua HzO, cloruro di sodio NaCl).
Le molecole sono aggîegati di atomi e sono le più piccole particelle che conseryanoinalteratele proprietà chimiche della
x)staîza a cui appanengono.Le molecolepossonoessefeelementi (es. la molecola dell'ossigenoOJ o composri (es. la
molecoladell'acquaHzO).
Uno lone è un atomo che h^ persa (ione positiw, es. Na) o
ha acquistato (ione negatiuo, es. Cl-) uno o più elettroni. Alcuni compostìcome il cloruro di sodio sono fofmati da ioni. Gli
iorii pollatomtcl sono cosrituiti da gruppi di aromi (es. ione
idrossido OH-, ione solfato SOrÈ).
MISCUGLI:sono formati dall'unionedi più sostanzee possono
essereomogeneio eterogenei.Alcuni tipi di miscugli sono:
. soluzione: rniscugho omogeneodi una sostanza presente in
quantità maggiore (sohEnù ed una presente in quantia
minore (so/,lo); soluzionedi un solido in un liquido: es. zucchero e acqua;soluzionedi due liquidi miscibili:es. acquae
. alcool; soluzionedi uo gas e uo liquido: es. acqua tonica;
. sospensione: miscuglio eterogeneodi particelle solide sospese nel liquido: es. farina nell'acqua;
r emulslore: miscvg\io eterogeneocon goccioline di un liquido mescolatointimamentecon un altror es. globuli di grasso
nel latte.
2.2. PROPRIEIAE TRASFORMAZIONI
DEttA MATERIA
l€ pfoprtetà fstche di una sostanzadipendono dalla sostanza
stessa(lunghezza, colore, punto di fusione ecc.). I€ proprtetà
chiDtche dipendono dal componamentodi una sostanzain presenza di altre (numero di ossidazione,reanivirà ecc.).
Le trasformaziont fisiche non alterano le caratteristichechimiche di una sosÍaîza. I passagi dí steto sono trasformazioni fisiche che una sostaoza subisce per azilorÉ della temperatura
(riscaldamentoo raffreddamento).tÉ trasforsrazioai chirnlche
(rcqzioni cbinicbe) componano la trasformazionedi una sostanza in altre (combustione, digestione ecc.).
(lrosformozionefisico)
2.3. PASSAGGIDl STATO
riscaldamento
sublimazione
fusione
>
ebollizione
J
___-___-__>
-----.-..-----GAS
SOLIDO <I,IQTJIDO <condensazione
solidificazione
-
D namento
raÎlrealdamento
S€ si fomisce calore alla materia, essa passa dallo stato solido a
quello liquido e gassoso. In questí passagi di str.to Íísico, non sí
trasforna la natura delle pqrti.elle, na solo il loro nodo dí agregafsr: Il calore conferisce alle panicelle eneîgia e le fa vibrare più
energicamente, e ciò provoca una diminuzione delle forze attrattive che le aggregano. Quando si scalda un solido, le sue particelle, abbandonano le posizioni fisse che avevano e diventano
libere di scoffere le une sulle altîe: si ha il passaggio allo stato
liquido. Immagazzinando ulteriore energia, le particell€ si svincolano completamente dalle forze attrattive e possono sfuggire
nell'ambienre circostante: si ha il passaggio allo stato gassoso.
Caratteristici per ognì sostanza pura sono:
r punto dl frrslone è la temperatura alla quale un solido inizia a p ssare allo stato liquido;
è la temperatura alla quale inizia I'e. punto dl etrollizione
bollizione di un liquido che passa allo stato di vapore;
I punto di conderisazione è la temperatura alla quale ùn
vapore comincìa a passare alLo stato liquido;
! punto di solidlficazione è la tempeÉtur:ì alla quale il liquido inizia a diventare solido.
Esempi:
Punto di fusíone ("C) punto di ebollizíone ("C)
Ossigeno
-219
Aìcol etilico
Acqua
_115
-183
/tt
100
i19
Zolfo
444
N.B. L'ebollizíoneè il cambiamentodallo stato liquido a quello
gassosodell'interamassaliquida;quandoil cambiamentodi stato
riguardasolo la superfìcielibera del liquido è denominatoeaaporazíone.Qualunqueliquido, lasciatoa temperaturaambiente,
evaporain un periodo di tempo più o meno lungo a seconda
della naruradel liquido stesso.
0
10
2.'I.METODI
DI SEPARAZIONE
DEIMISCUGTI
I2 seltqrazioni dei comlnsti nel loro ebtnenti co$úu ù ichiedono trasÍor'rnazioni cbimícbe, inwce la separLzione dei componmti di un fiiscuelio richiede trasformazioni fisicbe.
C.onopportuni metodi è possibilesepararei componenti di un
miscuglio sfruttandone le diverse proprietà fisiche.
r Metodl basatl sulla densltà:
- centifugazione \ttilizzandola centrifuga,separaun solido
da un liquido sfruttandoIa loro diversadensità;
- decantazione-sedimefitazione: sfruftando la fotza di gravità, un solido disperso in un liquido vieoe lasciato sedimenare e successivamenterecuperato.
r Metodl basatl sulle propîletà elettîlche:
- elettrolisi:urilizzandodue elemodi collegatiad un generatore di co(ente continua è possibile separare le sostanze
ioniche (cariche positivamente o negativamente) contenute
in una soluzione;un tipo particolaredi elettrolisi è I'elettroforesiapplicataalle proteine.
r Metodl basatl sulla dlffefente solubllità (=capacità di una
sostanzadi sciogliersiin un solvente):
- fltrazione: consente di separ:Ìre un solido da un liquido
utilizzando carta da filtro che trattienela sostanzasolida
(precipitato) e fa passareil liquido (filrrato); può essere
effeftuata con filtro liscìo, a pieghe e sotto \4roto;
- eslrazíone con sohente: sepam un componente di una
miscelautilizzandoun solventeche scioglieselettivamente
un solo conìponente;
- cron ttograÍia: la miscela da separareviene sciolta in
oppornrni solventi e fatta assorbiîe da determinati substrati che trattengono in modo diverso i vari componenti della
miscelastessal
- crhtallizzazlone: abbassandolentamente la temperatura di
una soluzionee lasciandoevaporarelentamenteil solvente,
si separaun solido in forma di cristalli da un liquido; spesso
questo metodo è utilizzato per Ia pufificazione di sostanze.
. M€todi basatl sul dtuersl punti dl ebolllzlone:
- distillazione:separai componemi liquidi di un mi!ìcuglio
sfruttandoi diversipunti di ebollizione;può essercsemplice (pe. separareun solo componente), frazionata (per
separarepiù componenti),a pressioneridorra(se i componenti si decontpongonoalla En'rperaturadi ebollizione).
ll
3. I L T I N G U A G G IC
OH I M I C O
aaaaa
a aa a a a a a a a a a a a tr a a r a
3 .I. S I M B O T IE F O R MU T E
C H IM IC H E
Per rappresenare gli elernenti vreîe ùílizzata la prima lette.a del
nome (maiuscola); se due elementi hanno la stessainiziale, viene
aggiuntauna secondalettera(minuscola),+ tabellapag. 87.
I cornposti son.orappresentati da:
. Íorrnula grezza indìca quali atomi sono presenti ed in quale
rapporto reciproco. Il numero di atomi è indicato da un numero posto in bassoa destradel simbolo (indice). Ad es. la formula
dell'acqua HrO indica che sono presenti idrogeno (H) ed ossigeno (O) secondo il rapporto î+ 2 atomi di H : 1 atomo di O;
. Íotmub nininat indica il minimo rappono di combinazionefra
gli elementipresenti.Ad es. per I'acquaossigenata(H,ot è HOj
t formula razionale iîdica i legami ed i gruppi che caratrerizzano un composîo.Ad es. CH3-CI(cloruro di metile);
. Íormula di strutturat irdic l^ disposizionedegli atomi di ùn
composto chimico. ,{d esempio la formula di struttura del
metano (CH, è:
H
I
H- C- H
I
H
Xol€: una mole di una qualsiasisosranzaè quella quamiràdi
sanza clle contiene un numero di Avogadro di particelle
(atomi, molecole,ioni) e pesa un numero di grammi pari alla
massa(o peso) atomicao molecolare.Esempi:
PA del feno = 55 uma, una mole di alomi di ferro cootiene un
numero di Avogadro di atomi e pesa 55 grarnmi;
PM dell'acqua= 18 uma, una tnole di acquapesa 18 grammi e
contieneun numero di Avogadrodi molecole di acqua.
Ia massain grarimi di una mole prende ìl nome di massa
@l^fe (MM e le sue dimensioni sono misurate in g/mol. Ad
esempio,se 449è la massamolaredell'anidridecarbonica(COr,
PM=44uma),il numero di moli (n) che corrispondea 1769di
tale sostanzaè:
t-169
-4,0 moÌi di coz
44g/mol
Ia rclazione fra massae numero di moli di una oùalunoue
sostanzaè:
. massain g/massain g di una mole=
3.2.MASSAATOMICAE MASSAMOLECOTARE
Massa atomica o peso atornico (PA) di un atomo (tabella pag.
87): rappono Ía la sua massae I'unitàdi massaatomica(uma),
definitacome la dodicesimapane della massadell'atomodi carbonio-l2 (r'zC),ossia 1,66. 10'?kg. Ad es. dire che I'azoto ha
una massaatomicarelativapari a 14, significache la sua massa
è 14 volte più grande di quella della dodicesimapane del nC.
PA è, quindi, una massaÍelativaespressada un numero puro.
Massa[rolecolar€ o massaforrnula o peso molecolarc (PM) di
un composto:sornma delle ma-sseatomiche di tuni gli atomi del
composto.Es: PM dell'acquaH,o: 1 + I + 16 uma - 18 una; PM
dell'idrossidodi calcio Ca(OH)::40 + 2 . 16 + 2. 1,uma = 74 uma.
3.3. NUMERODI AVOGADRO E MOLE
Numero dl Avogadro - No = 6,023. 10'?3-numero di aromi,
ioni, molecolecontenuti in una mole di sostanza.
12
@/Mlllg/mol)=tr (Írol)
Esempidi calcolo.
7. Qual è la massauedia ín gramml di un atomo di ossígend
Il PA dell'ossìgenoè 16uma.La massadi una mole di atomi di
ossigenoè 16,09.Una mole di atomi di ossigenocontieneun
numero di Avogadrodi atomi. La massamedia di un aromo di
ossigenoè: 16,0G/mol) / 6,023.102t (mol-') = 2,66 . 1f'zr g.
2. Quante moli sonocontenutein 10 g dí ramd
Il PA del rame è 63uma.La massadi una mole di rame è quindi 639. Si ha: o= 109/63Gy'mol)- 9,16
-ot.
3.4. COMPOSIZIONEPERCENIUATE
DI UN COMPOSTO
C,akolarela percenaraleín pesod4lí elementidel compostoCtHtN.
) t5' 12(C ) + 5.1(H )+ 14.l (N) l um a=79um a.
P M (C rH rN =
Per calcolarela percentualein peso di ciascunelementobisogna impostaree risolvereIe seguemiproporzioni:
5 . 12 t'79 = x: 1OO x =75,90/opercenùaledi C nel composto
5'1r 79 -x:100
x = 6,30/op€rcentuale
di H nel composto
14.1 :79 = x:100
x =17,8% percentuale
di N nel composto
l-J
3.5. CATCOTODEI,I.A
FORMUTA
MINIMAE
DETTA
FORMUTA
MOI-ECOIARE
DI UN COMPOSTO
Per calcolare la formula minlrna di un composto che alÌ,anaIisi chimica ha dato le segueoti percentualj:
C = 40,00/0,
O=
53,290/0,
si procede nel segùente modo: in 100 g di campione ci saranno:
40,0 g di c,
6,71 g di H,
53,29 g dt o
. si calcola il numero di moli:
moli di C = 4O,O/12,0= 3,33
moli di H = 6,77/1,01= 6,64
moli di O = 53,29/16,0 = 3,33
. si calcola il îapporto tra le moli:
3,33/3,33=1
6,64/3,33=2
3,33/3,33=1
. i rispettivi nume.i diventano gli indici nella formula minima:
CH,O,
Per dcavare Ia formula molecolare
è necessario seguire il
seguente procedimento:
. si calcola la massa (o peso) molecolare della formula minima:
PM (CH,O) = 12+2+16 = 30
. si calcola il rapporto tra il peso molecolare effeftìvo determinato speîimentaÌmenre (supponiamo 180) e quello minimo:
180/30 = 6;
. si moltiplica il valore ottenùro per gli indici della formula
minima; la formula molecolare diventa: C6HrzO6.
N.B. Vi sono due modi di leggere una formula..4d esempio la
formula dell'acqua HrO può essere letta:
r 1 molecola di acqua contiene due aromi di H ed uno di O;
r 1 mole di acqua cooriene due moli di H (2g) ed una mole di
o (16s).
4. STATI
DI AGGREGAZIONE
DELTA
MATERIA aa a
aaa{arl a
a a aa a aaaaaaaaa
Gli 94ti di aggregazione, o stqti ftsi.i, ín cui La matería sí preerrra soflo: lo staro solido, lo stato liquldo, lo stato gassoso(o
erifonne) e lo stato di plasns Gas tonizzato o tempet^ture eleúissime).
STATOGASSOSO
{1. STAIOCASSOSO
Carateristiche:
elevato grado di disondine delle panicelle
(atomi o molecole) che sono libere di muoversi nello spazio a
bro disposizione; assumono la forma ed il volume del recipienE che li contiene. Condiziolrt
standafd: un gas si Íova in tali
condizioni quando: P - 101325 Pa = latm e T = 273 K = O.C.
tba mole di qualunque gas in condizioni sandand occupa s€mpre
kr sesso volume, definito volume molare = 22,414 lim o <kt13.
lr.S. G4t sostanza gassosa a temperatum arnbierrte; oalnre: sato
2eriforme di sosanze solido o liquide a temperatur:r ambiente.
..2. GAS IDEAI.I- TEGGIDEIGAS IDEATI
I gas tdealt sono modelli a cui è possibileapplicarealcune
teggt e di cui è possibileprevedere
il comportamento.
Un gas
è consideratoideale quando possiedei seguemirequisiti:
. le parficelle sono puntiformi e dLtt.lnziate ed íl loro uolu.meè
truscurubile ríspettoagli spazi interposti;
. leparîicelle sono indipendenîi e non risentono diforze attrattire o repúkiùe;
. gli ut'ti sono elasticí, cioè la quantítà di motopossedutadalle
p4r'tice e pnna e dopo l'ut'to irn tne inaaríata (qúantità di
noto q= mu, doue m è la massadella paúícella e u la sua uelocità).
I€ leggi dei gas esprimono la variazione reciprocadi alcuni paraÍietri: T = temperatura(K), V = volume, P = pressione,n = moli.
LÌGGE DI BOYLE (ISOTERMA, T=costante): per un gas a T
costante,P e V sono inversamentepropofzionali,cioè al cresceredi P diminuisceV e viceversa.
. PV = cost (a T costante)
Cas ìn condizioni 1:
Gas in condizioni 2:
pressione = Pr,
pressiooe = Pr,
15
volume = Vr
volume = V?
LrGGE DI CIIARLES (ISOBARA, P-costame): a p cosranreil V
occupatoda un gasè direttamenteproporzionalealla suaT, cioè
al crcscere della temperatura aumenta il volume e viceversa.
. V/T = cost (a P costante)
.Y t / \ =
Yzfîz
Gas in condizioni 1: volume - Vr,
temperatura= T1
Gas in condizioni 2: volume - Vr,
temperatura- T,
LEGGE DI GAY-LUSSAC(ISOCORA,V=costante):a V cosranre,
la P esercitatada un gas è direttamenteproporzionalealla sua
I cioè al cresceredella pressioneaumentala temperaturae
viceversa.
. P/T = cost (a V cosraote)
. Pr /Tr = Pz/Tz
Cas in condizioni 1: volume = Pr,
temperatura= Tì
Gas in condizioni 2: volume = pr,
temperatuîa= T,
EQUAZIONE DI STATODEI GAS: indica il variare di p. T. V di
un gas ideale in funzione del mrmero di moli (n).
.P V = nRT
R= costaxteuniueìsaledei gas = 0,082(/. armlmol .K)
4.3. I.EGGEDI DAIION DELIEPRESSIONI
PARZIATI
Ia pressionetotale in un recipienteè la sommadelle pressioni
parzialidei gascootenutinel recipienteslesso.Lapressione
parziale di ún gas è la pressioneche questo eserciterebbesulle
pareti del recipientein cui fossecontenutoda solo.
.P r o= pr + pr + . , . + p n
P', pr... p. sono le prcssioniparziali dei gas l, 2... n
. ( pr + pr + . . . + pJ V = (n r + n , + ...+ n n )R T
V - volume occupatodalla miscelagassosa
nr + n2 +...+ ni = moli dei singoli componenti
4.4. IEGGEDEttECOMB|NAZ|ON|
TRAcAS (cay_tussac)
A una data P e T i volumi di due gasche si combinanostanno
tra loro in un rapporto esprimibilecon numeri interi e semplici, e se il prodotto onenutodalle reazioniè un gas,ancheil suo
volume sta in rapporto con i volumi dei gas reagentisecondo
numeri interi e semDlici.
It)
PRINCIPIO DI AVOGADRO
'I5.
\blumi uguali di gas diversi,nelle stessecondizioni di tempelruri e pressione,contengonolo stessonumero di molecole.
1ó, DIFFUSIONE
E TEGEEDI GRAHAM (EFFUSIONE)
L^ diÍÍusione è la dispersione casuale delle molecole di un gas
dl'ambiente e varia da gasa gas.L'effusione è il passaggiodi
ln gas attraverso un piccolo foro. Le velocità relative a cui due
lrq nelle stessecondizioni di T e B passeranno aftraverso un
lttolo foro, variano in misura inversamenteproporzionale alla
radi:e quadrata delle loro massemolecolari (legge dt Graharn).
u.E
,.\ e u, sono fispettíuanelxte le aelocità del g6s 1 e del 84.s2,
,r\ e m2sono le tu^sse molecolai rispetliuamente del gas 1 e
del gas 2.
(7. TEGGEDI HENRY
h solubilità di un gas aumentaquaodo aumentaIa pressione
prziale del gas e diminuiscequando la pressioneparzialedel
!.s diminuisce.
{I. GAS REAI.I
le panicelledei gas reali,rispeuoa quelle de:tgasideall banno
.n wlume non trascurabile ispetto a quello del recipíente cbe
E contíene e present.tno interazioni reciprocbe. Il comporuGnto di un gasrealesi arvicina a quello idealesolo se si trova
Gltemporaneamente in condizioni di elevata temperatuÉ e
lo"sa pressione.Nel caso di un 8as reale l'equazionedi stato
riene modficata cor't l'equazione dí Van det waah
.(P + a!1' z)(v-nb)= nR T
Fimo termine del primo membro dell'equazione= P reale per
fmterazione tra le particelle
termine = V reale perchéle molecoledi un gas reale
-coodoun V prop o. I terminiaebsonocostanti ebè chiahanno
@lo couolume.
1',7
STATOLIQUIDO
4.9.STATO
UAUTDO
Caratt€dsdch€: le panicelle del liquido sono libere di scivolarele
une sulle altre; i liquidi hanno volume proprio, ma a$sumonola
forma del recipienteche li contiene,hanno densitàmediae un ordine delle particelleminore rispetto ai solidi; sono incomprimibili.
Forze dl co€slone sono le forze che si esercitanotra le particelle della stessanatura. Forze dl ad€slone sono le forze che si
esercitanotra le panicelle di natura diversa (ad es. tra il liquido
e Ie pareti del contenitore). Un liquido contenuto in un rubo ha:
. tneníscocon la concauità riùolta ue6o I'alto se l^ fona di adesìone tra liquido e pareti prevale ed il liquido bagnale pareti (acqua);
. tnenisco con la concouità riLaba tE6o il bassose la fotza dl
coesionetra le panicelledel liquido prevaleed il liquido non
bagna le pareti (mercurio).
4.I0. EQUITIBRIO
DI VAPOREE TENSIONEDI VAPORE
Se si scalda un liquido, la velocirà delle panicelle aumenta
(aurnent ] la loro enelgia cínetica) ed alcune panicelìe riescooo
a vincere le foize di coesiorie e abbandonare la suoerficie del
liquido. formandoil vapore.Se il liquido si trovaiî !î cont"fiitore cbiuso, la particella sfuggita può collidere di nuovo con la
superfìciedel liqùido e ritornarea far pane del liquido stesso:si
stabilisce un equilibrio dînaníco quando il numero delle molecole che tomano aìla superficiedel Iiquido è pari al numero di
quelle che lo abbandonano.Quando urìa sostanzaè in equilibrio
con il suo vapore,si dice che la fasegassosadel sistemaè satrmta con il talnre di quella sosranza.In tali condizioni, la Dres_
sioneesercitata
dal vaporesul suo liquido è chiamarapressione
o tefrslone dl vapore e si misura in atmosfere. La fensione di
vapore dipende dalla naturc del liquido e dalla temperatura.
