La chimica è la scienza sperimentale che studia la
materia e le sue trasformazioni
Proprietà e Trasformazioni della MATERIA
che avvengono nel mondo MACROSCOPICO
dipendono dalla natura della materia che va cercata
nel mondo MICROSCOPICO di atomi e molecole !!!
Piccole differenze a livello MICROSCOPICO
grandi differenze a livello MACROSCOPICO
Acido salicilico
NATURALE
Acido acetilsalicilico
Morfina
NATURALE
Eroina
Come si presenta
la materia?
K2Cr2O7
NaCl
KMnO4
CuSO4 5 H2O
C (s, grafite)
Sb
Cu
Come procedere?
1.
2.
3.
2
I tre livelli della chimica:
macroscopico (osservo e lavoro)
microscopico (penso)
simbolico (rappresento)
STECHIOMETRIA:
studio sistematico QUANTITATIVO delle
trasformazioni chimiche
la mole è il tramite tra microscopico e
macroscopico
1
Posso pesare
atomi e molecole!
m (g) : M (g mol-1) = n (mol)
Equazione chimica
Reazione chimica
3
COME E’ FATTA LA MATERIA?
Thomson e i tubi catodici:
la scoperta dell’elettrone
Millikan misura carica e
massa dell’elettrone
Rutherford stima
le dimensioni atomiche
COME E’ FATTO L’ATOMO?
Perché da questo dipendono le
proprietà della materia!
1. Dati sperimentali: esperimenti di interazione della luce con la materia
– spettri di emissione e di assorbimento
2. Ipotesi di Planck:
quantizzazione dell’energia
E = n hν
3. Ipotesi di Einstein:
natura corpuscolare della luce –
il fotone: E = hν
4. Ipotesi di De Broglie:
dualismo onda-corpuscolo
λ = h / mv
5. Principio di Indeterminazione di
Heisenberg:
Δp Δx ≥ h / 4π
Nasce la Meccanica
Quantistica
descrive i sistemi microscopici
1.
2.
i sistemi microscopici
scambiano energia solo in
quantità discrete.
il moto delle particelle
microscopiche è descritto
in termini probabilistici.
Eq. Fondamentale della Meccanica Quantistica:
(-h2
/
8π2m)
d2 ψ /dx2
+
d2 ψ/dy2
+
d2 ψ /dz2
+ V ψ = Etot ψ
Equazione di
Schrödinger
* Valori permessi di Energia (Stati stazionari)
* Funzioni d’onda ψ (x,y,z) dette ORBITALI definite da una terna di numeri quantici
n, l, m con n = 1,2,3… l = 0,… (n-1) m = ±l, 0:
1. ampiezza dell’onda in ogni punto (x,y,z) o (r,θ, φ) dello spazio
2. densità di probabilità per la particella (ψ 2)
LA FORMA
DELL’ORBITALE
Orbitali s
(l=0)
Orbitali p (px py pz)
(l=1)
Orbitali d (dxy dyz dxz dx2-y2 dz2)
(l=2)
INOLTRE per l’elettrone:
ms = ± ½ spin elettronico (raddoppia il numero di stati quantici per En : 2n2)
TUTTO QUESTO PER ATOMO MONOELETTRONICO!!!
E PER GLI ATOMI POLIELETTRONICI?
Approssimazione orbitalica del campo autoconsistente di Hartree
Orbitali monoelettronici simili a quelli di H: ψnlm con stesse limitazioni per n, l, m
MA
1. Modello a gusci (e- con stesso n in guscio di raggio r) e sottogusci (e- con stesso nl in guscio di raggio r)
2. E diverse da quelle per H (e- poco schermati “più vicini” al nucleo, e- molto schermati “più lontani”)
3. Rimozione della degenerazione (nei sottogusci, ns meno schermati di np ed nd, quindi ns più penetranti
sul nucleo)
Principio di esclusione di Pauli
QUINDI: Principio della massima molteplicità
Riempimento degli orbitali
Configurazioni elettroniche
Tavola Periodica degli Elementi
EI
AE