Ilollizloner
un liquido sottoposto a riscaldamento bolle quanó l'energia cinetica delle sue particelle è tale da vincere Ie
ftae che Io tengono in questafase.Ciò è possibilequando la
rcbne di vapore del liquido è uguale alla pressioneesterna.
f'cbollizione coinvolge I'intera massaliquida.
I pÙnto di ebollizione è direttamente proporzionale alla presix|e atmosferica: aumenta quando la pressione atmosferica
aDenta e viceversa.L'acquabolle a 100"Cal livello del mare
(Ir6sione di I atm), mentre in alta montagna, dove la pressioÉ è più bassa,bolle a temperatureinferiori.
lcoodensazlone: raffreddando un vapore, I'energia cinetica
dle panicelle diminuiscee queste,awicìnandosi le une alle
&e, dsentono delle forze di coesione.Si ottiene cosi il paslle€io da vapore a liquido, o condensazione.Il punto di ebolbbrle di un liquido è anche il punto di condensazione del
r4pre del liquido stesso.
{I2. PROPRIEÎÀDEI TIQUIDI
vofd ità: un liquido che bolle a basse temperature, evapora
r.filamente ed ha elevata pressione di vapore è detto volatile
(.kol); viceversaun liquido è definito non volatile.
tÈocttà: un liquido viscosoè costituitoda particelleche non
bùio tendenzaa scorere facìlmentele une sulle altle (lubrifimi), a differenzadi quanto capita in ùn liquido non viscoso
o fluido (acerone).
klsione
sup€rficiale: è una forza che agiscelungo la superftie di separazione del liquido dzl mezzo con cui è in contate la sùperficiedi un liquido forma una speciedi pellicola elarb prodotta dalla coesionetra le molecole.
è il fenomeno per il quale i liquidi che si trovano
'--frl.rttà:
ir ntbi molto piccoli (capillari)tendonoa risalirelungo il tubo
I czusadella coesionetra Ie molecoledel liquido e l'adesione
t il liquido e le pareti del tubo capillare.
4.TI. EVAPORAZIONE,
EEOLTIZIONE,
CONDENSAZIONE
Evaporazione I'evaporazione è il passaggio dallo stato liqui_
do allo suto gassosoche awiene a temperatureinfedori a quella di ebollizione.Riguardasolo le particelledella superficielibe_
ra del liquido. L'evaporazione
di un liquido comporrauna dìminuzione della sua temperatura(ad esempio le goccioline di
sudoreevaporandoabbassanola temperaturadella pelle).
..l3. STATOSOUDO
Cratterlstlcher le forze di coesione tm le particelle sono più
irerise rispenoai liquidi, il movimentodelle panicelleè limitaD .d oscillazionirispettoad un punto detto nodo, sono incomFimibili. manrengonoforma e volume propri.
18
19
sfATosollDo
I solidl cristalllrú
hanno forma geometrica ben definita che
riflette I'ordine interno con cuì sono disposte le panicelle. Il
rie(cq\sq<trt*Ltiss{lqSs-ssSr,.s.s.dslss<sss_1s\iss-\S\=sstsì)
disposte le parricelle del solido (aromi, molecole. ioni) e che si
ripete nelle tre dìmensioni dello spazio; la cella elementare è
I'unità minima del reticolo che ripetendosi dà luogo al cristallo;
gli elemeîti
di simmetria
sono 1l piano di simmeffiq (pjaîo
ideale che divide il crisralJo ìn due parti specularmente ùguali),
I'assedi sinrnetia Getta ideale iîtorno alla quale, facendo nrotare il cristallo di 360", si rivede la faccia di panenza o una ad
essa equiralente). ,l centro di simmctia rpunto iderle interno
al cristallo equidistante da due facce opposte e parallele); la
somma di tutti gli elementi di simmet a sosdtuisce il grado di
slmmetrla del cristallo.
I solidi amorfi senza struttura cristallina ordinara (vetro) sono
da considerarsi in realtà dei liquidi ad alta vìscosità.
4.'|4.TtPtDt SOUDI
Ionici (es. cloruro di sodio): le posizioni del rericolo sono
occupate da ioni positivi o negativi tenuti insieme da foni leqami di ripo eletrrostaricorlegami ionici). Hanno ele\alj punti di
túsione, sono solubili in solventi polari come I'acqua ed allo
stato fuso sono buoni condùttori elettrici.
Covalenti (es. diamante): le particelle del solido sono tenule
unite da forti legami covalenti, doruti alla condivisione di elettroni, e formano reticoli tridimensionali continui. Hanno elevati
punti di fusione, elevata dr.rrezza e non sono buoni conduttoîi.
Molecolad (es. naftalina, acqua): le molecole del reticolo sono
tenute insieme da legami pìuttosto deboli (forze di Van der
Vaals, legami a idrogeno ecc.). Hanno bassi punti di fusione,
scarsa durezza, sono catîivi conduttori, alcuni sublimano con
facìlìtà.
Metallici (es. ferro): ì .eticoli sono costituiti da ioni positivi cìr_
condati da una nube di eleftroni delocalizz^tl, cioè libe
di
muoversi con facilità (legame metallico). Sono buoni condutto_
ri di elettricità e calore.
Per la descrizione dei vari tipi di legami nominati nel paragrafo
vedi il capirolo 6.
20
5. LA SIRUTTURA
ATOMICA
aaaaaaaaaaoaaaaaataaa
L'aomo è la più piccol.a entità d.í un elemento cbe ne conserua
b carcttertsticbe e che non può essere ulterioftnente suddiuíso
@, ,nezzi cbímici. Il termine atomo nel senso di indivisibile è
drimicamente valido, ma fisicamente è un termine improprio.
Latomo è formato da parricelle subatomichel
(particella carica negativamente di massa 9,109 10-3t
&trone
kg- roperta da Thomson nel 1897)
(panicella carica posirivamente di massa 1,673 1017 kg)
lrotoae
(particella neutra di massa 1,675.10-,7kg, scoperta da
Èùtione
Chadwich nel 1932).
Protoni e neutroni sono localizzati nel nucleo e costintiscono i
atcleoni; gli elettroni si ffovaîo all'esrerno del nucleo e sono
f€sentì in qlrantità pari ai protoîi, in modo da fomare un'entità
detrricamente neutra (l'atomo). Ogni atomo è caîatteizz to da
. Irumero atomico (Z): numero di protoni di un atomo (e
quindi di elettroni se I'atomo è neutro) (tabella pag. 87);
. úuúero
di Írassa (A): numero di protoni + numefo di neuI'oni. A-Z = numero di neutroni.
L:r atomo mppresentato con il suo simbolo preceduto dal valore
nfneîico di A e Z è detto nucllde: per un generico elememo X
Isotopl atomi dello stesso elemento che hanno lo stesso numero atomico, ma diveBo numero di massa (diverso numero di
oeuttoni). Ad es. per l'idrogeno esistono tIe isoropi: rH (nessun
reutrone), ?H (deuterio, 1 neutrone), iH (tdzio, 2 neutroni).
5.I. TEGGIPONDERAII
DETTA
CHIMICA
r legge della conservazione della Dassa (Lavoisier): in una
trasformazionechimicala sommadelle massedelle sostanze
reagentiè ugualea quella delle sostanzeprodotte.
r legge delle proporzloni definite e costantl (Proust): in ùn
composto, gli elenÌenti che lo costituisconosono sempre
combinati nelle sressepropozioni di massa.
r Legge delle proporzioni tnultlple (Dalton): se due ele,
menri formanopiù di un composto,le differenti massedi uno
che si combinanocon la stessamassadell'altro stannotra di
loro in rapporto esprimibilecon numeri piccoli interi.
2I
I
5.2. MODELU ATOMTCT
Teoria atorDlca di Dalton (1808) = in base alle leggi ponderali ed a verifiche sperimentali, Dalton fu il primo a fornire una
teoria atomica: . la mateîia è costituita da particelle indivisibili
chiamate atomi . gli atomi di elementi diversi hanno masse
diverse . gli atomi si combinano fra loro secondo numeii interi per fomare diversi composti.
(1898): l'atomo è una sfera
di Thomson
Modello atofllco
omogenea carica di elettricilà posiaiva compensata dalla presenza di elettroni distribùiti ìn maniera uniforme e senza una
disposizione spaziale particoìare.
Modello atoiúico dl Rutherford (1911, modello elaborato grazie ad un famoso espe mento che irradiava con particelle alfa
una lamina d'oro e ne valutava gli effetti su uno schermo fluorescente): l'atomo è costituito per la maggior parte da spazio vuoto
co[ !t\ rtucleo centrole coríeÍeîte protoni e la quasi totalirì della
massa; il nucleo è circoîd^to da elettroni distribuiti in orbite simili a quelle dei pianen (nodello planetarío). Liflfe: gli elettroni in
movimento awebbero donrto emettere energia e "dcadele" sul
nucleo.
Modeuo atomico di Bohr (1913): l'eletffone si muove su oîbite circolari concentriche e ciascuna orbiîa è cara(erizzala d^ D^
contenuto di energia: finchè l'elettrone rimane nel proprio livelÌo eneîgetico non emette eîergia (orbíte stazionaîie)t iî un
atomo eccitato (cioè a cui è stata sornminisùata energia) l'elet'
trone salta ad un'orbita superiore più energetica e quando ritorna allo stato iniziale riemette I'energia assunta sotto forma di
radi^zioîe (la cui frequenza è caratte.istica per ogni atomo); la
quantia di energia (E) emessa nel passaggio di ùn elettrone da
un orbita ad un'altra non è continua, ma sotto forma di unità
alla frequenza
discrete chiamate quanti. (E) è propoúionale
della radiazione emessa (v) secondo la relazione: E=hv (h:
costanre di Planck = 0,66 . t6::1 s).
ogni orbita appartiene quindi ad un dato liL)ello energetíco, LAdividuato da un numero progressivo 1. 2, 3,... (nurnelo quanti.o
principale) .
II modello di Bohr era inadeguato per interpretare alcuni dati sperimentali riferiti ad atomi con un numero di elettroni > 1. Negli
anni successivi al modello di Bohr gli studi di meccanica ondulatoda contribuirono alla modema teoria sulla struttura dell'atomo
che sostituisce il conceno di orbita con quello di orbitale.
22
(f,e
di orbitale I'elettrone, come nrtte le particelle, presenE rE duplice natura: è allo stessotempo un'onda ed una paniú,
<Ib Broglíe). Non è possibile conoscere contemporaneaE
la posizione e la velocità dell'elettrone (princípio di indeú-irúzione
di Heíseflóerg).Quindi non si può defniJe l'orbita
I rn demone intomo al nucleo, ma solo prevederela probab!
E dÉ ha un elettone di trovarsi in una deteîminata posizione
É?rdo
un'equazione rrlatematica formulata da Scbrodinger.
L'rùlzle o nube elettronlca è I'insieme dei punti in cui è più
úlile
trovare I'elettrooe. Ci sono quaîtro tipi di orbitale che
&lscsro
per forma ed energia possedute:s, p, d, t ordinati
edo
I'energiacrescenrealÌ'intemo del livello enefgetico. Esic ur solo tipo di orbitale s che ha nube elettronicadi forma sfe€sitono tre orbitzli p isoenergetici con nube elett onica a
fu
di due lobi; esistono 5 orbitali d isoenergeticie sette orbi-:È
ú Jf iseîergetici di forma complessa. L'insieme degli orbitali
gesso tipo, ad esempio 3A rappresentaun sottolivello
&
G8edco
Gli orbitali aventi la sîessafoîma, isoenergeticie che
Sedrono
solo nella direzione, sono detti degeneri. c,ias('Jî
-+r-re può contenere al rrrassimo due elettronl Magglor€
è le dis*aoza dal nudeo, rnaggiore è l3energia di un orbltale.
n[c
I
w
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-91€* #,
I
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(;
I
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e
11
@wew$
TISIRIBUZIONE
DEGTIEIEÎIRONINEGTIORBITATI
5.3.NUMERT
aUANTTCI
Numero quaîrtlco principale (z): rappresenta il liuello energeticodell'elettrone(energiapotenzialeassociataad una deîerminataposizionedell'elettronenell'atomo);può assumerevalori interi positivi: 1,2, 3, 4...; naggroreè a maggioreè la dimensione della nube eleftronica,Ia distanzadal nucleo e I'energia.
atomico di un elemento indica il numero di elet-o d. sistemare nei vari livelli e sottolivelli eneqetici.
riempimento degli orbitali viene effettuato teneol=s€rite i seguenti cflteri:
orbitale può essere occupato ol rnassintoda due elettroIqbitale s è riempiîo al massimo con due elettroni, i tre
(2
- fuma p con 6 iD &, 2 ii t'y, 2 iî p) i cinque di forma d
@
lO
e i settedi formajfcon 14;
& eletuoni nello stessoorbitale hanno spin opposto (pnr?qb dí dclltsíone di Paulù;
tl d€rîroni che îiempiono gli orbìtali P, d,.,{ occupano primallloú riempiendoliparzialmentee con spin parallelo,
ldi
Fi b completano disponendosi con spin opposto (pnncipio
&
rnassimatnobeplicùà di Hund);
doroni
occupanopdma gli orbitali del livello e sonolif
ú
eriergetico a più bassocontenuto di energia (più victlt\o
I drdeo). Il riempimento dei sonolivelli non awiene in
do
regolareal cresceredel numero quanticoprìncipale:ad
Ét'Fio
gli orbitali 4s si riempiono ptima dei 3tl.
Qti
Nunero qu4nùco s€condarlo (D: indica il tipo di orbirale o sor
presentein uî livello energetico;può a-ssumere
tolitE o (s,p,4l
valo'j &z Oa n - 1; ìl numero di sottolivelli è pari al valore di a
Numero quafrtlco magnetico (rz): indica l'orlentamento degli
orbitali che possono coesisterein un sottolivello; ad es. i tre
orbitalip sono orientatisecondogli assicartesianie formano gli
orbitali isoenergeticip*, py, p,; può assumerevalori interi da ,,/
a +l compresolo zero.
Numero quantico di spln (s): indica il senso di rorazione dell'elenrone intorno al proprio asse:+rh oraÍio, )h anfloîa:io.
Due elettroni possono coesisterenello stessoorbitale solo se
hanno spin opposti (p ncipio di esclusionedi Pauli).
.4fu
Nunel.i qúantki e orbitali
Numero quantico
nlm
fi
7s
100
2 00
1
4
N" toîale elettroni
É
2
75
+1,o, -1
300
1
2
OrbíIali
3p
de a diagonale consente di conoscere la sequenza di
deglí orbítali nella naggior parte degli atofii:
8
t
7s
+1, 0, _1
+2, + 1, O , - 1, 1
00
+ 1 , 0 , -1
1
+2, +1, O,-7, *2
2
3 +3, +2, +7,O,-1, -2, -3
3p
18
)a
ls
3p
5d
7Í
?5
l,a conflgrúaziotre el€ttronica di un atomo descrive la
sizionedegli eleftroni negli orbitali. Esempi:
. Ht Z - | - un solo elettronesistematonel orbitales del
livello energetico.Configurazioneelettronica:1s'
c Ot Z - 8 - 8 elettroni sistematinegli orbitali 1s (2) 2s (2),
(4): 11 2f 2Pa
. Sc: Z=27: 1f 21 2f 3i 3f 4( 3d
RappresentazionedelLt confiSurazlone elatroni.a coî
di quadratiniper rappresentaregli orbitali e di frecce per
pfesentare gli eleftfoni:
E E lilllTî-l
K
2e
IIYEIO ESTERNO
O DI VATENZA
.rr$glm'ione
fqm2to
cioe i più esrerni. Per I'ossigeno il livello estemo è
ù, 2f 2py'con 6 elettroni. Gli elettîoní appartenenri al
fiì esremo sono detti elenroni di ualen . Sono impor-
!E*,
l-îTIîJTl
piùsrabiled,
delLa sequenza di riempirkento degli orbitali:
elettrontct a punti (di I-es'ls): evidenzianogli elerlivello più estemo inromo al simbolo dell'elemenro:
degll elementl sl ripetono ln oodo pedodico:
ao
G
lri
a mano che il numero atomico aumenta. alcune Dro-
aumentanoo diminuisconocon regolaritàper poi pefEiodicamente;
diversi, ma con lo stessonumero di elettroni nell'uhi-
D fgdlo energetico hanno lo stesso comportamento chimio fEdÉ
sono proprio questi elettroni di valenza che interlrgmo
nelle reazioni chimiche.
periodtca, che raggruppa gli elemenri seguendo il
hL
'dtrtrtrDn 4/trtrtrtrtrtrtr
6sa
5ptr!tr
4dtrtroEE
5str
4púttú
3dotrDúú
4str
3pltatl
3str
2pDtttl
numefo atomico clescehîe, è costituita da:
orizzontali ogni periodo è caratterizzato da elecon il medesimonumero quantico principale mag-ni
Éte (periodo 1: z del livello esterno= 1, periodo 2: z del
Hlo esterno= 2, ecc.);
3rqpi ventcalt car^tterizz Í da elementi con lo stesso
reero di elettroni nel livello pìù eslerno e con simili pîoFiJà chimiche.Nel I gruppo si collocanogli elemenricon
I clúone nel sonolivellos più esterno,nel II gruppo quelI corr 2 eletrroni, e così via fino all'ottavo gruppo che ha
.rr$gurazione elettronica esterna .ff .
ú gtup[Ìi A della tavolaperiodicacomprendonoelementi
cùìfigurazione esternainteressagli orbitali di tipo s o p.
&rentí dí transíziazecomprendonoelementila cui confie$ema interessagli orbitali d
alla tavolasono dispostigli elementicon elettrooftirali 4Í(sene d.eílantanidù e ,Í(seri.e d.egliattinidù.
tcrbdi
oP! úf i
1str
d
M
7s!
2str
dererminare le Droorietà chimiche di un elemento.
IA IAYOI.A PERTODICA
Le frecce t J indicano che gli elenroni Presentinello stessoorb!
tale hannospin opposto.Per il principiodella massimamolteplicità, gli eleftroni del sonolivello p occupano il numero massimo
di oúitali possibiliper ottenereuna maggiorestabilità,per cui:
Diagramnta
d
OSSIGENO
2p4
@
elettronica di un elemento il livello estemo
dagli orbitali con il numero quantico principale
periodica riporîa anche eleme i onenuù anificialmente.
didi"ioni
ambiente la maggior pane degli elementi sono
27
solidi, due sono liquidi Oromo e mercurio), pochi sono
in
forma gassosa.
Denominazione di alcuni gruppi:
lA metalli alc.tltni; IIA: metalli alcalino_terrosi; WAi calcogení;
'flIÀt alogeni., I/IllAt gas rcri o nobilí.
5.7. PROPRIETAPERIODICHE
Volume atofiùco e fagglo atoúico:
aumentano col numero
atomìco, quindi procedendo lungo un gruppo aumentano
dall'alto verso il basso; procedendo ìn un periodo, poiché all,au_
mentare degli eletroni aumenta anche il numero di protoni
che
esercitanoun artrazionesugli eletrroniesrerni,il valoie del volume e del raggio atomico decrescono da sinistra verso destra.
Energta dl lonlzzazlonei
è I'energia che si deve fornire ad un
atomo neutro gassoso per strappargli un elettrone e farlo diventare ione positivo; indica la tendenza di un atomo a
Derdere
elefironii A + energia r A.+ e-.
In ùn gruppo decresce dall,alro verso il basso, jn un periodo
aumena da sinistra verso destra.
Affirftà
elettronlca:
è l,energia ceduta quando un atomo
acquisra un elettrone e divenra ione negarivo; indìca la tenden_
za di un atomo ad acquistare elettfoni: A + e- + A- + energia_
In un gruppo decresce dallaho verso il basso, in un periodo
aumenra da sinis(ra verso destra.
Elettronegatlvltà:
è la capacità di un atomo di attraÍe qli elet_
troni in un legamel in un gruppo decresce dall.alro verso
il
basso, in un periodo aùmenta da sìnistra velso destra. L,atomo
più elettronegaaivo è il fluoro (valore 4), quello meno
elenro_
negativo è il francio (valore 0,7).
Metalll e non metalll: una ljnea sryzzafa separa sulla
tavola
periodica gli elementi con carafterisriche meralliche da quelli
con caratteristiche non metalliche. Gli elememi a cavallo di
oue_
sra linea spezzata presenlaoo proprietà semimetalliche.
In generale il caranere metallico diminuisce nella ravola peri_
dodica da sinistra a destra ed aumenta dall'alto l.erso il basso.
Le plopietà
metallicbe sorro essenzialmenre: lucenrezza, con_
ducibilità rermica ed eletr.ica, malleabilità, dunilità _ lf propdetà
non metallicbe sono essenzialme e: opacità. capacirà isolante.
I metalfi hanno basse energie di ionizzaziooe. bassa affinità
elemonica, bassa elettronegatività. Viceversa r non meralli.
ó . IL EGAM IC H IMIC I
aaaaaaaaaaraaaaoaa
In natu.a sono rari gli elementi che esistono allo stato di atoúi
isolati: sono quelli appanenenti all'onavo gruppo (gas toblÙ.
scaGamentereattivi e con configurazione elettronica estema del
tipo .t'f(eccefto l'elio che ha solo il sottolivello s). la prenza
di otto elettroni nel litEllo ener4etícopiù et erno confeîisce 4A'atomo stabilità e inetzía cbirnka (tqol^ dellottelto).
G. nobile Confrgurazíane elettronica
7C
EIio
Neon
11 2Í2f
Algo
É 2f 2f 3r'z3dt
11 21 2f 31 3f 3d" 4fit
crípto
lf 21 2f 31 3f 3da 4f 4f 4d'o5ÉlÉ
xeno
11 21 2f 3f 3f 3d'o4e 4f 4do4f15f 5f 5do 6i&t
Radon
Gli atomi che non hanno tale configurazione tendono a raggiunge a per avere maggiore stabilità, cioè tendono ad avere
ono elettîoni nel livello più estemo, unendosi ad atomi della
stessaspecie (Îotmano elenentù o di specie diversa (fo.rnano
conqnstù n,edi^rlte legami chimici.
) Gli atomi dei metalli (1, II, lll gruppo) tendono a perdere
rispettivamente 1, 2, 3 elettroni Per raggiungere la configurazionedel gas nobile che li precede.
) Gli atomi di non metalli Cr', !'I, \'II gruppo) îendono ad
acquistarerispenivamente3, 2, 1 elettroni per raggiungere
la configurazione elettronica del gas nobile che li segue.
Il legame chtmtco è I'atrazione che si stabiliscetra gli atomi: Le
fona con cui tale atÍazione si manifestaè dera forza di lqane.
fenergta dt lega.úe è I'energia liberata al momento della formazione di un legame, ossia I'energia che bisogna fomire Per
romperlo. Ia lunghezza dl legane è la distanza che inrcrco.re
tra i due atomi: il suo valore, determinato sperimentalmente.è
espressoin Àngstrom (1frì0m), come le dimensioni atomiche.
Il ttpo di legame dipende dall'eleftonegatività degli atomi:
1.quando la dtffetenzadi elenronegativitàfra atomi è elesat2
(>1,9) gli elenroni si trasferisconoda un atomo ad uo altto.
dando fuogo vn leEameíonico
^d
2.quando la diffe.enzadi elettronegativitàfra atomi è nulla c
pi.cola(<1,9)gli elcllronisono mesii in companeciPJzro
ln legamecou.lle1úe
tra gli atomi, dando luogo
^d
ó.I. TIPIDI TEGAME
Legame lonico: si forma t€ atomi coo elettronegatività molto
diversa; vi è trasferimento di elemoni da un atomo, che diventa
ione positivo, ad un altro atomo, che diventa ione negativo. Tra
i due ioni opposti sì esercifa !îa ÍoÉa eletîrostatica (dl attrazione fra cariche opposte) che li unisce. Questo tipo di legame si
instaura ra atomi aventi gli uni bassa energia di ionizzazione, gli
aliri elevata affìnità elettronica. Dà luogo a compostí ianù:i so]||'bili in acqua e non a vere e propîie molecole. Esempio: . atomo
con bassa energia dr ionizz^ziore: Na; ha un elettrone nel livello energetico più estemo; corìsegue l'oftetro se: Na -1eNa'
. atomo con elevata affinità elenronica: Cl; ha sene elenroni
nel
livello energetico più estemo; consegue I'oftetto se: Cl +1eCf. L'elettone più esterno di Na si trasferiscea Cl, si formano gli
ioni Na* e Cl- e il legame ionico: Na.+ClNa*Cl- (composto
ionico).
IÉgame covalente: si forma tr-aatomi con elettronegatività uguale o simile; il raggiungimento dell'ottetto è ottenuto mediante cozdíùísione di eleîtroní. Gli eletúoni condivisi oon appanengono più
ad un singolo atomo, ma ad entrambi gli aromi coinvolti nel legame e sono aftratti da enîîambi i nuclei. Se Ia condivisiooe coinvolge due elemoni (..) si oniene un lqame singolo (-), * tnteressa due o tre coppie di elenroni, si ottieîe úî lqame doppio (-)
o triplo (a). Gli aromì uniti con legami covalenti danno origine a
vere e proprie molecole. ll legame covalente può essere:
. puro, q!^îdo interessa atomi con uguale elerEonegativirà
. polare, qú ndo interessa aromi con differenre elettronegatività
. I.egaflre covalefrte pufo o omopolar€:
esempi.
Il cloro ha conffgurazione estema .t'f; il raggiungimento dell'otteno si ottiene mediante la condivisione di una coDDia di
elettronl:
,91.
..ij,-,-.i-il: cr_cr
L'atomo di azoto ha configurazione estema ff; il raggiungimento dell'ottetto si ottiene mediante la condivisione di tre coppie di elettroni con formazionedi un triplo legame:
:N. + , N: + : Ni iNI
30
N- N
. I€gam€ covalelt€
polare: nelle molecole biaÎomiche cdr
tenenti atomi con diversa elettronegatività (ad es HF, acid
fluoridrico), I'atomo più elettronegativo (oel caso di HF è i
fluoro F) attrae gli elettroni di legame più energicamente del
I'altro; la molecola che si forrna presenta una Parziale cari'c
negativa (ò-) vicino all'atomo con più elevata elettronegatiil
ed una parziale carica positiva (ò') vicino all'altro: si forma ur
dipoto, cioè una molecòla polare con distribuzione di c?tic
asimmetrica:
ò' òH_F
Nelle molecole poliatomiche dipende dalla geometria delÌ
molecola poiché essa è polare solo se i centri delle cariche p6i
tive noo coincidono con quelli delle cariche negadve. Ad es. I
molecola dell'acqua risulta polare perché i suoi due legami co!?
lenti polari &o - H6'formano un angolo di 104,5'e in td rrrod
i cenbi delle due cariche positive degli atomi di H sono sepaia
bili dalla parziale carica negativa localizzata sull'atomo di o:
ò-
o
Hò-H
Irgame covalente datlvo: si ha quando i due elettroni che fol
mano il legame covalente provengono entrambi da uno dei du
(.lonatore)\ si rappresenta con una freccia che dall atom
^tofii
donatole si dirige verso I'acceftore:
H
I
H - N T +H '
I
H
Ammoniaca
r-}t-\
llì+
l " -l-' l
!H -' /
lone ammonio
i metalli mettono in comune gli eleEror
I€game metalllco:
disaccoppiad dei loro atomi formando una nube comPana: r
deriva una stmttura cafttterizzata da un reticolo cristallino fo
mato da ioni positivi immersi in una nube di elettroni. Gli el€
troni sono molto mo61li (conducibilítò del metallo) e nella înt
gli ioni possono scorrere I'uno sull'altro (malleabílílò e duttili
del metallo''t.
Legaqre a ldfogefro: si forrna Ía H e elementi di atomi molto
elettronegativi (O, F, N) di molecole vicine; è di natura elettrostaticr ed è un legame debole; è rcsponsabile delle proprietà fuiche
delle molecole che lo manifestano: punti di ebollizione e fusione
elevati; si rappresenta con urìa linea tratreggiata. Esempio: le molecole dell'acqua sono cantteÀzzate da \tîa parziale carica negativa
vicino all'ossigeno ed ]'j/rltaparziale ca'jca positiva vicino agli idrogeni: le molecole vicine risentono della reciproca atùazione Ía
cariche parziali di segno opposto ed ogni molecola di acqua
instaura dei legami a idrogeno con altre quattro molecole vìcine:
ó.3.GEOMETRIA
MOIECOIARE
Doppiettodi legame coppia di elettroni coinvolta nel legarrr
Dwietto libera coppia di elettroni che non panecipa al lega
Forma geoaetrica o sttuttur.t delle nolecole. dipende da:
t numero di doppietti di elettroni presentinel livelÌo più es€
) repulsione reciproca trz! doppietti elettronici; le coppit
elettroni si dispongono in modo che le forze di repulsi
siano ridotte al minimo:
requkíone frq
dòppieni liberí
aì
-,.-\
repulsíorcln
> doppíefli di lqa
Geometria delle molecole:
. 2 doppietti di legame
disposizione llneare
-
tt
'..
reDuhionefra
> dofpieno libero e
doqqletb di legane
legame id.ogedo
angolo di legame I
ó.2. IEGAMI SIGMA (o) E Pl GRECO (r)
Quando un orbitale di un atomo si sovnppone ad un ortritale di
un altro atomo, si forma un legame cor€lente. Il ttpo dt legame
covalente originato da tale sovrapposizionepuò essereo o ,r.
r Il legame o è doruto alla solTapposizione di . due oòiali s
. un orbitale s ed un orbitale p . dùe orbitali p lungo il loro
asseprincipale. E molto fofe e per rcmpedo è necessariauna
elevata quantità di energia.
r Il legatne î è dovr.rtoalla sovrapposizione di due orbitali p
disposti parallelamentefra loro e perpendicolari al piano della
molecola. E più debole del sigma e si rompe più facilmente.
. F . . B e . 'F :
BeF:
Forze di Vafr der Vaals, sono forze di legame deboli efficaci
solo su brevi distanze; implicano l'attrazione degli elettroni di un
atomo veîso i protoni di un altro; si ottengono come interazione:
t dípolo-clipolo = due molecole che sono entrambi dei dipoli
pernanenti sono atÍatte I'una dall'altra;
. dipolo4ipolo indoîfo - fîa una molecola polare ed una non
polare: quescultiîn", sotto I'inîuenza della prirÌìa, diviene
anch'essa polare;
. dipolo indotto-dipolo índotto = fra molecole non polari che per
un istante creaoo un dipolo temporaneo su una molecola che
può provocare la
anche di altre e conseguente
'r.l.lafízzazlJÍe
afîrazionei sono dette aoche "forze di London".
. 3 doppietti di legame
-
BFr
F- B€ - F
disposizione trlgonale pl4|tare
angolo di legame 1
F
|
R
12ù
:F. B ,F,
. 4 doppietti di legame *
Metano
CHr
H
H:C:H
;
disposizione tetradrica
angolo di legame lg
H
|
c
,,N
10
HHH
. altrí esenpi dl molecolecon 4 doppietti:
Acqua
H:O
- due doppietti lìberi
- due doppieni di legame
- angolo di legame:104.5
t
I
I
I
NH3
N
,/N
HH
A.[roonlaca
- un doppietro libero
- tre doppietti di legame
- angolo di legame,107'
7. NOMENCTATURA
ó.4.ORBTTAU
tBRtDl
aaaaaaaaaaaal raaa
L'ibrídazione è un mescolamento di orbít.lli cbe produce orbittlli
di uguale fomo ed energía, detti orbitali lùndl Nel carbonlo
(2=6, C=1f 2f 2f) si ha ìl saho di un eleurone dall'orbirale
all' oîbilale 2p (carbonio eccitato) e s.rccessivamente I'ibridazione^
tra gli orbitali s e p dell'ultimo livello: essi cambiaro forma ed
energia trasformandosi in orbitali ibridi con forma e contenuto
energetico inte.medio tra i e A ciò consente agli elett oni appartenenti a questi orbitali di formare legami equivalenti. La forma
delle molecole con orbitali ibridi dipende dal ripo di ibddazione.
Per il carbonio sono possibili tre ripi di ibridazione:
r ibrldazlone
sp3: è dovuto al mescolamento tra un orbitale s
e tre ofbitali A si formano quattro orbitali ibridi sf con uguaie forma ed energia e con un elettrone spaiato ciascuno; l,angolo di legame che essi vengono a formare è 109,5" (geouetria tetraedrica). il C occupa il centro del tetraedro e gli orbitali ibridi sono djretti verso i venici;
r ibridazlone
sp'?: è dovùta al mescolamento di un orbìtale s
con due orbitali 12 si ottengono tre ofbitali ibridi sldi uguale forma ed energia, diretti lungo i vertici di un triangolo
equilarero con angolo di legame di'!20ó (geomeîrkt tigonale planare):
I ibrldazlone
spr è dol'ura al mescolamenro di un orbiîale s
ed un orbitale g si ottengono due ofbirali ibridi sp di uguale
foma ed energia, diretri lungo un asse con angolo di legame
di 1,80" (geometria lineare).
7.'I.VAIENZAE NUMERODI OSSIDAZIONE
valenza: è il numeîo di elenroniche un atomodi un elemen
to acquista o perde o mette in comune quando forma un legame. Quando è associata al segno + o - è denominata numero
di ossidazione.
Numero dl ossldadone
{n.o.): è il numero di cariche formalì
che un dato atomo assume quando si Îrova allo stato elementare, ionico o quando entm a far pafte di un composto.
Regole per la su.t deterlninazione
. un elemento può avere più n.o.
. il n.o. di una sostanza allo stato elementare (es.Or, Nr, Fe) è O
. il n.o. è - quando un atomo acquista elettroni, + se ne perde
. il n.o. di uno ione monoatomico (es. Na', cF, Ca") è ugrale
alla carica dello ione.
. il n.o. di H è +1 eccefto negli idruri (-1)
. il n.o. dì O è - 2 eccetto nei perossidi (-1) e +2 nel legame con F
. ìln.o.ort
e-1
. la somma dei n.o- nelle molecole neutre è 0 e negli ioni Polhtomici deve essere pari alla carica risultante:
es. 1: determinazione del n.o. di HzSOr:
+2
n . o . H = +1 ++7 x 2 =
n . o . O =- 2 - - 2 x 3 =- 6
n.o. S = +4
somma = - 4 per cui
es. 2: determinazione del n.o. di NHl.:
n . o . H = +1 + +'1 . x 4 = +4
n . o . N =- 3 - - 3 x 1 =- 3
somma = + 1 * solo in tai modo la sonma algebrica
è pari alla carica dello ione (+1)
Prevrslone d€l numeri di ossidazionq si deve tener cooto del
numero di elettroni presenti nello strato più esterno e della terr
denza dell'atomo dell'elemento a perderne o acquisume Iter raggíunge1'e la confrgurazione elettronica del qas nobíle píù ukira
r elementi del gruppo IA
n.o. +1
r elementi del gruppo IIA
tr.o. +2
r elementi del gruppo IIIA
n.o. +3 (il tallio anche +1)
r elementi del gruppo IvA
n.o. +4 (C, Sn, Pb anche +2)
r elementi del gruppo vA, VIA, vIlA hanno n.o. dspenivamerìte
-3, --2, -1 (a vohe possono anche avere n.o. positivi)
r elemenri di transizione + n.o. cla +2 a +7 1ps ha n.e. +2 e +3).
ó.5. RTSONANZA
A voÌte alcune molecole vengono rappresentate con più formule. Ad esempio lo ione nitrato (NOt) è descritto da tre formùle di struttura contemporaneamente rapprcsentative o for|Irule dl rísonariz^, domte al fatto che gli elettroni si spostano da un atomo all'altro della molecola:
o
î
o-N-o-
o
o
-O-N -O
I
-
O = N -O
I-a distribuzione reale degli elettroni può esserc corìsidemta un
ibrido di risonanza tra le tre formule, perfettamente equivalenti.
34
!
I
35
7.2.FORMUIA
Dt UNCOMPOSTO
Nella formula di un composto gli atomi e gli ioni si combinano
in modo che la somma dei n.o- sia uguale a 0. L'elemento con
n.o. positivo di solito è scritto per primo; esempi:
. composto formato da calcio Ca" e bromo Br: la somma delle
cariche deve essere 0, quindi sono necessari due ioni bromuro per ogni ione calcio = CaBr,
. composto formato da Al'3 e S-?:si calcola il minimo comune
multiplo fra 2 e 3 G 6) e si divide per la caricaper onenere
il numero di ioni del composto - Alrsl
. composto formato da Al.3 e SOa'?(ionesolfato): peî esprimere i multipli degli ioni poliatomicinelle formule, si urilizzano
le parentesi - AL(SOI):
7.3. NOMENCTATURA
TRADIZIONATE
Si basasulle camtteristichemetalliche o non metalliche degli elementi che costituisconoun composto chimico. I compostl blnafi sono caratterizzatidalla presenzadi due elemeoti (ossidi, anidridi, idruri, idracidi); i co'npogd tefnad sono car"atterizzati
dalla
presenzadi tre elementi (idrossidi, ossiacidi,sali da ossiacidi).
OSSIDI (BASICI): MEIAILO + OSSIGENO
. Se il metallo ha un solo n.o. si aggiungeil termine ossrloal
nome del metallo,
. Se il metallo ha due n.o. si aggiungeil suffìsso-oso per il
numero di ossidazionepiù basso,-lco per il numero di ossidazionepiù alto.
Esempi:
) CaO ossrdodi calcio; FeO ossdo fenoso (Fe*)
Feroj ossr/o fe.!r?o (Fej
PEROSSIDI:sono carafterizzari da due ossigeni legati fra loro
(-O-O-) e l'ossigenoha numero di ossidazìone-1. Esempi:
> HZOTperossido di idrogeno o acqua ossigenara
Nazo2 perossdo di sodio
IDROSSIDI (BASI): METAUO + Otl Gruppo ossi&ile)
Si assegnail nome come per gli ossidi,cambiandoil rerminedi
ossido con idrossido. Esempi:.
> NaOH idlossldo di sodio; Fe(OH), idrossido ferîoso (Fe,1;
Fe(OH)I idrossido feffico (Fe'r)
Si premette al nome del metallo il termine idrwro. Fl€mpiral
> l"tfl idrTarodi litio
AÀIDRIDI (OSSIDI ACIDI): NONMETAL + OSSIGENO
. Se il non-metalloha ùn solo n.o. il suffissoè -rca.
. Se íl non-metalloha due n.o, si aggiungeil suffìsso
-osa (se n.o. è compresora 1 e 4)
-rca (se n.o. è compresorra 5 e 7).
. Se il non-metalloha due n.o. entrambi fra 1 e 4, pef qu€{
più bassosi utilizzail prefissolpo
. Se il non-metalloha due n.o. enrambi fra 5 e 7, per quel
più alto si utilizza il prefisso Psr-.
) BzOt anidride boricai CO2qnidríde c^rboî\cai
5Oz anidríde solforosa(S'{); SOr anidríde solforica (Sn)
ClrO anidride ip@lorosa(Cl'l); ClzOtanidríde clorosa(Q'
MîO3 anídride maiganrba (Mn.6); Mnzoi anidrde perÎlJ.
ganica(Mn*D
IDRACIDIT IDROGENO+ NONMEIAILO
Si premette il telmiîe acido e si aggiunge al nome del no
metallo i.l suffisso -Arico. Esempi.
) HCI acido cloidrko;H2s acao solfidrico
OSSIACIDI (ACIDI OSSIGENATDTH + NONMET. + O
Si assegnail nome come per le anidridi, premettendo il terft
îe acido, Esemq;rl
> líNO2 a.ído
HNOr acly'onitrico; HCIO acfdo iqfur<
solÎotoso;H2SOaacdo solfoîico
H2SO! acdo^iúc$o;
SALI composti che si otrengono per sostiruzionebrrle o parz
le degli idrogeni di un acido (idracido o ossiacido) con uno b
metallico. Esempi: NaCl deriva per sostituzione totale di H' o
Na'; NaHCO3deriva da H2co3per sosdùzione parziale di H' o
lo ione Na., . Si assegnail nome ai sali nel seguentemodo:
sufflsso acldo +
sufflsso sale
-tlro
-idrico
-tto
-oso
-ato
-ico
. Stabilito il suffissosi aggiungeil nome dello ione metallko. I
t NaCl clorrro di sodio; Na2Ssolfrro di sodio;
KNO, nitrlto di potassio; Na2SO,solfrto di sodio;
NarSO{ solf4to di sodio; NarCO3carbonatodi sodio
37
I
i
I
tI
I
I
I
I
I
I
t
I
t
I
I
I
II
I
lI
Sall neutd non contengono né H, né OH.
Sall acldl contengonoH. Si fa precedereil nome dello ione poliatomico o del radicala qcidn (ciò che rimane in una molecola di
un acido quando vengono tolti gli idrogeni) dalla parola idrogena NaHCOTidrogeno carbonatodi sodio (bicarbonatodi sodio).
Sali basici contengono OH-. Si fa seguire la parola idrossido
(o basico)al nome dello ione poliatomico:ca(OH)NO3nirrato
monobasicodi calcio.
Salt tdrati: contengono nella formula HrO (acqua di cristallìzzazione): CUSO{. 5HzO solfato rameico Dentaidrato.
7,4, NOTAZIONEDI SIOCK
Usatasoprattutto per i composti dei metalli, non utilizza i sumssi
--oso e -ìco, llra tiene conto della ualenza dell'elenento che viene
indicata da un numero roÍumo scritto tra parentesi.Esempi:
) FeO ossido di ferro (II); FerO3ossido di feno (III)
ClrO ossidodi cloro (I); Clror ossidodi cloro (llD
FeCI2cloruro di ferro (ll); FeCl3cloruro di feno clD
7.5. NOMENCTATURA
RAZ|ONAtECUpAC)
Composti btnart:
. si assegnail suffisso -aro al secondo elemento del composto
e si aggiungeil nome del primo elemento
. se sono presenripiù atomi si appongoooi prefissidi-(2), tri(3), tetru-(4), penta-(s) ecc.
. se è presenteI'ossigeno,si mantieneil nome di ossido
) KCI
clorr,.o di porassio; Na2S solftro di dóodio
CuCl2 dícloîuro di r^me;
FeO
oss#o di ferro
CO,
diossido di carbonio; N:Or tríossido di diazoro
KzO ossidodi dipotassto
Composti te!.nad:
Per la nomenclarura dei sali si assegnail suffisso -ato al nome
dell'elemento caratterislico dello ione poliatomico, preceduto
dal numero di ossigeni presenti. AI nome così ottenuto si
aggiungeil nome dello ione positivo.La valenzadel non metallo è indicatacon la notazionedi Stock.
) Na2SO3triossosolfato (Iv) di disodio
N.B. Per i compostì ternarí è cornun4ue più utilizzata la
nomenclatura tradiziona le.
38
8 . L EREAZ IONIC H IMIC H E
aaaaai aaaaaaaaa'1t""
Una reazione chimica è un processo che pona le sostanze di
partenza o leagentl a reagire fra loro, rompendo i vecchi legami e formandone di nuovi, per produrre sosÎanzediverse o ltTod,ottí,LE reazioni sono raPpresentateda equaziont chioiche
i reagenti sono postí a sìnistra dell'equazione' i prodolu sono
posti a destra e separati dai reagenti mediante una freccia:
f€agsntt + Pfodottf
Un esempio di reazione chimica è la combustione del carbonio:
C + O2+ COr leggi:carboniosi combinacon ossigenoper daÌe
anidridecarbonica,
Accanto alla formula possono essere inseriti altri simboli che
(s) solido' 0)
indicano lo stato fisico dei reagenti o dei prodotti:
liquido, G) gassoso,(aq) soluzione acquosa, t prodono gassoso, J prodotto solido o precipìtato.
C (s) + O, G) - CO,î
8.1. ENERGIA DI ATTIVA-AONE
Perché una reazione poqsa awenire si devono verificare le
seguenti condizioni:
I le sostanzedeuono urtqle
auuenlrelun+o un6 pafticolale direzíone
. I'uio d,eùe
r I'urto dan esseteefficace, cioè Lt'venite con suÍÍicizflte elerdi Íuot'i'
8i4pet rompere determinati legami efonnarne
cinelica che p6l'energia
si
awicinano,
molecole
due
Quando
siedono in funzione del loro movimento si trasforma in energia
potenziale di repulsione delle nubi elettroniche' Le molecole
ah" h"t-o suffìciente energia cinetica da essere abbastanza
vicine e reagir€ sono deffe Lîtivate. Esseformano un coúPl€sso attlvato, un compostoinÎermedio a maggior contenulo di
enelgia, in cui i legami non sono ancora del tto defìniti' L'ene8ia richiesta per supefire la bartiera del complesso anivato
è dèna energla dl attir-azione. Graficamente l'energia di aL!
vazione è raPpresentatadalla differenza tra il contenuto di ener'
gia della cinÌa della curva in cui si viene a trovare il complesso
anivato e la siruazioneene8etica in cui si fovano i reagenú Sc
I'energiadi anivazioneè alta. pochi ufli avrannoun energiasú'
ficiente per formare il complesso attivato: perché la reazione
awenga è necessario modificare le condizioni ambientali' a(
esempiofornendo il calore dall'esterno
39
- -------1
Diagranma dell'energia dt attíuazione.
complesso attivato
energia
enerSia di attivazione
slnt6l- due o più sostanzesi unisconoper formareuna nuova
sosElnza:
N H 3+ H C l .-N H rCI
N.B. Per le reazlonl di ossldorlduzlone vedi caP 11.
8.4. REAZTONIDI PREPARAZIONEDEI PRINCIPATI
coMPoslrlNoRGANlcl
Idrud: sintesìdi un metallocon I'idrogeno.Esempio:
2Li + Hz + 2LiH idrulo di litio
E.2. BITANCIAMENTODETTE
REAZIONI
Bilanciareuna reazione signiffca aggiustare\ coeJfkíenti ste_
cbíometricl (r]lumei. che si premettono alla formula, i Diù bassi
possibili)in modo che da enrrambii lati dell'equazionevi sia lo
stessonumero di atomi per lo stessoelemer\lo 1egge dl conser_
uazione della rnassa):esempio:
CrFla+ O, + CO?+ H,O
ci sono 3 atomi di C da una pane, ftu uno solo dall,altra: si ore_
meÍe il coefficieme 3 davanú al diossido di carbonio a destra:
C3H€+ O,
3CO,+ H,O
anche gli atomi di H non sono bilanciati poiché ci sono g
atomi di H a sinista e solunto 2 a destîa; si pone il coeffi_
ciente 4 davanti all'acqua:
CrFls + O,
+ 4HrO
- 3COt
r in ultimo si bilancia I'ossigeno
mettendo il coeffìciente
5
davantialla molecoladell'ossigeno:
crrls + 5Oz 3CO,+ 4H,O
AITENZOI\E: non si devono- confondere gli indici di una formula con i coefficienti; non si può cambiare un indice per
bilanciareun'equazione:
8.3. TIPIDI REAZIONE
Vi sono 4 tipi generali di reazioni chimiche:
scamblo sempllce - un elemento di un composto viene sosti_
ruito da un alÚo elemenlo:
Z n+ 2 H C I-Z îC l 2 + H 2
doppto scambto - le specie posirive e negarive di due com_
posti si scambianofra loro:
PbCl, + Li,SO4+ 2LiCl + pbSO.
decomposlzlone - composti sonoposti a riscaldamento si scin_
dono in sostanze più semplici:
C a C Or-C a O + C O ,
40
Osstdl bastct o acldt (antdrtdl): reazione tispettivamente di
un metallo o di un non-metallocon I'ossigeno.Esempio:
4N + 3Oz + 2AlrO3 ossidodi alluminio
S + Oz - SOu anidride solforosa
ldrossldl reazionedegli ossidi dei metalli con I'acqua:
CaO + HzO - Ca(OH), idrossidodi calcio
Osstacldl: reazionedegli ossidi dei non-metalli (anidridi) cpn
l'acqua:
N2O5+ H2O * ZHNO: acido nitrico
Alcnni ossiacidi si ottengono sornmando all'anidride più moli di
acqua:
2HrPOracido fosforoso(o acido onofosforoso)
PrO3+3HrO
PrO5+ 3grg + 2H3PO1acido fosforico (o acido onofosforico)
2H]BO: acido borico (o oloborico)
B,o: + 3H,o
-+
+
SiO, 2HrO HaSiOaacido silicico
Sali: vari metodi di prepaîazione,tra cui il più sempliceè la
reazione di neutralizzazione úa un acido ed una bas€:
acido + base- sale + acqua
Esempio:HCI ì NaOH - NaCl + H,O
Esempi di reazioni di preparazione del sale solfato di zinco
(ZnSOD:
Zn + HrSO{+ ZnSOr+ Hz
metallo + acido:
Zn(OH)z+ HrSO{J ZnSO{+ 2Hp
id.ossido+ acido:
ZnO + HóOr + ZnSO{ + HrO
ossido + acido:
Zn(OlI)z + SOi + ZoSOa+ HzO
idrossido+ anidride:
ZnO + SOr'ZnSOr
ossido+ anidride:
+
HóO. + ZnCl, + ZnSO{+ 2HCl
acido sale:
Na2SO{+ ZnCl2+ ZnSO{+ 2NaCI
sale + sale:
4l
E.5.REAZIONI
DAI PUNTODI VISTASTECHIOMETRICO
La stechiometda si occupa delle relazioni quantitative tra reagenli e prodotti e dei relativi calcoli detti calcoli stecbiometîici.
Essi consentono di conoscere le masse delle sostanze di una
reazione chìmica. Ad es. si nrole sapere quanti glqnfli di Cu2S
saranno prodottí da 9,9O I di CuCl cbe reagbcono con un
eccesso di H2Sgassoso. Si procede oel seguente modo:
. sí sciùe la reazione cbimica e si bilancia
2 CuC l+ H?S- Cur S+ 2HCl
2 moli di CuCl reagiscono con 1 mole di HrS per dare 1 mole
di Cu,S e 2 moli di HCI
. si coruErlono le molí in grumni (g=mole . PM)
g(Cucl)- 299= 198
g (H 2 S )= 1 .3 4 = 3 4
g (c u, s ) = 1159= 15 9
g(HCD- 236,5 = 73
. si ímposta la ploporzione
= 9,909(CuCl):x g(Cu,S)
1989(CuCl):1599(Cù,S)
g
x- 7,95 di CuzS
8.ó. REAZIONIDAt PUNTODI VISTAENERGEÍICO
Alcune reazioniavvengot\ocon suiluw dí caloree sono detfete,.
zionl esotermlche A+B à C+D+calore ceduro all'anbienre. Il
contenuto di energiadei prodoni è inferiore a quello dei reagenti.
AIÍe reazioni awengono cor\ ttssorbitlento di calore e soîo
dette ieazlo'll eùdotemiche: A+B+calore somministratoai
reagenti+ C+D. Il conGnurodi energiadei p.odorti è superiore a quelìo dei reagenti.Diogrumrni dell'energia:
reazione esoteftnica
.ooîdlneta
reazione endotermica
dl ftaztoe
coordln4,a
42
dt ,tazlorc
8.7. PRIMO PRINCIPIO DETTATERMODINAMICA
Una reazlone chlnrlca è un processo che può produne contempoÉneamente cdore (Q) e lavoro (L). Se consideriamo una
reazione che awiene in un cilindro chiuso da un pistone mobile.
i pncdoni gas-sosiche si formano pos.sono provocare uno spo,stamento del pistone e di conseguenza produzione di lavoro che si
aggiunge al calore wiluppato.
Ricordando che L(latoro) =
.
F(forza) I (qnstanenù
e P (pressíone)= F(forza)/s(suryJicie). si
avrà che: L = P. s.l e poiché s.l conisponde alla variazione di
volume (AV) dol,uta all'espansione del gas prodotto, si può scri.
vere: L = P^v. Intendendo per sistena tufte le sostanze chimiche
coinvolte nella reazione e per ambiente tutto ciò che le circonda,
per convenzione si ha:
Q ha segno + se fluisce dall'ambiente al sistema
Q ha segno - se fluisce dal sistema all'ambiente
L ha segno + se è il sistema a compiere lavoro suli'ambienre
L ha segno - se è l'ambiente a compiere lavoro sul sislema
ll sistema nello stato iniziale (reagenti) possiede energia tnt€rtra
sotto forna di energia cinetica (dovuta ai moti delle panicelle) e
potenziale (do!'uta all'attîazione tra le panicelle). Dopo la reazione
I'energia interna dei prodoni sarà diversa da qùella iniziale e la vatia= &-d"td - E-so d. Per il prinzione è espressa dalla rcTazionet
^E tale differenza deve conisponcipio di con^servazionedell'energia,
dere all'energia scambiata con l'ambienle so$o forma di calore e
lavoro: AE = Q-L (Q = calore fomito al sistema, L = lavoro fano
sul sistema). Tale relazione esprime il primo prtncipío de a ter@trctpa> della cottseflnziane dell'enetgia): lzznria'nrÀn?d']l(z
zione di enetgia íntern t .li un sistema è uguale alla sonna dellzz
quantidi di calore e lannro sc4tubttte tra íl sisTernae l'amtiente.
8.8. GRANDEZZ'E TERMODINAMICTIE E REAZONI
Le grandezze termodinarùiche (energía interna, enîalpía, efltropia, elQ Bia liberu) sono le grandezze che con la loro variazìe
ne consentono di prevedere se una reazione awiene ed in
quale direzione. Sono Íunzio\i di sbto. cioè dipendono unicamente dallo stato iniziale e finale del sistema, e non dal percorso SeSuito per ottenere una rasformazione.
Energia lntefna (E)r indica l'ene.gia interna del sistema; se una
reazione awiene a wlune costante, allora L= P^V=o e AE-Q,
cioè la variazione di energia intema è la quantità di calore scrrts
biata a volume costante. Nelle razíoni efldoîerînícbe il calore è
43
-l
fomito (^E = Ep.dd,r- E*.s""'t = Q > 0), viceversa îelle esotennicbe.
Entalpia (II)i è la quanria di calore svluppato o assorbiro in
una reazione condotta a pressione costan e (QJ. In tali condizioni I'espressione del primo principio della tetmodinamica diventa:
+ PAV = AH ol'vero
AE = Qp-P^V
da cui Qe =
^E AII= Hp.oa"tr - H"ogr
r AH > ^0H=Qe
: l^ re zrone è endotefln 'c4. si ha assorbimento di calore e l'entalpia dei prodotri è maggiore di quella dei reagenri
r AH < 0 : la reazione è esoterrnica, si ha liberazione di calore
e I'entalpia dei prodotri è minore di quella deì reagenti.
Entropla (S): è una gmndezza che indica il grado di disordine
di un sistema;qualunque sisîema isolato (cioè costituito dal sistema e dall'ambiente) tende spontaneamente ad aumentare il suo
grado di disordine. La va
del grado di disordine di un
^zioÍe
sistema in una reazione chimica
è fondamentale per prevederne
la spontaoeità. La grandezza termodinamica adoftata come misu,
ra di tale grado di disordine è l'entropia, olvero la quantità di
calore scambiata ad una determinata temperatura. La sùa variazione è espressa dalla relazione AS = Q/T = Sp."a".o- S.-g-d
r
> 0 il sistema evolve verso un maggiorc disordine.
^S
Energta
libera (G): è una grandezza termodinamica che lega
I'entalpìa (H) con I'entropia (S) e con la temperatura (T) e permene di prevedere la spontaneità di un processo chimico. La
relazione matematica è: G = H - TS la sùa variazione è esDressa dalla.elazione: AG = AH-TAS
r AG < 0 la reazione è spontanecl
= 0 la reazione è in eqúilibrio
.
r ^G > O la rcazlone non è sponranea.
^G
) Ricapitolando e tenendo conto che
- T SI
^c= ^H
<0
> O reazione semprespontanea prerchéAG < 0
^H > O ^S
AS< 0 îeazionenon spontanea perché
>0
^H < O
< 0 la spontaneitàdipende dalla tempenturzr
^c
^II deve essere
^S rale che lT ASI<
che
lÀHlaffinchéAG < 0
AH > 0
> 0 Ia sponraneiràdipende daila remperatura
^S tale che ASI>
che deve essere
lT
lAHl affinchéAG < 0.
Una fe zion€ spontanea compofia una diminuzione deli'energia libera deì sistema. Se la variazione di energia libera è
positiva, la rcazìone a temperatùra ambiente non a\,viene ed il
sistema fisulterà termodinamicamence stabile.
44
Comunque, per sapeîe se una îeazione chimica può a1'\enire.
oltre a saperc se è termodinamicamente possibile, è îecessario
conoscere anche in quanto tempo aweffà (cinetica chimica).
8.9. REAZIONI
DATPUNTODI VISTACINETICO
I-a ciÍetica cbftDlca è lo studio della velocità con cui a\'\ ierie
una reazione. Ia velocltà di reazlone (r) è ricavata sperimentalmente e può essere calcolata misurando la quantità di reagenti che si consumano nell'unità di tempo oppure la quantità di
prodotti che si fomano nell'unia di tempo. Per una generica reazione: A. + B
C + D si può scrivere ìa relazione:
, = quantità di .eagente consumato (moli)/tempo impiegaro (sec.)
= quantità di prodotto foîmato (moli)/tempo impiegato (sec.).
Fattofi che furflùenzano la velocltà dl reazlone
. Natura dei reagenti
. Stato fisico dei reagenti
. Concentrazione dei reagenti
. Pressionelrerzioni fra gasl
. Temperatura
. Presenza di c falizzatori
Natura dei reag€úti: le reazioni tra sostanze ioniche, do!€ gi
ioni opposti si attraggono e si urtano irequentemente, sono più
veloci rispetto alle reazioni tra sostanze neufe che componano
riarangiamento dei legami o úasferimento di elettroni.
Stato fìsico del reagenti: la îapidità con cui le particelle dei
reagenti si incontrano dipende dal loro stato di aggregazione e.
nel caso dei solidi, dal loro grado di suddivisione; aumentando
il grado di suddivisione, aumentano le supedici di conîatto fra
le fasi, il numero di collisioni e quindi la velocità di reazioneConcentrazione
del reagentl la concentrazione è la quantrtà di
materia per unità di volume (mol/litro); la velocilà di.eazione è
direttamente propor_zionale alla concenúazìone dei reagenti:
iniani un aumento del numero di molecole per unità di volume
(concentrazione) favoîisce I'aumento delle collisioni fra i reagenti e quindi Ia velocità di reazione. Per una genedca re^zione
aA + bB
cC + dD (dove a. b. c. d sono i coefficienti stechie
meúici), indicando con ,la velocità di reazione, con [ ] i Yalori
delle concenúazioni in moyl, si ricava sperimentalmente chei
v = k [Al" [B]e
d e B coincidono con a e b se la reazione awiene per urto dìretto delle molecole dei reagenti, k è la costante dí Lelocitò o Lel(Eit1i
45
-l
qpcifrca dell^ rcazione (dipende da fatrori come la tempentura e
la natuÉ dei reagentì e ha valore costate per una determinata rcazione, purchè condotta nelle stesse condizioni sperimentali).
Presslone se la rc^zione alviene fra gas, un aumeoto della pressione comporta una diminuzione del volume occupato dalle molecole e di conseguenza ùn aumento della loro concerÌtrazione;
quindi aumentando la pressione aumenterà la velociîà di reazione.
Tempefatura: un aumento di temperatuîa compora un aùmento della velocità di reazione; infafti gli uni fra le specie reagenti
sono più frequenti ed in maggior numero awengono con sufficiente energia cineîica per anivare la reazione.
Pr€senza dl c talbaatoi:
tl calallzzatorc è una sostanza che
pemette di variare la velocità di reazione influenzando ì'energia
di aftivazione, senza subire modficazioni chimiche permanenti;
al termine della reazione il catalizzatore rimane inalterato; I'azione esercitata dal catalizzafore è detîa catalisi. ll czializz^torc
accelera la reazìone quando dirllinuisce I'energia di attivazione
(catalisi positiva); viceversa ìa rallenta (catalisi negativa).
N.B. Se una reazione aauiene in più stc4.li, ln sua uelocità globale dipende dallo sîadio più lento, cbe condizíona la rclocità
di forwrazione deí prodotîi.
8.10.[' ESUtUBR|O
CHtMICO
Una feazione completa si ha quando i reagenti si consurnno
del tufto. ln alcune reazioni, però, il prodono che si forma può
reagire ritrasformandosi nei reagenti di partenza (reaztoni
reverslblli).
Ad esempio consideriamo la rcazione:
H, (g)+ I, G)
2HI G) reazione dirctta
Lo ioduro di idrogeno prodono si scinde facilmente in idrogeno e iodio secondo la reazione:
H7 G)+ I/ lgl " 2Hl G) rea2ionc inue6a
La reazione viene detta rercrsibíle ed è raDDresentata con due
frecce di senso opposto:
H, G)+ I, G) :
2HI G)
Se si aÌ1/ia la reazione in un recipiente chiuso, la velocità zy con
cui H, e I, (reagenti) reagiscono diminuisce al diminuire delle loro
conceotrazioni: ur = k[HJ[z]; contemporaneamente la velocità uz
con cui ll prodotto HI si scinde nei îeagenti di partenza aumenta
all'aumeotare della sua concentrazione: r,2= k[HI],. Dopo ùn certo
tempo (G) le concentrazioni di Hr, 12,e HI Éggiungono dei valori che resîano costanti; se non variano Ie condizioni sperimentali.
la reazione è in una condizione di equilibrlo chlmico; si t|ana
di un equilibrio dinamìco in quanto le concentrazioni restario
costanti, Ívr le due reazioni continuano ad aver luogo simultaneamente ed alla stessa velocità: ,,r = ,2
Andamento in funzione del tempo della ùelocità dirett.z t\ e
inue6a ù2 di una reazione reueEibile
E.ìì. COSTANTE
DI EAUITIBRIO
Sperimentalmente è possibile determinare il rappotTo tra la coÌcentrazior?e dei reagenti e deí prcdaîti all'eqrlilibrío e per utut
aleferminota temperarrl4; esso è costante e viene indicato con K.
(costante di equilibrio).
Ad es. per la rcazione H, + Ir : 2HI:
K
=_
IHIF
tH, ltt,l
La costante di equilb.io ha un solo valore per ogfli ieazione
ad una data temperatura.
Queste osservazioni sperimentali hanno portato alla formulazione della legge dell'azione
dl massa o legge dell equilibrlo chlmlco (Guldberg e Waage): quando sí raggíurlge l'equilibrio cbimico fra reagenti e prodott! di una leazione, ad
una data temperatura, íl rappofio Íla il prodotto delle corrcerÈ
trazioní dei prodotti eleuate ai propri coeÍÍicienti stecbiotBtrici.
ed il prodotto delle concentrazioni dei reagent' elerate ai pre
pri coeÍÍicíenti, è costanîe. Qùindi per un'equazione genemle:
m A +n B :
sP+rQ
la costante di equilibrio, ad una determinata T, è data da:
tP ftQf
pr odot t i
reagenti
t A 1- t BF
) Se & è molto minore di 1, l'equilibrio è spostatoverso i reageoti, cioè l'equilbrio si raggiunge pîima che si formi molto
prodotto, viceversase It è molto maggiore di 1, l'equilibrio è
spostatoverso i podotti, cioè I'equilibrio si stabiliscequando
una grande quaatitàdi prodotto si è formara.ta K è chiamata
anche Iq poiché è espressain funzione delle concentrazioni.
8.r2. SPOSTAMENTO
DEr.t'EAUtUBRtO
Princtpto dt Le Chateller se un sisternain equilíbrio uiene sottoposto a uaiazione, I'equílíbrio si sposterò ín modo da bilanciare tale uaiaziole.
Il rapporo:
&=-
tP flQ l,
numeraîore: prodotti
denominatore: leqgent!
tA l- IBf
ad una determinata temperatufa tende a mantenersi costante se
variano la pressione o la concenrrazione dei componenti.
) Un aumento della concentrazione dei reagenti (aumento del
denominatore) provoca uno spostamento dell'equilibrio
verso destra; infatti aum€ntando la concentrazione dei rcagenti aumenta il numero di uni fra particelle reagenti e di
conseguenza Ia velocità di reazione direttar si forma così
una quantità maggiore di prodotto (aumento del numeratore) e si ristabilisce il valore di IL.
Un aumento della concentrazione dei prodotti, viceversa,
aumenta la velocità di reazione inversa e sposta I'equilibrio
verso sinistfa.
Un aumento di pressione per una reazione in equilibrio in
fase gassosa, provoca ùna dìminuzione del volume e quindi un aumento di concentrazione: se il numero di moli dei
rcagenti e dei prodotti è uguale, ciò non influisce, se invece il numero di moli è diverso un aumenro di pressione (o
una diminuzione di volume) provoca lo spostamento verso
la pane con il minor nunero di moli. Viceversa una diminuzione di pressione o un aumento di volume spostano l,equiÌibrio in senso opposto.
8.I3. EQUIIIBRIO
TRAFASIEIEROGENEE
Qùando in una reazione i componenti si rrovano in stati di
aggregazioe diversi, si è osservatosperimentalmenteche I'equilibrio non dipende dalle sostanzeallo srarosolido o liquido,
la cui concentrazionesi può ritenere costaote,ma solo dalle
sostanzein fasegassosa.Ad es., per la reazione:
Mgco3 (.) : Mgo (.)+core)
solo la concentrazionedi CO, influisce sull'equilibrio e la
costantedi equilibrio è: I(. = ICOJ
48
t-
3:ll.t9.tu3l?Il
9.I. ASPETTIGENERATI DETTESOTUZIONI
Le soluzioni sono miscugli omogenei costituiti da due o Più
componenti in un'unica fase. I componentl delle soluzioni
sono chiamati:
. soluto: sostar\za presente in quantità minore,
. solueÍte: sostanza presente in quantità maggiore.
Un solvente polare scioglie un soluto polare (es. acqua{loruro
di sodio) ed un solvente non polare scioglie un soluto non polare (es. benzene-cem): " il simile scioglie îl suo simild'. Qù^r\do utl
sostanza ioDica come il cloruro di sodio (Nacl) si scioglie in un
solvente polare come l'acqua, gli ioni del sale si separano (di9
socladone) in Na. e Cf, e vengono citcondati dalle molecole
polari del solvente (solvatazione)
opporîuoamente onentale in
base alle cariche.
le soluzioni possoIn base allo stato flslco del componentl,
no essere:
r g4.tsosercostituite da miscele di gas (ossigeno-elio nelle bombole dei sommozzatori):
t liquíde: costit]urreda liqùidi in cui sono disciolti gas. Iiquidi o
solidi (acqua-anidride carbonica nelle bevande gass3le.
acqua-acido acetico nell'aceto, acqua-sale nel mare);
r so/ràe..costituite da solidi in cui sono disciolti gas o alt.i solidi (le leghe tra metalli come oro-argento sono soluzioni solido-solido).
la solubtlità è la quantità di soluto che si può sciogliere in un
dato volume di solvente (grammi di soluto in 1009 di solvente
o moli di soluto/litro di soluzione) ad una data temperatuÉ: si
può definire anche come la concentrazione massima che un
soluto può Éggiungere in un determinato solvente ad una cena
temperatura; u.tia al uariare delll temperatura.
La soluzione può essere. . .liluiîa, se contiene poco solulo rispetto al rafore della sua solubilità; . concentl^la, se contiene urn
quantità di soluto vicina a quella della sua solubilità; . sqluta. se
la soluzione è in eqrìilibrio con il soluto presente come corpo di
foîdo, . soprasatura, se la soluzione in equilibrio instabile corF
tiene disciolto il soluto in quantità superiore alla sua solubilitì.
l,a veloclîà di solubilizzazione
di una so$anza può ess€re
incrementata con i seguenti metodi: . aumentando la tempemrura . asitando la soluzìone . franmentando il soluto solido.
49
Si può esprimere in diversi modi.
COTUGAIIVE
DEttESOIUZlONl
9.3. pROPRtETA
Dipendonodal numerodí paiicelledi soluto(coîcentrazione
. Percentuale lîr peso = qualxtitò in grammi di soluîo
disciolta ín lOOg di soluzione; 1009 di una soluzione acquosa al
1@/odi glucosio sono cosriruiri da 10g di glucosio in 90g di
acqua (solvente).
contenute nella soluzione. Queste Proprietà sono: - punlo di
congelamento - pùnlo di ebollizione - pressione di vapore pressione osmotica.
L'aggiunta di ùn soluto non volatìle ad un liquido provocr:
(abbassamen
) I'abbassamento del punto di cong€lamento
9.2.CONCENTRAZTONE
(ftTOro)DErtEsoruztoNl
. Percentuale in volume = tul di soluto díscioltî
ín loomt di
soluzione; 100m1di alcool etilico cornmerciale a 95" conten_
gono 5 ml dì acqua e 95 ml di alcool.
. Molarttà (M) = nulnero dí moli (nù di soluto díscíohe
in un
litro dí soluzione, una soluzione acquosa di NaCl 0,5M con_
tiene 0,5 moli di soluto in un litro di soluzione.
M = n solùto/Vr soluzione
V = volùme in liîri di soluzione MM = massa molare G/mol)
n soluto = M.Vr
g soluto = n soluto. MNI soluto
. Nofmafttà (N) = numero di equioalentí di soluto disciolti
in
1,t7tlitro di soluzione, una soluzione 1 nomale (1N.) contiene
un eqùivalente di soluro in un litro di soluzione.
N = n equiv. di soluto/ vl soluzione
n equiv. soluro = g/ME
Vr = volume in litri di soluzione
n equiv. soluto = N. Vl
g soluto = n equiv. ' ME soluro
> lA ME Otlassa o Fso equiualente) dtpende dal tipo di sosranza:
acida MÈ = Pwn\,ltero di H.; lrase ME = pÀ,f/ numero di OHs4le ME =PÀ4humero dì cariche posìtive o negative dissociate
. llolalità
(rn) = numero di moli tjí soluto dísciolte in un
kg di
soluente, una soluzione 1m contiene una mole di soluto ìn 1
kg di solvente.
m='|soluto/kgsolvente
. Frazlofre molare (X) = rappotfo tra íl numero
di moli d.í
soluto ed il numero di moli torali della soluzíonq la somma
delle frazioni molari di tutti icomponenli di una soluzione è
uguale a 1.
X soluto = n solutoAr soluto + n solvente
50
to crioscoDico): si calcola mediante la reìazione
= m ' K- (m = molalità della soluzione, I<.,= costante)
^T.
I'innalzamento del punto di ebollizione (innalzamento
ebullioscopio): si calcola mediaote la relazione
AT.r, = m ' IGt (m = molalità della soluzione, K.b= costanteJ
abbassamento della presslone di vapote del solvente: la
relazione usata per coraegge.e la pressione di vapore è:
P.oru,on.=P""r,.*.
' frazione molare solvente (LeKe dí RolllÎ)
diversa velocità di diffusione atúavemo una fiembtana sernipenneabíle Ghe si lascia attrave$are solo dal solvente) e cre"
zione di una un: differenza di pressione I prPssioiP asmohca)
fra le due parti separate dalla membrana. I-a pressione oíDotica ir) si puo esprimerecon la relàzione:î = MRT tM=molaîità della soluzione, R=cost. dei gas, T= temperatun in K)
COttolDAu O COttolDl
9.4.SOIUZIONI
Sono sistemi costituiti da una fase dispersa ed una fase
disperdente. Hinno panicelle di dimensioni cornPrrse fra I e
100 nm. Sono una fase intermedia tra le soluzioni e le sospen
sioni e veîgono consìderati sistemi eterogenei. lncludono le
emukioni, gli aerosol, le scbiune, í gel.
Se la fase disperdente, liquida o gassosa,prevale su quella disper
sa solida si ha un sol (aerosol, idrosol ecc-). Se, invece, prevale
la fase solida si ha un gel. Malifestano le segueîti proprietà:
r effetto lyndall
le panicelle colloidali disperdono la lùce se
colpite da essa e ciò ne consente la visione (luce attraverso
la nebbia);
I moto bÍownlanor le panicelle colloìdali sono soggette ad
un moto continuo e disordinato causato dai continui utti con_
tro le molecole più Éiccole del mezzo disperdente;
r adsorbenza: sono ottimi materiali adsorbenti poichè arraggono e t fîengono sostanzeche vengono a ( ontallo con essi
r migrazione elettrofoi'etica:
se softopostì ad un campo elettrico, le particelle di ùn colloide migrano ve6o gli elettrodi.
il
t0.ESutuBRl
tNsoluztoNE
AcauosA
Coryie di acidi e basi coniugate
aaaa a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a
10.t. ELETTROUTI
acido
(acídi, basi e salì) sono sostanze che, disciolte in
Gli eleltroliti
acqua, si dissociano negli ioni corrispondenti: tale p.ocesso è
definito dissoclazione
elettrolitlca.
Esempi di dissociazione
elettrolitica:
HCtO{
HI
HBr
Base (idrossido di sodio):
H:o'
NaOH
Acido (acido nitrico):
HNO3
Sale (cloruro di sodio):
NaCl
10.2.ActDt E BASI
Teorta di Arheniusr acidcFsosfaîza che in soluzione acquo_
sa dà luogo alla formazione di ioni H-; base = sostanza che in
soluzione acquosa dà luogo alla formazione di ioni OH .
H Ct.-H'+ClCa( O H) , - Ca"+ 2 O H Teoria di Bronsted-Lwryr
acid(Èsostànza in grado di cedere
protoni (H'); basesostaÍ\za-in grado di accettareprotoni.Ia base
coniugata di rn acido è la specie chimica che rimane dopo che
l'acido ha ceduro un prorone; I'acù1o coniugato è la specie chi_
mica che sì forma dall'unione della base con il p.otone cedùto
daìl'acido. Nella reazione tra allÌÍnoniaca gassosae acqua:
NH] + H, O + NHó' + O HNH3 è la base, HrO è I'acido, NH{. è I'acido coniugato, OH- è
la base coniugata.
Teor:ia di lrwis: acdcrsatanza
che può accettare un doppiet_
to di eletlúoni (elettrcfilo); óasesostanza che può cedere un doo_
piefio di elenroni (nucleoÍítd. H e un acido rn qurn(o è capace
di fissareun doppieno. NHr è una base in quanro è capaie di
donare un doppieflo: lo ione ammonio è ripicamenreun acido:
(ione ammonio)
:NH3 + H'
- NHr*
52
HS04
ct
Huo
cHrcoo
CH:COOH
H,COl
NHr'
HzO
H' + NOj-
Gli eÌettrolid sono definiti forti quando la loro dissociazione in
soluzione acquosa è completa, mentre vengono definiti deboll
quando la dissociazione in soluzione acquosa è Darziale.
I
ttr
H,SOI
HCI
Na* + OH
Na. + Cl
base
clo,l
HCOt
NH:
oFr
BASI
I0.3. IORZADEGTIACIDIE DETTE
Gli acìdi e le basi che in soluzione acqùosa si íonizzano completanente sono denominati actdl e basi fortt. Al cootîario gli
acidi e le basi che in acqua si ionizzano Parzialmente sono detli
acidi e basl deboll. Esempi: acido fone=acido cloridrico (HCl).
base forte=idrossìdo di sodio (NaOH), acido deboìe=acido acetico (CHlCooH), base debole=ammoniaca (NH3).
t0.4.cosrAN DtDlssoclAzloNE
it
Per gli elettroliti deboli esiste un eqùilibîio di i,oîi2azioîe
quanto le molecole indissociate restano in soluzione ifl equili
brlo (on i propri ioni dis<oîiali tuelocilà di dLrsociazione = I?kÈ
cità di
Questa situazione di eqùilibrio è esp.eisa
^ssocic4zione).
mediaflte
una costante di dissociazione: I(1 per gli acidi e Iq
per le basi. Esempi:
. acido debole (acido acetico)
C H ì C O O H : C H T C O O - +H '
K ,=
tcH3coo-ltH.l
IcH3cooHl
forme dissociate
forma indissociata
. base debole (anmoniaca)
N H j +H r O ? N H a - +O H -
,_
INH4.I tOH-l
INHJ
53
forme dissociate
forma indissociata
Acidt poliprodcl
sono acidi che contengono più di un atomo di
idrogeno ionizabile. Per ogni dissociazione è possibile scrivere
una I<". Es.: HzS (acido solfidrico, coo 2 atomi di H ionizzabili):
1.
H,S :
H' + HS:
2.
HS:
H'+ S-
tH'ltHsl
tH,sl
K ,u -
IH']IS]
tHSI
Dl SOLUBlr|TÀ
10.5.sAUE PRODOTTO
Il sale è una sostanzache in soluzioneacquosaè completamentedissociatonei suoi ioniConsiderando una soluzione satura, cioè con il soluto presente come corpo di fondo, fra il corpo di fondo e gli ioni in
soluzionesi stabilìsceun equilibrio.Ad es., per una soluzione
saturadi bromuro d'argenîosi stabilisceI'equilibrio:
Ag'+ Br
AgBr1.; ?
co.Po di
fóndo
La cost2nte di equilibrio è:
tAg'ltBrl
IAgBd
PoichéAgBr è solido e la sua concentrazionepuò essereconsidenta costante,[AgBrl si può inglobarenella costante:
K ' tÀ g Brl = IAg tl l B rl
tl re.mine K. . {AgBrl è chiamatocostarte del prodotto dl solubifftà (KJ. Quindi per la soluzione satura di bromuro d'argento, il prodotto delle concentrazioni dei suoi ioni, ad u|w data
lemrymÎun, è costante:
Kp.= tAs' ltBrl
Costanti del prodotto dl solubílítò di qlc*ne sostanze6 25oC:
sostanza
AgBr
AgI
Ag,CrOa
Kr"
4. 3. 1 ù ' '
8, 3. 1 ù ,'
1 ,9 . l0 t z
sost4nza
BaSOa
CaCOj
Pbsol
54
1.1. 10.4,8 . 10"
1,8. 10*
10.ó.PRoDoItoroNrcoDEU.'ACOUA
L'acq\ra pvra si íonizza debolmenteed è, quindi, un canivo colts.
dunore. La lonlzzazione dell'acqua è:
H zO+ H zO:H j O' + OHH3O': ione idfooio, spessoè scrino più semplicementeH': Off:
ione ossidîile.
I-a costante di equilibrio è:
[HrO'][OH]
,,
'tH,Ol'
L4 concentrazione dell'acqua è costante una mole di acqua
pesa 18g e in 1/ di acqua, che pesa 10009,sono conreoure
1000/18=55,6
moli di acqua(mol/D; quindi IH'O]'zsi pùò inglobare nella cosrante Iq ed il prodono cosrante I<. . [HzO]r, è
denominato prodotto ionlco detl'acqua (K-) ed a 25"C assume il valore 1 . 1o-rr:
K*= IH3O'llOH-l= 1. 10-raoppure K*- [H'][OH-] = 1 '10.ú
Nell'acquapura, per ogni molecoladi acqua che si ionizza,si
ottengono uno ione H* ed uno ione OH-, quindi:
tH1 = toHl
tH ì,-1.10-É
[oH- ] '=1- 10- , 4
lH'l = 1f? mol,4
[oH-] = 1ù7 moVl
Una soluzlone in cui [I'] = [OHl
- 1O-7è neutra.
ì0.7.AC|D|IÀE EAS|C|TÀ
DEttESOLUZ|ONI
Quando in una soluzione viene aggiunta una sostanza&
aumeotala concentrazionedegli ioni H' o degli ioni OFf- f!guagkarza tH1 = tOH l non è più valida e la soluzione n@ è
più neutra.In particolaresi ha:
lH.l - IOH-ì = 1O-1 soluzione neutra
tH'l > tOHl > 1ù1 soluzio\e acida
tHl < tOHl < 1tr7 soluzioîe basica
I0.8. SCATA Dl pH
Per defìnire il grado di acidità o basicirà di una soluzion€ rpiù pratico utilizzare un ope€tore Íxrtematico denomi!- a
(piacca); si definisce pH il lqaritmo decinab nqatin d*acentrazione Ar ogeniortica:
pH - -log[H'l
da cui
[H.]=1ùPn
55
a
In questo modo i valoîi di pH variano da 0 a 14 per soluzioni
con [tlt] e [OH1 oon superioria 1M:
se pH < 7 (tra 0 e 6,99)
la solùzioîe è acida
se pH = 7
la solrzioîe è neutra
se pH > 7 (tra 7,01 e !4)
la sol.uzioîe è baska
Esempi:
[H+]= 1+ pH= 0
IH.l - 1' 10 7 - pH = {-D = 7 soluzioneneutra
lH.l = 1.10-5 * pH = {-5) = 5 soluzioneacida
lH.l = 1. 1ù' - pH = -,(-9) = 9 soluzionebasica
tH.l= 3. 1ù5 - pH= -log 3. 1ù5= {log3 + log10-')= <0,48-5)
= 4,52 soluzioneacida
PH di akune soluzioni conuni:
Analogamentesi può definire i-lpOH come:
pOH= - log[OH1
da cui {OH-] - 10-PoH
Per tale determinazione spedmentale del pH si urilizzano:
r lndicatori: sostanze che cambiano colore a seconda delI'ambìente acido o basico in cui si trovano;
r piaccametfo:
strumento elettronico che indica dùetlamente
il pH quando i suoi elettrodi sono immersi nella soluzione:
r cartina universale: striscia di carta da filtro imbevuta di uoa
miscela di indicatori ed essiccata; quando la canina viene a
contatto con la soluzione assume una particoÌare colorazione
a seconda del pH: il confronto di tale colorazione coo una
scala cromatica riponata sulla scatola della canina permene di
individùare il pH.
Ciascun indicatore ha un krtervallo di pH ottimale in cui può
essereutilizzato: in questo intervallo l'indicatore cambia colore ed
il fenomeno è chiamato viraggio; I'intervallo di viraggio cosriruisce un'utìle infofmazione per poter scegliere l'indicarore più adarto all'uso.
Al.cuni indicatoi tli pH
sostraflza
HCI (0,] M')
succo qasúlco
aceto
pH
I
2
2,9
aumento dell'acidi!à
Dllfa
uflna
acquaPura
sangue
acqua di mare
NaOH (0,1M)
neutrr,lità
7
1,4
ó,)
aumenlo della basiciú
V
13
10.9.DETERMINAZIONE
SPERIMENTAIE
DEt oH
Il prodotto ionico dell'acquasi può quìndi scrivere:
PH+POH=14
Ualori del pH e delle concentrazíoni di [}j'] e [OH-]
pH
0
tH'l
toHl
solùzione
10.'
2
1
1fi'
10-z
3
101
4
10-4
5
6
10'
10',
10'"
10,
10*
Acida
Acida
Acida
Acida
Acida
Acida
,A.cida
I
7
I
10+
1017
10-5
10.r'z
1017
1(F
t0{
1ù'
10.'
Basica
Basica
10r
Bxsica
Metilarancio
10-J
Basica
Rosso metile
1.2
1tr'0
10",
IV'"
Basica
Rosso clorofenolo
13
1 ùrr
14
10.!
10'
10r
1
Basi.a
Basica
9
10
11
giallo
giallo
Tomasole
4,8-6,4
6,0,7.6
4,5-8,1
Rosso fenolo
6,4-f3,2
g i al l o
8-9.6
8-9,8
Siallo
10,1-11
giallo
Blu bromotimolo
Blu timolo
Fenolftaleina
Giallo alizarina
56
il Liîagqio
giallo
3,1-4.4
giallo
blu
Dlu
fucsia
57
t0.10.lDRousl
L tdroÍst è l'intelazíone Íra un sale e I'acqua per formare soluzíoni acide o basicbe Quando un sale si scioglie in acqua si dissocia in ioni. Il tipo di soluzione che si ottiene, acida o basica o
neura, dipende dalla forza dell'acido o della base da cui gli ioni
provengono (il sale si può consideÉre fornìato dalla reazione di
un acido ed una base).Si possonoaverele seguentisituazioni:
r soluzione neut :r = quando il sale deriva da un acido forte
e da una baseforte; gli ioni dissociatidel saletendono a rimanere come talì ìn soluzionee non reagisconocon l'acqua;
. soluzlone aclda = quando il sale deriva da una base debole
e da un acido forte; gli ioni che provengonodalla basedebole si idrolizzano(id.rolisiacda);
. soludone basica = quando il sale deriva da un acido debole e da una base forte; gli ioni che provengono dall'acido
debole si idrolizzano (idlolisi b.lsica).
Esempi:
. Nacl (cloruro di sodio)
Dissociazionein acquai NaCl + Na' + clNa' provieneda NaOH basefofte, Cf provieneda HCI acido
fone. I due ioni non reagiscooocon I'acqua(nessunaidrolisi) e la soluzionerisuha neutt^.
. AlClr (cloruro di alluminio)
Dissociazionein acqua:AlClr Alr. + 3Cf
Reazionedi idrolisi: gli ioni provenienridalla base debole si
idrolizzanosecondoI'equazione:
AI3' + H,o ? Al(oH)r. + H' idtolisi acída
. Na, COr (carbonatodi sodio)
Dissociazionein acqua:Na2COj 2Na' + CO3l
Reazionedi idrolisi: gli ioni provenientidall'acidodebole si
idrolizzanosecondol'equazione:
Cor'?-+ HrO : HCO' + OH idîolisi basíco
r Quando il sale è costituitoda ioni che provengonoentrambi
d^ elettroliti deboli, si ottiene una soluzione neutra se le co$anti di dissociazione
acidae basicasono simili; in casocontrarìo
è necessadoconoscerela fona relativa degli acidi e delle basi
deboli DerorevedereI'aciditào la basiciù della soluzione.
58
t0.rl. sotuztoNtTAMPoNE
t-e soludoni
tampone sono sistemi in grado di mane ere
ualore di pH costante anche se venSono addizionate picca
quantiîà di ioni}flo'(H')
o Orr.
Sono formati da soluzioni di:
. un acido debole in unione con il suo sale con una base fon
(es. acido acetico+acetato di sodio)
. una base debole in unione con un il suo sale con un acid
forte (es. ammoniaca+cloruro di ammonio).
Gli ioni H3O- o OH- che si aggiungono non restano liberi, ú
sono 'canurati" dalle specie chimiche Presenti ed i loro effetrì sl
pH sono ridotti. Il potere tamponante è tanto più efiìcace qu{Ít
più la concentiazione dei componenti della soluzione è uguale.
. Esempio: soluzione tampone costituita da CHTCOOH (acid
acetico) e CHTCOONa (acetato di sodio).
r Dissociazione dell'acido acetico in soluzione:
cH.cooH + H,o ? cHrcoo- + Hro'
K"=
ICHTCOOIIHrO]
lcHjcooHl
i Dissociazione del sale in soluzione:
C H T C O O N a - C H T COO'+N a '
L'acido acetico, essendo debole, si ionizza poco mentre i
suo sale con una base fone è molto più dissociato e con
tribuisce ad aumentare il numero di ioni CHTCOO- (bas|
coniugata dell'acido) presend in soluzione.
. Ag[aiunta dí una acido (Hta) alla soluzíone. Auî]€îta li
concentrazione di H1O.. ma essi si combinano cot
CHJCOO- provenienti principalmente dalla dissociaziori
del sale, dando origine ad acido acetico (acido debole
poco ionizzato) e lasciando inalterato il pH:
cHiCOO- + Hlo' : cHrcoOH + Hro
. Ag+iunt,t di una base (oH ) .tlla soluzlone. L'aggiunta di ior
OH- non provocherà aumento di pH poiché, reagendo cú!
CHTCOOH, scompadfà dalla soluzione secondo la reazione
CH3COOH + OH- ? CH:COO- + H:O
10.12.REAZION|
Dr NEUTRA|TZZAZIONE
ACIDO-BAsE
E TITOIAZIONI
sale+acqua.
acido+base
Reazlonl dl neut.alizzazlone
Sono così chiamate perché facendo reagire quantità equivalenù (
acido e bîse (cioè contenenti lo stesso numero rispeftivamente <
59
H' e OH), gli ioni H' dell'acido si combinano con gli iooi Orf
della base neutralizzandola soluione. C,ofisiderandoche lo ione
H' è presentecome HrO' si può scrivere:
+
H3O' + OHH,O
HzO
:
acido
base
base coniugata
acido coniugato
Il momento preciso nel quale la neutializzazioneè completa
puÒ essereevidenziatocon indicatori.
In labo.atorio si usano le reazioni di oeutralizzazione per la
deteminazione quantitativa di acidi e di basi mediante I'operazione della titolazione.
La dtolazlone è un merodo di analisi quantita.tíua che consente di determinare la concentrazionedi una soluzione, di cui si
preleva un volume noto, facendola reagire con un'altra soluzione a volume e concentmzione noti (titolante). Ad es. un acido
può essereneutralizzato da una base: aggiungendo un indicatore si può osservarein quale momento la neutralizzaziorìeè completa; in quel momenro gli equivalenri della soluzione da ritolare
sono uguali a quelli del titolante. La relazione che consente di
determinare la concentrazionedella soluzione incognita è:
Vr . Nr = Vz . Nr dove V=voìume espressoin litri, N-concentrazione espressain normalità.Noti i volumi con cui due soluzioni reagisconoe la normalitàdi una soluzione,si può calcolare
la normalitàdell'altra:Nz=Vr. Nr/Vz
r 0.t3. toNtcoMPtEssl
Uno looe complesso è costituito da uno ione positivo centrale che lega a sé un dererminato numero di molecole polari o
ioni negativi (l8andí). ll numero di coordinazione è d^to d^l
numero di ligandi che circondanolo ione centrale 12,4,6).ln
soluzione acquosa gli ioni complessi si comportano cor\e elettroliti debolí I3 costante dl lnstab ità (K&.) è una grandezza carafteristicadegli ioni complessi. Es.: Ag(NH)i è uno ione
complesso in cui Ag' è lo ione positivo, NH, è il ligando, 2 è il
numero di coordinazione.In soluzione acquosa si dissocia
secondoil seguenteequilibdo:
Ag(NH),'ZAgt + 2N'Hr
lAg'ltNH,l'?
Kiú. = _
tAs(NHtiì
quanto più piccolo è ìl valore di K.d
tanto più stabileè il complessoin
soluaone
60
II. L EREAZ ION ID I
(REDox)
ossrDoRtDUztoNE
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
Le reazioni di ossidoriduzioneo redox sono reazioni in cui
a!'\riene un trasferílnento di elettroni (e); la variazione del
numero di ossidazione(n.o.) degli elementi in una reazione,
indica che si tratta di una redox.
ossldazlone: processo per cui da un atomo o da un gruppo di
atomi sono rimossi elettroni. Un elemento sl osslda quando
cede elettronied aumentail suo n.o.
Rlduzlone: processo per cui ad atomi o gruppi di atomi sono
aggiuntielettroni.un elementosl îlduce quandoacqùistaelettroni e diminuisceil suo n.o.
Agente dducente è la sostanzache cede elenroni e si ossid".
Ageote ossidante è la sostaM-ache acquistaeleîtroni e si riduce. Esempiodi redox:
K C IO{+ Zn+ H C l ?K C l + Znclz+ HzO
Zn: cede elettroni (e-), aumentan.o.= si ossida,è agenteriducente
cl: acquistae-, lliglìnuiscen.o.= si riduce, è agenteossidante.
Per il btlanciamento íl numero di elettrcnl cedúti detE ess€.re
uquale al numero d.l elettroni acquistati:
+ 8eCl si è ridotto acquistando 8ezn si è ossidato cedendo 2e- - 2e- - 2e x 4 = - kPer bilanciaregli elettroni occore moltiplicareper 4 la coppia
Zt/ZnCIz:
KCIO4+ 4 Zn + HCI : KCI + 4 ZnCl, + HrO
Successiuamentesi bllancíano le nasse
KCIOI + 4 Zn + 8 HCI : KCI + 4 ZîC\ + 4 H,O
. Altro esempiodi bilanciamentodi redox:
.1
+t
+5
+1
AszO3+ 959..11'9 + Hdsoa + NO
2A st,* 2A s' 5+ 4eN.t + N" - 3em.c.m.(4,3)=12
Dtuidefido il m.c.m. Pt 4 e W 3 si ottmgono i coeÍfi.íznîi detle
spectecoinwlte nell4 redox. Si Ulonaíano le cadcbe epoi b rna'sg'
3Asror + 4HNO3+ THrO + 6HrAsO{+ 4NO
61
Bllanclamento con tl metodo della seolreazione. II numero
degli s acquistatiqella riduzione deve essereuguale al numero
di e- ceduti nell'ossidazione: al fine di bilanciare una redox, è
utile suddividerla in due serolreazloni che vanno bilanciate
sepaÉtamentee poi combinate. Inoltîe, poiché la maggior pane
delle reazioni alviene in soluzione e le sostanzesono acidi, basi
e sali che si dissociaoo in ioni:
> seI'anbiente è acrdq nelle semireazioni.siaggiungonoioni
H* per biìanciare le cariche e molecole di HrO per bilanciare le masse;
, seI'ambienteè basrcqnelle semireazionisi aggiungonoiooi
OH- per bilanciarele carichee molecoledi HrO p€r bilanciare le masse.Esemoio:
KMnOa + FeCl2 + HCI + MnCl, + FeCh + HrO + KCI
1. sí scriw la reazione in Íorma ionica, senza gli ioni cbe flon
uariano il n.o.:
MnOt + Fez' + H' + Mn2++ Fel' + HzO
2. sí scdnno le dt@ semileazíoni e si bil4?Eiano s4)amîarrvnfe
tenenda conto dqli elettroni ,rassi in gíoco (&zriazione n.o.):
M n O ;+ 5 e -+ Mn "
(ríduzione)
é Fe3' + 1e- (ossdazione)
3. si bílancittno le caricbe e le masse delle sernileazioni:
MnOl + 5e- + 8H++ Mn" + 4HrO
Fe"
Fer. +1enellasemireazione
di riduzionegli 8H. seraono
a bilaÍciarele cariche(a
siniskasi avevano6 caricheneSarive,
a desrra2 caricheDositive).
men_
rre le nìolecoled acquaservonoa bitanciare
te mrrse ,et;ùveaetjaromi
di He O;
4. pr Tnregiare il numero dqlt etetffoni si effeth.ta il îrínímo
comune multiplo (m.c.rn), in quejo caso 5 x 1 = 5, e si díoide
k e nurneTo per 5 nclla semir.eazione di tiduziorz elpr 1 nella
sernireazione di Xsidazione e si oîtengono i coefi.ienti pet cui
dewno 6se/e moltíplicati t termini di ciascuna senircaziane
1 xJ M nO 4 + 5e- + 8H' M nr - + {1 1 1 6
Fez. + Fe3.+1e5xl
5. si somma membro a membro e si operano le oppoúune sem_
plifrcazioni:
Mnol +/-
+ 8H. + 5Fe,-
-
62
Mn,. + 41zo + Jps3.+2(
6. si ipofia la reazíone globale in Íorma nolecolare, oPerando
euentuali bilanciqmenti per quelle q)ecie cbe non banno
breso barte allo redotc:
KMnOa+ 8HCl+ 5FeCl,+ MnCL + 4H,O + 5Feclr + KCI
Massa equfual€îte nclle r€do* in una redox I'equivalenre di
una so$arÌzÍrè quella quantità che in una .eazione scambia una
mole di elettroni; per calcolaregli equivalenti in una redox occotre conoscere il numero di elettroni impiegati nella semireaziori€
da ciascunaspecie; la massao peso equivalente è dato da:
rrE--
PM (massamolecolareo Desomolecolare)
No elettroniscambiati
Ad es. nella reazionedel KMnOrr
ME = pM (KMnOr)/5
Spontarteltà delle redox: le specie chimiche non hanno ture
la stessa tendenza a ridursi o ossidarsi. Non è possibile defìnirc una specìe riducegt€ o ossidante in assoluto, ma solo relativamente ad altre-specie. Sperimentalmente si può dimostrare
che lo ione rame ha una tendenza a ridursi minore dell'argento e maggiore dello zinco. Confrongndo più coppie redox fia
loro è possibile costluire una scala nelìa quale le va.ie specie
sono collocate in ordine crescente di tendenza alla riduzione. Si
può così prevedere la spontaneità di una reazione redox.
Tendenza all.a iduzíone dl alcune sPecíe
fil
lEl
ls l
l:l
i,
Na'
+e-
AT'-
+2{
+3e+2t
te_
Pb,'
ZH'
+2{
+2e+)è
Clz
+2€
+e
+2{
Au'*
+3€
F.
+2t
Cu"
-Na
- Zî
- Fe
- Pb
-H 2
- Cu
-
2Cl-
*2F
T2.t'ELETTROCHIMICA
a a a a a a a a a a a a a tr a a a a
ptLE
t 2.t .PROCESSI
EIETIROCHtMtCt
SpONTANEt:
Le reazioniredoxpossonoessere
per la produzione
sfruttate
di
energia elert ica quando gli elettroni prodofti dalla ossidazione
attraversano un condutto.e metallico esterno producendo un
flusso di eletÍoni, cioè ùna coffenle elettîica. I dìspositivi elettrochimici in grado di fornire energia elettrica da una reazione
chimica sono detti celle galt)anicbe o uoltaícbe o Díle.
Pila Daniell
È il più semplice esempio di pila ed è formata da:
r una semicella costituita da una lamina di Zn immersa in una
soluzione di ZnSO.{ 1M
r una semicella costituita da ùna lamina di Cu immersa in una
soluzione di CuSOr 1M
r un filo condutrore che collega le due lamine meralliche o
elettrodl
r un ponte salino (nrbo di vetro a forma dì U contenente una
soluzione acquosa di KCl) che collega le due soluzioni senza
che esse si mescoìino.
Nel circuito è inserito uno strumento di misura Der rilevare il
passaggio di corrente.
Scbena dellcapila Daníell
ZúS01
CUSOa
64
Le reazioni che awengono agii elettrodi sono:
r Zn (s) * ZrÌ' + 2t ossidazione dello zinco i cui ioni pas
sano in soluzione e l'elettrodo si dissolve; l'elenrodo su cui
al.viene la reazione di ossidazione è detto polo negativo
(anodo) O ìn quanto fornisce e-.
. cu'z* + 2e + cu (s) riduzione degli ioni rameici con dep(>
sito di rame sull'elettrodo di rame; l'elettrodo su cui an'iene
la reazione di riduzione è detto polo positivo (catodo) O in
quanb atuae e .
Gli e passano dall'elettrodo di Zn attraverso il circuiîo eslemo
all'elenrodo di cù e il dìspositivo fornisce una coffente contìnua finché perdura il fenomeno. Poiché le reazioni p.oducono
un eccesso di ioni Zn'?-in una semicella e di ioni SO;- nell aiffa, la reazione s'interromperebbe se non ci fosse il ponte salino che cede gli ioni necessari per ristabilire l'equilibrio.
Scbenatizzazíone della pilo Danielll
.qti/zî"//C\l'z./cù
@
DEGLIETETTRODI
T2.2.POTENZIATI
STANDARD
Non è possibile misurare il valore assoluto del potenziale di ogni
singolo elettrodo, ma si può misurare la differenza di poterlziale
(ddp) tra due elenrodì diversi. Se si considerano tre pile in cùi il
polo negativo è costituito sempre dalla semicella Zn"/zn e il
polo posìtivo rispettivamente
da Cu'?./Cu, Ag.,/Ag, Snrt/Sn. si
osserva che gli ìoni Cu'z.,Ag', Sn", hanno una diversa tenderiz"
a ridursi nei conf.onti dello zn. Questa tendenza è denominaÌa
Ìntenziale di riduzione eleîtrocbímico (E) di una cella e si rnisura in volt (D: ogni semicella ha un valore di E tanto più elevato
quanto più grande è la sua tendenza a ridu6i.
Analogamente, s€ si confronta il potenziale di ciascun elettrodo con
qrello di un eleÍtrodo di iferirr@nto, a c'Ji si assegna rlft ualore arbt
h,ario O, è possrbie ottenere una scala di valori dei poterEiali di
riduzione. L'elettrodo di dferimento è l'elettîodo a idrogeno (un
elenrodo di platino ifimerso in una soluzione acida 1M a 25'C, in
cui si fa go€ogliare H, alla pressione di latm); la reazione di riduHr. Per deterzione che awiene a questo elemodo è, 2H*+2s
minare sperimentalnente il potenziale di un eletrrodo, si costniisce
una pila in cui l'altro elettrodo è quello ad idrogeno e si misura il
valore della ddp, questo valore conisponde al potenziale di ridu-
65
zione standard (80) dell'eienrodo e, pff convenzione,viene riferito ad una concentrazione1M degli ioni presenti nella soluzione
acquosaaua temperaturadi 25'C e pressionedi 1 atn.
Potenziali standard .li riduzione (V) di alcuni elettrodi
Agenti
--l
deboli
f trt'f
ridu(enuI
I r^., I
*-raa"rt"r*
Li'+e- - Li
Na'+e-
+
0.0592
E = E U + -l og
E" (lD
-3,O4
-{,83
znz'+2e
-zn
4,'t6
Crr'+e
-4,4r
cd'+2e
Cf'
cd
-
-{,40
4,34
-4,24
Tl'+e- + Tl
co"+2e
co
-
Nir'+2e
Ni
Sn'?*+2e
Pb:.+2e
-
Sn
-{,14
-11,t 3
0,00
+0.15
+0,16
+0,20
+0,34
+0,40
+O,54
+o,17
+0,80
+ 1, 07
Pb
2HrO'+2e- H,+2H,O
Snr'+2e
Snz'
-
cu"+e - cu'
BiJ'+3eBi
Cu"+2e- ' Cu
o:+2H,O+1s 4OH
I,+2e + 2I
Bî,+zt
-
2f3.
cEttA.
d
è
c
6
o
6
-
+1.36
+1,4O
2Cl-
MnOa+8HrO'+5e- Mn,'+12H,O
Agenri
fori
l
Co' +e-
-
CoÈ
I Ag':-e-- As'
L
jl2-:ir---J
ljìJ:-;;,il
a'b"ri I
Quanto più elevato è il valore della ddp tra due elettrodi. tanto
più efficiente è la pila, cioè tanto maggiore è la tendenz degli
elettroni a trasJ€îiîsi dal polo negativo a quello positivo. Quando Ìa ddp è misurata a circuito apeno si chìama forza elettromotrice e si misura in volt. Dalla scala dei potenziali sundard
si può calcolare a priori la fem di una pila con la seguente relazione:
fem =E@ - Eqe
Tale valore è defìnito potenziale dl cella.
Ad esempio il potenziale di cella nella pila Daniell è:
E@ = Eo cu'?-/cu = +0,34
EqO- Eo z\2./zn = -0,76
Fem = +0,34V - (- 0,76)V = 1,10 V
I-a feúr consente di conoscere lia spontaneità di una reazione
) se fem ha oalore posiÍiùo la reazione è spontanea
- il sistefi è \tna pila;
) se fem ha rrî ualore negotiuo la reazione non è spontaneaossia per al'venire si deve fornire energia elettrica al sistema
+ il sistema è ur\a cella elettrolítica.
O,+4HrOr+4e- + óH,O
Cl,+ze-
[forma ridoru]
(fem) E POTENZIATE
12.4. FORZAETETIROMOTRICE
Dl
Fe"+2e- + Fe
-
lforma ossìdata]
,? = numero di e trasfe ti nella semireazioneconsiderata
0,0592 è ricavato d,a 2,3R"î[F; R=8,3Ulmoli K; F=96500C:
T=298Ke 2.3 per passareda ln a Iog.
Na
2H1O+2{ + H,+ZOH
12.3.EAUAZIONE
DI NERNST
L'equazione di Nernst mette in relazione il voltaggio di une
cella con le condizioni in cui la cella ooera (diverse da quelle
standard):
+ 1 ,5 0
+1,81
+1,98
+2,87
I2.5. PROCESSI
ETETTROCHIMICI
NON SPONTANEI:
EtEnROUSI
V
I valori positivi indicano che la tendenza a ridursi della specie
consìderataè maggìore di quella dello ione H', e viceversa per i
valorì negativi.
Cella elettrolltica
quando una reazione eleftroed elettrolisi:
chìmica non è spontanea (fem negativa), per farla am'enire si
deve fornire energia elenrica. Tale processo è denoninato elettrollsl = reazione di ossidoriduzione non spontanea causata dal
passaggio di coffente eleftrica tra due elettrodi immersi nella
67
soluzionetra i quali è stataapplicatauna ddp. Il sisremain queste condizioni è una cella elettfolltlca. Per realizzare I'elemolisi occorrono: un recipiente, due elettrodi, un elettrolita, un
Seneratore di corrente continua.
Sono I'azione del campo elettrico gli ioni in soluzione migraoo
verso gli elettrodi dove subiscono reazioni di ossidazione o
riduzione. In paticolare:
. gli ioni positivi o cadonl migrano verso il catodo (negattvo)
e si riducono acquisando elenroni (rtdudone)
. gli ioni negativi o anlonl migrano verso fanodo (postttuo)
e si ossidano cedendo elettroni (ossldazlone).
L'eleftrolisi è un pîocesso utile per onenere sostanzemolto pure.
Pila ed elettrolisi a confronto
Processo
Reozione
Iawro eleftico
Inwro cbimico
Anod.o
Caîodo
'2lJa
spontanea
prodotto
assorbito
negativo
positivo
elettrollsl
non sponEnea
assorbito
prodotto
positivo
negativo
catodo (-)
a) Na-+
b) 2HzO
c) 2HrO.
riduzione:
+ Na
e+ 2e- + H, + 2OH+ 2eH2+ zHzO
-
E"= - 2,71v
Eo- - 0,83V
E0=0,00v
dal punto di vista dei poreMiali di riduzione la reazione più
favorita è la c), ma essain pratica non awiene per le bassecon-.
c€ntrazioni di HrO'; I'unica possibile reazione è quindi la b) che
wiluppa Hu gasso{o e ioni OH-;
\
anodo (+) ossidazione:
ù 2ClCl: + 2eE0--1,36V
b) 6HzO
4H3O.+ 9, + 4s* 2}l2O + Oz + 4ec) 4off
Eo=- 0,40v
Il processodi ossidazionepiù favorito è la reazionec), ma essa
in pratica non awiene a causa della basseconcentrazionidi
OH-; all'anodo si osservasperimentalmente lo sviluppo di cloro
in quanto i valori degli altri porenziali vengono modificari da
fenomeni elenrochimici di altra natura (es. sovrarensione) e
divengono minori di quelli del cloro.
La reazione globale èr
2Cf + zHrO r Hr@ * Cl, G) + 2OHal catodo
Nell'elettrolisi, quando le reazioni che awengono agli elettrodi
possono coinvolgere anche le molecole neutre del solvente trasformandole in ioni, owero quando vi è competizione di reazione asli elettîodir
al catodo si riduffà più facilmentela speciecon porenzialedi
riduzione maggio.e
all'anodosi ossideràpiù facilmentela speciecon potenziale
di ossidazione maggiore (i valori dei potenzialí di ossidazion e sono di segnooppostorispettoa quelli indicatinella tabel'
la dei potenziali sandard di riduzione).
Elettrolisi del dofrro dt sodto frrso: I'elenrolira è il cloruro
di sodio fuso (800oC):non sono presenri alÌre specie chirniche
e le reazioni agli elettrodi sono:
catodo (-) riduzione
2Na'+ 2e2Na
anodo (+) ossidazione 2Cl- + Cl, (g) + 2e-
Elettroltst dell'acqua: I'acqua pura è poco dissociata e tÉr
esseîe softoposta ad eleffolisi viene leggernente acidulata con
HrSOt. I€ speciein soluzionesono: HlO., SOir-,HrO, OH-- A
causa della bassa concentrazione di HzSOr le uniche reazioni
possibilìsono:
catodo (-) riduzione:
anodo (+) ossidazione:
4H2O+ 4t * 4OIl' + 2H, G)
6HrO
4H3O. + O, G) + 4e-
Considemndo che gli ioni HrO' e OH- si neutralizzano per formare HzO, la reazione globale è:
zH,O + 2H, (g) + O, (9
Elettroltsl del cloruro dl sodlo tn soludone acquosa: oltre
agli ioni Na' e Cl- sono presenri gli ioni HrO. e OH- (in rracce)
e le molecoledi HrO. Le possibilireazionisonoi
68
b-_
all'modo
69
ì 2.ó.TEGGIDI FARADAY
Og[i processo elettrochimico è regolato da un rapporto ben
determinato tra Ia quantità di corrente erogata attraversola cella
e Ia quantità di sostanzache si libera o si deposita agli eletrrodi.
Questo rapporto è stato studiato da Fataday che enunciò le
seguenti leggi:
Una mole di Na equivale 23$ peî pîodune 239 di Na in
^
una reazione elettrochimica
eccofîe una mole di elettroni,
paîi, 96500 coulomb. Si possono produrre 23g di Na con
una ^corrente di 10 ampère peri9650 secondi o con uria altra
combinazione di ampère e sec\di che dia come prodotro
96500.
l. prtma legge di F
la quanritàdi speciechimica ossi^îadayt
data o ridotta ad un elettrodo è direttamente proporzionale
alla quantità di elettricità che passa in soluzione
Equtualente chfunlco (ME) = quantità in grammi di una
sostanza che si libera o si deposita ad un eleffodo i!
seguito al passaggiodi lF (96500 C).
2. secooda legge dt Faraday: jl passaggiodi 1 Fa.aday (96500
Coulomb)causal'ossidazioneo la riduzioneagli elenrodi di
una quantità in grammi di sostanzapari alla sua massaequivalente.
Equlvalente elettrochtmtco (eq.e) = quanîità in grarnmi di una sostanzache si libera o si deposita ad un elettrodo in seguito al passaggiodi 1C. Si può onenere div+
dendo ME per 96500 C:
r 2.7.ASPETTT
AUANftfATtVt
DEtt'ELETÍROUSI
ME
Ampère (A) = unit-àdi misura della intensità della corrente elet-
96500
tflc:l
Coulomb (C) = quantità di elettricità prodotta dalla conente di
un ampèreche fluisce in un secondo:
1 C : 1 A. 1 s
Se una conente di intensità I, in ampere, è fatta passareper il
tempo t, in secondi, la quantià di elettricità in coulomb è:
I . t coulomb
Una mole di elettronl = un numero di Avogadro (No) di elettîoni (6,02 . 10'z3).
Caricadi un e- = - 1,6. 10rreC
Quantità dt elettrtda dl ufla mole di elettronl = equivale a
Novolte la caricadell'elettrone,cioè:
6,02. 102.x 1,6 . 10-1eC= g6500 C = I fafaday G)
. Il passaggio di 1 Faraday di elenricirà, cioè di una mole di
elettroni, nella cella elettrolitica fa reagire contemporaneamente ai due eleffodi un equivalerrte chlmlco (PM ,/no di
e- impegnati nella semireazione di ossidazione o riduzione)
di qualunque sostanza; per es. il passaggio di 1F nella cella
elemoliticariduce a numeto di ossidazione0 al catodo:
- 1 mole di Ag- = 108 g
- b mole di Cu'?.= 63,6/2 = 31,79
- 7s mole di Al3. = 27/3 - 9s
70
71
II
I
tI
I
i
II:9Lf
Y,l
îî.',!u.9
l9Lo:'9.1
La cbifiica ínorganica studia le proprietà fisiche e chimiche
degli elementi e dei loro composti, i loro metodi di preparazione, le applicazioni pratiche. Ricoîdiamo che gli elementi aventi
la stessa configùrazione elettronica dello sîrato esterno hanno
proprietà chimiche simili e sono inseriti nello stesso gruppo.
(H)
13.t.|DRoGENO
Caratteristiche . Primo elemento della tavola Deriodica. ha un
protone ed un elenrone, lsr . E lelemenlo piu àbbondanLenel
l'universo ed è componente fondamentale della materia vivente e delle sosanze organiche . In natura è una miscela di tre
isotopi: p,.orlo (rH) peî tl990/0, deúterio ('?H)per lo 0,0160/0e /r'rzb (3H) radioattivo . L'idrogeno nolecolare (Hr) è il più leggero dei gas, è incolore, inodore, insapore; è costituito da due
atomi tenuti insieme da un forte legame covalente H-H.
Preparazlone . In laboratorio si ottiene usando I'appareccbio
di Kilp e lacendo reagire lo zinco metallico con un acido fortel
Zn + 2HCl + ZnCl2 + Hz î
. Industrialmente si prepara facendo passare vapore surriscaldato su carbone coke, o facendo reagire il metano (Cfl) con
I'acqua:
C+ Hr O + CO + Hz î
CHl + H, O - CO + 3H, î
Compostt prtncipalt. H ha numero di ossidazìone (!1.o.):
. + 7 nella maggior parte dei composti come I'acqua, I metano e gli alfti í.lrocarburi (composti di C e H), |arnmoniacq
gli acidi inorganici, gli idrossidi;
. - -1negli idnîi co'].Le l'idruro di sodio (NaH);
. 0 nella molecola biatomica H2.
Usi . È utìlizzato per la sintesi dell'ammoniaca, dell'acido cloridrico, del metanolo (CH3OH) e per la trasformazione degli oli
vegetali in maîgafll]l . Allo stato liquido è utilizzato in miscela
con l'ossigeno liquido come propellente per Azzi . Come deute.io è impiegato per preparare I'acqua pesante (DzO) che serve
da moderatoîe dei neutroni nei reattofi nuclea.i. . Come tdzio
è utilizzato in esperimenti di radiochimica, biologia, medicina.
ì 3.2. METAITI
E NON-METATTI
. I metalli hannopochielettroninel livello più estemoe maoifestano bassi potenzìali di ronizzaziorle, basse amnità elettroniche, bas-saelenronegatività. Il loro impiego è condizionaro dalìa
loro resistenza agli agenti atmosferici: alcuni reagiscono coo
acqua wiluppando Hz Bassoso (metalli dei gruppi lA e ILA). o
reagiscono con acidi sviluppando H, (metalÌi dei gruppi LA, IL{
e numerosi metalli di transizione), altri sono inattaccabili sia
dagli acidi, sìa dall'acqua (oro, argento, platino). Alcuni metalli
(es. alluminio) hanno la capacità di ricoprirsi di uno sÍato supe.ficiale di ossido che li protegge da ossidazioni più profonde
(pa-sstuazione) . Pîoprietà metalllche
sono tuni solidi (tranne il
mercurio), lucenti, buoni conduttori di calore ed elettricità. tenaci. malleabili, duttili e duri. Tali caratteristiche sono dovute ai
legami tuetallici. Metallurgia: insieme di operazioni tecnologrche che permettono di ottenere un metallo puro da un mineratrattamento dei
le; consta di tre fasi principali: 1. aticcbimenta
minerali grezzi peî allontanare le impurezze aùmentando la concentrazione del metallo; 2. estft.zione insieme dei processi cfumici che isolano il metallo puro; 3. raîinazionè insieme dei
processi termici o elenrolìtici che allontanano le impùrczze ritnaste. I metalli puri possono essere utilizzati per formare leghe
con svariate proprietà meccaniche, fisiche e chimiche.
. I non-metalli
a temperatura ambiente possono essere gassosi (azoto, ossigeno, ecc.) o solidi (silicio, carbonio, ecc.):
del non-metalll
solo il bromo è liquido. Caratteristiche
îispetto ai metalli hanno più elettroni nel livello più estemomanifestano elevata elettronegatività, possono formare tra
loro composti covalenti, i loro ossidi, con l'acqua, fomrano
ossiacidi.in soluzione acquosaformrno ioni negrti\ i
. I gias rlobili non hanno le caratteristiche dei metalli o dei
non-metalli, e costituiscono ùna classe a se slaote.
13.3.GRUPPO
rA (METAtu
ALCAUND
litio. sodio. porassio.rubidio. cesio. francio
. Hanno proprietà metalliche e sono gli eleCaratteristiche
menti con la più òassa elettronegatività . Hanno un solo elettrone nella conîgurazione eleftronica esterna (s') e possono perderlo con facilirà generando ioni monovalenti positivi . Esisto
no in natura solo come ioni . Hanno n.o. +1 . Sono molto reattivi . Reagiscono violentemente con l'acqua formando idrossidì
73
(basi foni) e liberando H, gassosoche si incendia facilmente
Der
I'eoergia liberata nella realone: es.
2Na + 2H?O 2NaOH+ H: î
. cli ioni Na* e K* sono indispensabili
per gli organismi vivenri.
Compostt prlnctpalt
. clorurc di sodia o salgemm4 (NaCl): sale abbondante nelle
acque del mare da cui lo si estraein apposite saline;
. idtossida di sodíoo nd4 caîtsrica(NaOH) e idrossídodi
botas_
s/oopotassacaustica(KOH): solidi,sotubiùin acquacon reazione esotermica.caustici(provocanosconarureper Ia fone
reazione alcalina), utilizzati nella preparazione di coloîanti,
detersivi, mateîie plastiche, tessili e nell,industria della cara:
. carbonato di sodio o soda (NarCOr, che si prepara con il metodo Solvayda cui il nome di sodasotn!, e calbonato di p)îalI'ia
opot4'iq (KrCOr: utilizz-atinell,indusrriadi vemici, verri, saponi;
. bi.arbonato di scdía (NaHCOt: utìlizzatocome sostanzaconúo
I'acidità gastricae per la preparazionedi bevande effervescemi.
t3.4.GRUppoI A (MEIAtuAt CAuNo_TERROSD
l
berillio, rrugnesio, calcio, stronzio, bario, radio
caratt€dsdche . Hanno propriea meElliche . Hanno 2 elettroni nella configurazione eletfonica estema (sr) e possono
Frer_
derli con facilità generandoioni bivalenti positivi . Non esistono
liberi in natum, ma sotto foma di composti ionici . Hanno n.o.
+2 . Reagisconocon I'acquaformando basi (idrossidi) meno forti
di quelle che si otrengono dai meralli alcalini . Gli ioni Car' e
Mg" impartisconodurezza all,acquae sono imponanti per molte
funzioni degli esseriviventi: il magnesio è presente néla clorq.
fflla vegeule, il pigmento necessarioFer la fotosintesi, ed il calcio è presentenelle ossa e nei denti come fosfato tlicalcico. nel
sanguee nelle cellulecome ione Cal..
Coúpostl pdnctpall
. ossidodl magnesioo nagnesia (MgO). usato in
medicina;
. amlonta silicato idmto di magnesio, cancerogeno;
. calbon&to dí cahia (CaCOl): si tro\.a in calcare.marmo.
calci_
te, è insolubile in acqua, e con acque ricche di CO, si rrasfor_
ma in Ca(HCO)r solubile: CaCOr+ HrO + COr + CaG{CO3),
. ossídodt colcío (CaO): si ottiene per aÍostimenro
del calcare
nei fomi a calce; è detto calce uíva petché provoca una reazione esoteÍnica con I'acqua formando l,rZrasido di calcio o
calce qer,ta (C^OH)r; quesra, unia ala sabbia. cosdùisce la
com$îe malta Ì.l,satanell'edilizia;
74
. solÍaîo dl calcia si trova come gesso,CaSOr . 2HrO e come
andr e, C^SO$
. sofato di bano (BaSOìt usato come sostanza di comrasto
nelle radiografie.
I3,5. MEIAILI DI TRANSIZIONE
Caratteîtsttche . Sono elementi che. nello strato estemo. riempiono per ultimo il sottolivello I che precede il livello più e$erno . Hanno pîoprietà metalliche . Presentanonon più di 2 eleîtroni nell'orbitale più estemo e tendono a perderli per tralormarsi nei conispondenti ioni positivi . Hanno vari n.o. in quanto nei legami possono essereurilizzati gli elettroni degli orbilzli
d oltre a quelli s . Alcuni, come i meralli nobili, sono ineni, altfi,
come il ferro, sùbiscono I'attaccodegli agenti atmosferici.
Veranno descdni i metalli di transizione più imporanú:
rBRO . È un meallo grigio argenteo . In naruÉ è dim.lso in
ÍirÉr?Jit etatite (Fe2O), tnagnetite(Fed)ò, Iùnaniîe(Feror. HzO),
pirite <FeS),siderite(FeCOr) . Si ossidafacilmente all'aria umida.
formando I'ossido di fero idraro (ruggine): FerO3. zHO . È un
componente dell'emoglobina del sangue . Un suo impon2nte
composto è tl solfatofelToso (FesOò utilizato come erbicida e
disinferhnE delle acque .
ferfo è uflizzato in leghe come la
gbis6 e l'accí4ic\ l'acciaio inossidabilesi oniene da miscele di
feno e carbonio con cromo e oichel . Il feno si ricava sopiattutto dai suoi ossidi lavorati negli altiforni, ove viene ptodoaa b
ghisa, miscela ferro-carbonio, utlizz^ta come tale oppure rrasformata in acciaio che ha un minor contenuto in carbonio.
RAME . Metallo rossasúo . In natura è diffuso allo srato elementare o in minerali: calcopirire (Ctr2S.FezS), corcllite (CuS),
cuprlre(CurO) . È duttile,malleabilee miglior condunoredopo
I'argento. In presenzadi aria umida si copre di un sottilestrato di carbonato basico chiamato tErd.eratte. Con lo zinco
fofma la lega ottone, coî lo xzgno forma il btonzo.
ARGENTO . In natuaasi trova allo statonativo o in eiacimeotidei
suoi sali . È il miglior condunore di calore ed elenri-cia . Si ri<>
glie solo in acido nitrico e solforico . Foma leghe coo il rame e
l'oro (argento 800: 800 pani di Ag su 1000pani di lega) . È usaro
in orefìceria,odontorecnica(amalgamaAg-Sn-Hg), elenrorecnka.
ORO . In natura si trova, ad esempio, nei filoni di quarzo aurifero o in pepite nelle sabbieaurifere di alcuni fiumi . È resistenre
agli acidi, si scioglie solo in acqua regia (7. di HNO] e % di HCI)
75
. È udlizzato in orefìceria, elettronica e ingegneria spaziale . In
lega con il rame forma I'oro rosso,co'l I'atgefìto I'oro uerde, con
il plari\o lbro bianco . Il titolo più comune è 18 carati (18 parti
di orc su 24 di lega); l'oro puro è 24 caratì,.
Aîgento, oro e platlno sono detti metalli nobili o predosl
per la loro ra.ilà e I'elevato valorc coÍìmerciale. Non 5i ossidano all'aria e si trovano in natura allo stato nativo. Per la loro
malleabilità,dunilità e l'aspenobrillantesono usati fin dall'antichità per produne oggetti preziosi e monete.
zNco . Metallo bianco splendente, molto reattivo . In natura
si trova in alcuni minerali come la blenda(Zrs). All'aria si ricopre di uno strato di ossido e resiste all'ossidazionein profondità
. È importante dal punto di vista biologico come cosdùente di
enzimi . È udlizzato per ricoprire di uno sffato protenivo il feno
(zíncatura), come dducente in molte reazioni chimiche e come
pigmento per vemici . In lega coî i faÍre fotm l'ottone.
MERcuRro . É il solo metallo liquido a temperatura ambiente, biancoargenteo,inalterabileall'aria . In natutasi trova libero o sono forma di soÍ:uro.inabro (HgS) . È tossjco. Si lega
facllmente ad altîi metalli formaodo amalgatne . È utilizzato
come liquido nei termometri ed allli strumenti scientifici, nell'industria faîmaceutica ed in odontotecriica come amalzama.
I3.ó. GRUPPOIII A
boro, alluminio,gallio, indio, tallio
c-aratteristiche . Presentanoproprietà chimiche intermedie tra i
metalli ed i non-metalli . Harmo 3 elettroni nella configùrazione
eletúonica estema:s'pr . Non si trovano liberi in natura . Hanno
n.o. +3 . L'allu|nlnio ha carattereprevalentementemetallico, ma
oltre a legami ionici può formare legami covalenti; in natura è il
metallo più ditluso e si trova in minerali come i silicati, le argille
e la bauite; è bianco argenteo,leggero, onimo conduttore, resistente agli agenti atrnosfe.ici perché si ricopre di un sottile síato
di ossido inalterabile; è utilizzato nella produzione di cavi elettrici, utensili, fli, lattine, si sfrutta nell'edilizia e, in leghe leggere,è
utilizzato nel settoreaeronautico, navale, automobilistico.
Crmposti princlpall
. acido borico (H!BO): ha proprietà disinfettanti, è presente in
natura nei soffioni boracifed;
. críolite(NaAFò, utilizzaranella preparazionedell'alluminio
con il forno Heroult;
. bau.xite (NzOz . r?HrO): minelale che, per purificazione, produce ÀlrO:, vtilizzato peî la pteparaziore dell'alluminio con
il forno Heroult;
. solfato di
AL(SOJr: utilizzato nei sistemi di purfi^llunínlo
caziooe delle
acque.
13.7.GRUPPO
tV A
carbonio, silicio, gerÍumio, stagno, piombo.
. Harrno 4 elettroni nella coolìgurazione esterrrri
C,arÀÍerbtlche
s'?t' . Il carbonio ed il silicio hanno tendenza a formare legami
covalenti, stagno e piombo tendono a peldere gli elenroni e*ernì formando legami ionici ed evidenziando proprietà meîaìliche .
Il carbonio ed il silicio sono gli elementi più abbondanti in nanr
€ . Numeri di ossidazione- Sn e Pb: +2,+4; Si: +4, 4: C. +4, 4jz
Elemend e compostl prl4ctpalt
Il carlronfo è poco diffrJso nella crosta t€îrestre, ma è il c!situente principale della materia vivente. Il carbonio elementare si
tova in natura sono due forme molecolari diverset grafte e diatnanb Golidi cdstallinD. Inoltre in natura si trova combiriato nei
cerboni fossili (torb^, Iignite, litantrace, anùacite), Íeg)i Arrrain!rí n4turali (cotiposti organici di carbonio e idrogeno) e nei carbonati naturali coÍ7e I cahare (CaCO) e la dalomíE (CaCO].
MgCOr. È presente nell'atmosfera come anidride carbonica (COJ.
la maggior parte dei composti del carbonio sono oggefto di sludio della chimica organica. I composti del C più importanti in
chimica inorganica sono:
. ossido d.i carbonio (CO): gas incolore, inodore, tossico perché
si lega all'emoglobina del sangue al posto dell'ossigeno; è
prodono dalla combustione incompleta di sostanze contenenti catbonio;
. anidride carboníca (COJ: gas incolore, di odore pungenle.
prodotto dalla combustiooe completa di sostanze contenenú
carbonio; in acqua è pÍesente softo forma di acido carbonico
(HzCOJ; biologicamente è molto impoftante per la forosinîesl industrialmente è utilizzata come refrigerante, come additivo per le bevande gassate ed è usata negli estintori; allo
stato solido è commercializzata col îome di gbiaccío secco.
ll slltcto è l'elemento più abbondante nella crosta teFe$re
dopo I'ossigeno. E solido, scuio, molto duro, utilizzato per la
fabbricazione di transistors e microprocessori. Si ottiene puro
dalla silice,per riduzionecon magnesiometallicoo con carboncoke in forni elettrici. I composti più importanti del silicio sooo:
. srTrce(SiOt: può esisteresotto diverse forme cristalline come
quarzo, calcedonio,opale, amedsa ecc.; è costi ente dei
cementi ed è ltilizzat^ nell'industria vetîaria e come catalizzatorein vaÍi processichimici;
. ilicati,
gruppo di minerali che costituiscono numerose rocce;^rípio
sono i costituenti principali di porcellane, maioliche
e laterizi, questi ultimi ottenuti per cottura dell'argilla (silicati
di alluminio con impùrezzedi ferro, calcio e sodio).
Altri composti importanti del gruppo sono:
. cassiterite(s'ro), ù cui si estraelo stagno:lo stagno è un metallo bianco, lucente, che può esse€ ridotto a fogli sonili (cartastagnola) ed è utilizzato col piombo in leghe per saldatureo per la
fabbricazionedella latta (lamieradi ferro rivestitadi stagno);
. solÍuro d.iPionbo o gahna (PbS), da cui si estrae il piombo:
il piornbo è un metallo molle, grigio azzurro,che si ossida
rapidamenteall'aria producendouno strato che 10 proteglle
da ulteriore ossidazione;
. bíossidodí pionbo (PbO): usato in tintoria per il colore bruno;
. minio (PI>IO,,):componente della vernice antiruggine.
I3 .8 . G RUP P OV A
azoto, fosforo, arsenico,antimonio,bismuto.
Caratteristiche . Hanno 5 elettroni nella configurazione elettronicaesterna:s'zp3. Presentano
canttere non-metallicodeoescente dall'azoto all'antimonio e carattere metallico cÍescente
dall'arsenicoal bismuto.
Eleúefrtl e composti prin€tpalt
L'azoto aÌlo stato libero è ìl principale cosrituenredell'aria (780lo
in volume) ed è un gasincoloreed inodore,cosîituitoda molecole biatomiche (Nr); è particolarmentestabile ed inerte a causa
del triplo legame che unisce i due atomi di azoto. Nella crosta
terresÍe, l'azoto, poco diffuso, si trova softo foÍna di nitrato di
sotlio o nitro del Cile (NaNO:). E presente anche in molte molecole biologicamente importanti come le proteine. l'azoto allo
statopuro si ottiene per distillazionefrazionatadall'arialiquida.
E utilizzatonell'industriaalimentare,metallurgicae nella preparazionedi suoi composti.I compostiprincipali sono:
. amnoniaca (NH): gas incolore con odoie pungente che si
ottiene peî sintesiad alte temperaturce pressionied in pre-
senza di cat^lizz^tori: Nz + 3Hz
2NHr; è debolmente basi.
ca e si scioglie in acqua: NH3 + HzO : NH1' + OH-; I'ammonia.ca è utilizzata nell'indusÍia frigorifera e nella produzione
di acido nitrico, fertilizzanti, îesine, coloranti ecc.
. acido nitico (HNO): acido forte, ossidante, capace di scie
gliere quasi tutti i metalli; industrialmente è utilizzato per lz
produzione di fertilizzanti, esplosivi, coloranti e resine. hdùstrialmente si prepara per ossidazione dell'ammoniaca in presenza di.^t^ldz lori lplatino) e successive reazioni:
4 N H 3 +5 c | '- 4 N o +6 H? o
2NO + Oz + 1rt,eaI2NOz
3 N O z +t I : O +2 H N O 3 +N O
Combinandosi con I'ossigeno, I'azuo forma 5 ossidi in cùi presenta tutti i possiblli n.o. positivi (+1,+2,+3,+4,+5):
. protossido di azoto (NzO), gas esilarante
. ossido d.i azoto (NO)
. aniddde nitrosa (NzO:), che con acqua forma acido nitroso FL\-q
. bíestído di azoto (NOù
. anídride nitrica (NzO:), che con acqua forma acido nitrico fL\Ol
Il fosforo è estremamente reattivo e non esiste allo stato libero; nella crosta terrestre è presente i^ fosÍati e apatíti. P!ò ef,istere nelle modificazioni di Íosforo bi..nco (PJ, molto reattivo,
tossico, inffafimabile e foqfoîo ,.osso,meno reattivo. I p.incipali composti del fosforo sono:
. anidrdefosforosa
(PzO) e anidri.defosforka
(PzOJ, che cur
acqua danno luogo rispettivamente
acido fosÍoroso IflPo.
^d
e .tcido fosÍorico H.PO-r, dai quali si possono oftenere i fo6fiti ed i fosfatii
. loqfati (sùi dell'acido fosforico) sono impiegati come fenilizzanti e sono imporîand costituenti delle ossa e dei denti; i grup
pi fosforici si Íovano anche in molecole biologicamente imporîanti come gli acidi nucleici, i fosfolipidi e le fosfoproteine.
I3.9. GRUPPO
VI A
ossigeno.
zolfo.selenio.tellurio,polonio
Cafatteflstiche . Hanno6 eletironinella configurazioneelet-
tronica esterna: s'p{ . Hanno caratteristichenon-metalliche.
Ele|nentl e composti prhctpalt
L'osslgeno si trova nella crosta tenestre, dove è l'elemeoîo tiù
abbondante, sotto foîma di, ossidi, carbonati e silbati; si tÍJra.
anche combinsto nell acqu4 n molu acidi. sali (]fsígen,,tie<î. È
il secondo componente dell'aria (Or, 21oó in volume) ed è fondamentale per la respirazione degli organismi viventi. E' un gas incolore e inodor€ che, sono l'azione di scariche elettriche, può trasformarsi nell'instabile molecola triatomica Oz (ozono), import2nte
fìltro atrnosferico delle iadiazioni solari ultraviolette. L'ossigeno si
ottiene industrialmente per elettrolisi dell'acqua o per distflazione
fîazio ata dell'aia liquida. Viene utilizzato come comburcote nei
caffielli ossidrici e ossiacetilenici, come propelleote per razzi, per
usi clinici, per i respi.atori, nelle acciaierie ecc. L'ossigeno ha n.o.
-2 nella maggior pafe dei composti, -1 nei perossidi +2 solo con
I fluoro, unico elemento più eletîrooegaúvo dell'ossigeno.
Lo zolfo si trova libero in natura o combinato iî solÍuri (bleîda, pirite, galena) e solfati (gesso, anidrite). Lo zolfo elementare è un solido giallo chiaro che può essere esùatto dai depositi con trivellazione (melodo Fraschl. È impiegato nella vulcaîizzaziofte della gomma, nella preparazione di fuochi d'artificio, coloranti, antiparassitari. Entra nella composizione di molte
molecole biologicamente impofianti come le proteine.
I principali composti dello zolfo sono:
. aciào sowico
o iàrogeno solÍorato (H2S): gas dal caÉtteristico
odore di uova marce, acido debole, velenoso; si può preparare
in laboratorio utilizzando I'apareccbk' d.i Kipp con la reazione:
FeS + 2HCl + FeCh + HrS î
. anidride solforosa (SO): gas dall'odore pùngente, tossico,
presente nelle emanazìoni vulcaniche; si forma dalla combustione di qualunque combustibile solido che contenga zolfo
come impurezza: la sua presenza nell'atmosfera genera il
fenomeno delle piogge acide perché, combinandosi con
acqua, or8ina l'acido solforoso HzSO:; I'anidride solforosa è
un nducente e viene usata come sbiancante, anticrittogamico,
antifermentativo, disinfettante;
. anidide solforíca (SO): con I'acqua forma l'acido solforico;
. a.ido solforico (HzSOr): ha molteplici applicazioni industîiali;
è un liquido incolore e oleoso, con spiccata affinità con l'acqua poiché I'assorbe da qualunque sosfanza la contenga
(disidratante); attacca i metalli (tranne quelli nobili); il metodo più usato per la sua preparazione è la catalisí di contatto:
SO, aîrostimento dello zolfo o di un suo mine.ale
- S + 02
SO3 ossidazione di SO, a SOr in presenza di
- SO, + O,
caÍalizzafoti (anidride vanadica VrO5)
formazione dell'oleum
- SO3 + 111560 + HrSO4 - SO3
- HzSOr ' SO: + HrO + 2HrSOa diluizione dell'oleum
L'acido solforico è utilizzato nell'industria per la produzione di
composti chimici, benzine, esplosivi, fibre, coloranti, detersi\-i .
i sali dell'acido solforico sono I solÍat* solf^ta di calcio casosolfato di ammonio (NH)zSOr (fefihzz ite), solfato rameico
CuSOa (antiparassitario), solfato di bario BaSOa ecc.
I3.10. GRUPPO
V[ A (ATOGEND
fluoro, cloro, bromo,iodio, astato
. Hanno 7 elenroni nella corfigurazione elerCaratteristiche
fonica esterna: stpt . Hanao caratteristiche non-metalliche e
sono chiamati alogeni per la facilità con cui fomano i sali .
Hanno elevata elettronegatività per la tendenza a canurare ùn
elettrone per completarc l'ottetto esterno . Per la lorc reanivifà
non si trovano liberi in natura, ma in composti, con I'eccezion€
dell'astato (elemento artificiale radioattivo) . Allo srato elemeÈ
tare hanno tutti molecola biatomica con atomi legatì da forti
legami covalenti . Sono tossici e reagíscono facilmente con H
per formare acidi (fDO e con I'ossigeno per formare anidridi .
Reagiscono nrfti con l'acqua tranne lo iodio . Il fluoro ed il
cloro sono gassosi, il bromo è liquido, lo iodio è solido.
prlnctpat
Elementi e coúpostt
Il fluoro (Fr) è I'elemento più elettîonegativo e reattivo: è un
gas giallo chiaro, tossico; in natura si trova combinato ìn minera(CaF), vtilizzata per la preparazione del fltro
li come la fuoite
ro stesso. Reagendo con idrogeno forma acido fluoridrico (t{F}
con acqua reagisce violentemente con sviluppo di ossigerio:
2F, + 2H,O t 4IIF + O, î
ll fluoro è utilizzato nella prep razione di alcuni composri sinretlcl il freon, gas usato negli impianti frigorife.i e nelle bor*
bolene spray, e il teflon, molecola utilizzata nell'industria delle
materie plastiche. Ha n.o. -1 e i suoi composti p.incipali sonq
. acid.o fluorídrico (HF):
c Jluoru.i (salí di HF) usati come additivi nei dentifrici.
Il doro (Cl) è I'alogeno più abLrondante; è un gas venCegialla.*o.
iÍitante, solubile in acqua; la soluzione acquosa dr cloro (acqua
di clorò ha propriea ossidanti perché produce acído ip<rkmn
(HCIO) che, decomponendosi, wiluppa ossigeno nzscente:
C l , +H , O +H C l +H CIO
H C ì O - H C l +O
Il cloro si combina con idrogeno solo in presenza di luce. Iodustrialmente si prepara pef elettrolisi di soluzioni acquose di
NaCl. ll cloro è utilizzato come sbiancante e disinfettante delle
acque potabili, e serve per produrre numerosi composti utili
alla preparazione di gomme, vemici, plastiche, fìbre sintetiche,
solventi, anestetici. I composti principali del cloro sono:
. cloruro di sodio (NaCl): presente nell'acqua di mare;
. aciào clordico
(HCl): attacca i metalli ed è presente nei succhi gastrici; è molto utilizzato nell'industria chimica; la soluzione acquosa impura è conmercializzata come acido muriatico;
. ipocloríto di sodío (NaClO): ha azione sbiancante e disinfettante, ed è commeîcializzato con il nome di candeggina o
uarecbin4;
. anidríde íPclorosa ClrO (n.o. di Cl: +1)
. anidrde cbrosa ClzOr (n.o. di Cl: +3)
. anídríde clorica ClrOt (n.o. di Cl: +5)
. anidride pelclorica ChOz (n.o. di Cl: +7)
Queste anidridi, per aggiunta di acqua, danno luogo ai rispedvi ossiacidi: HCIO, HCIO,, HCIO3, HCIO4.
Il bfomo è l'unico non-metallo che a temperatu.a ambiente è
un liquido; ha odore irritante e tossico; viene utilizzato per prcdurre alcuni composti come 1I bromuro di argento (A,gBr),
impiegaro nella fabbricazione di lasfte, pellicole e carte per
fotografie. ll bromuro di potasslo (KBr) è usato come calmante.
Lo lodlo, i cui composti si trovano nelle acque del mare, è un
solido scuro che per sublimazione produce vapori viola e tossici.
È poco solubile in acqua, ma solubiÌe in alcol: la sua soluzione
alcolica è detta tintura di iodío (djsinfetra re); lo ioduîo dbrgento (AgD è impiegato in fotografia. Altri ioduri sono urilizzari in tintoria; lo iodio è imporafte per il funzionamento della tiroide.
l3.l L GRUPPO
V r A (GASNOBttD
elio, neon, argon, kripton, xenon, radon
C-aratteristche . Hanno 8 elettroni nella confizurazione elettronica esrema: s?p6e questo li rende chimicament;oko
stzbi-li perché I'ottetto è completo . Haffio scarsissima reattiviià . Hanno
molecola monoatomica . L'elio è usato come gas di riempimento
degli aerosati, l'argon come gas di dempìmenro nei bulbi delle
Iampadine, il neon è utilizzato per riempire i tubi fluorcscenti
impiegati per l'illuminazione di ambienti e nelle irìsegne luminose.
I3.I2. UN IMPORIANTECOMPOSIO TNORGANICO:
t'ACQUA
Carattedstlche fislche e chtmlche
. È il composto più importanre di H e O (HzO) e si rrova alk
stato solido Ghiaccio), liquido e gassoso.
. Ha molecola pol4re e og/jrimolecola forma legami a idroge
no con alfre 4 molecole d'acqua.
. Il gbiaccio è rneno denso d.ell'acqua liquida ed (rcculn u,
wlume maggiore a causa dei legami a H, nella struthtm cri.
stallina del ghiaccio le molecole sono associateirÌ un retico
lo geometrico tetraedrico e rigido e sono più lonrane tra lorr
rispettoallo stato liquido. Allo sratoliquido molri legamia F
si rompono ed il reticolo cristallino collassa, alvicinandc
maggiormente fra loro le molecole. Per questo motivo al dr
sotto di 4'C la densità dell'acquadiminuisce al diminuirÉ
della temperatura (contmriamente a quanto accade per lz
maggiorparte degli alrri liquidi).
. L'acquareagisce
cotr i ,netalli del I gruppo fotmatrdo idrossidi:
2Na + 2HzO+ 2NaOH+ H: î
con gli ossidi ionici dei metalli prù rcaîtuti fomando rarossrd
C aO+ H ,O-C a(O H) z
con gli ossidi del
mef^lli (anidridù îormaîdo ossiaaidi
^on
S O3+ H rO-H 2SO 4
. E li ottirll'a soluente.
Classlf icadoîre delle acque
. L'acqua è fondamentale per la vita e costituisce circa il 7O9
della superficieteffestre.
. Le acque vengono classficate in base alla provenienza
(acque profonde, sorgive, fluviali, lacustri, marine) ed all'uso
(acqueminerali, potabili, ìndustriali,agricole).
Alcune costantl ffslche dellacqua
Punto di fusione: 0'C
Punto di ebollizione: 100.C
Pesospecificoa 4": 1
Calorespecfico a 15oC:1 cal
83
I4. LA CHIMICANUCTEARE
a aa aa aa aa aa aaaaaaaaaa
L'atomo è un'eotità costiùita da un nucleo, sede della carica
positiva e di quasi tutta la massa, e da un guscio estemo in cui
si ùovano gli elettroni. Il nucleo non viene coinvolto nelle tfasformaziorii chimiche, che intefessano solo gli elettroni, ma
viene coinvolto dalle reazioni oucleari, molto importanti anche
per l'enorme quantità di energia messa in gioco.
Ricordiamo:
elettrone = unità elemenrare di elettricità mobile della materia
di ca.ica negativa, alla quale si attribuisce la carica relativa - 1
pfotorte = uflità elementare di cadca positiva a cui è attribuita
la carica rclativa + 1
neutrone = panicella elenricamente neura cootenuta insieme
al protone nel nucleo (protoni + neuúoni = nucleoni)
nurnero atoúlco (Z) = numero di protoni presente nel nucleo
di un atomo di un determinato elemento
atmeto dl massa (A) = numero di protoni e neutroni presenti oel nucleo di un atomo di un deteminato elemento
ltmef,odlneutt.onl-A-Z
isotopi = atomi dello stesso elemento che hanno lo stesso
numero aromico, ma che differiscono per iI numero di neutroni e, quindi, per il numero di massa
quanto dl energla = più piccola porz ione di energia
Un atomo rappresentato con il suo simbolo preceduto dal valore numerko di A io alto a sinistra e di Z in basso a sinistra è
detto nùcllde: esempio
2,t
-_
Le partic€lle subatomichevengono studiate mediante accelerÀtort lfueaft o clfcolad dt partlcelle, nei quali le particelle
yengono porîate ad una velocità molto elevata e collidono con
un materiale che fa da bersaglio: lo studio degli effetti della colIisione aiuta a capire la strumrra del nucleo.
14.t.sTABtt[ÀDEtNUCTEO
Nel nucleo coesistono oeutroni e protoni. I,a forza nucleare
che Ii tiene uniti è efficace solo per distanze molto brevi (pari
al diametro del nucleo). Perché un nucleo si formi e sia stabile
è necessarioche si liberi energia perché le forze repulsive tra
84
particelle diminuiscano; la perdita di energia collegata alla formazione di un atomo si misura nella difÍerenzz tra la somma
della massedei costituenti di un atomo e la sua massaeffenha:
a questo difeno di massa Am corispoode una produziooe di
energia E=c'zÀm(relazione di Einstein). L'energia necessaîiaPer
rompere un nucleo è molto elevata.
I nuclidi Ísultano oiù stabili:
quanto Íiaggiore è I'energia di legame nucleare delle particelle del nucleo,
se il numero dei protoni è pari a quello dei neutroni
quando i nuclei di elementicon bassonumero atomicopcseggonoun fappofto 1r1tfa protoni e neutroni
I 4.2. RADIOAITIVIfANATURATE
Alcuni elementi sono instabili ed emettono panicelle o radiazioni in segùito al d€cadlm€nto spontaneo del nucleo: sorio gli
elementi radioanivi naRrrali e il fenomeno è definito fadtod
vttà" I tipi priocipali di emissione degli elementi radioanivi sono:
. panicelle alfa ct (nuclei di elio)
. particelle beta p (elettroni)
. raggi gamfna 'f (quanti di energia)
Tia le famiglie radioanive principali vi sono quelle di: 4U, ètU,
'ztTh. Tune e re producooo per decadimento radioanivo degli
isoropi di piombo srabile ('6Pb, &7Pb, m€Pb).
Unttà di misura: la radioattività si rÙsrr^ $ Becquerel (Vù = 1
disintegrazione radiante per s€condo, oppure n Curie (Ci) =
3Tmiliardi di disintegazioni radianti per secondo. Per valutare Ia
pericolosità di una radiazione si utilizzano unirà di misura cl|e
valutano la quantità di radiazione assorbita da un corpo espco
o I'effetto biologico che provoca.
Teopo di dtmezzamento:
è il tempo necessario perché iI
numero di atomi di una sostanza radioattiva si riduca alla metÀ;
è una proprietà caratteristica di ogni elemento radioanivo.
Esempi: Carbonio t4C - 5'/3O arni, Uranio a31J = 4,5 ' 1d anrú-
I4.3. REAZIONI
NUCIEARI
lE rcazio,r'inucleariwiluppano una grandequantia di eriergh
(energlanrcleare) e possonoancheessereutilizzateper otîenere isotopi radioattivi artifìcialì. I processi fondamenîali sono due
. reazlone dl flsslone: il nucleo pesante di un atomo con
numerc atomico elevato, come ì'uranio o il plutonio, viene
NTJMERI
ATOMICI
E MASSE
ATOMICIIEDEGIIEITMENTI
bombardato con neutroni lenri e si scomrcne per dare o.gi_
ne a due nuclidi più leggeri(a numero aromicominore) e si
generano del neutroni; si ottiene una enorme quantità di
energia.I neuúoni generatipossono.in opponune condizio_
ni, far prosegùire la Íeazioîe con uri meccanlsmo di rcazio_
ne a catena.
. Reazione di fusione: consistenell,uno
di nuclei di atomi
leggerìche fondendosiformano atomi più pesantiliberando
energia.Richiedetempemtureelevatissime.
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