Corso di Chimica
2004-2005
Luigi Cerruti
[email protected]
Lezioni 7-8
8 ottobre 2004
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Lezioni 7-8
1
L'analisi elementare
• L’ analisi elementare di un composto è la
determinazione delle percentuali in massa
degli elementi presenti nel composto. Da
queste percentuali è possibile risalire alla
formula minima; per trovare la vera formula
molecolare occorre spesso determinare la
massa molare della sostanza.
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2
L'analisi organica elementare
• Gran parte dei composti organici più importanti
contiene solo atomi di carbonio, idrogeno, ossigeno,
azoto e zolfo
• La determinazione più semplice è quella
dell'idrogeno e del carbonio attraverso la reazione di
combustione. Nel caso del benzene:
2C6H6 + 15 O2  6 H2O + 12 CO2
L'equazione senza coefficienti stechiometrici:
C6H6 + O2  H2O + CO2
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3
Dall'analisi elementare alla formula minima
Una sostanza organica, costituita da carbonio, idrogeno e azoto,
all’analisi elementare ha dato i seguenti risultati: 65,6 % di C; 15,2 %
di H; 19,1 % di N. Trovare la formula minima.
Supponiamo di avere 100 g della sostanza, e troviamo quante moli dei
tre elementi vi sono contenute:
65,6 g / 12 g mol –1 = 5,47 mol C
15,2 g / 1 g mol-1 = 15,2 mol H
19,1 g / 14 g mol-1 = 1,36 mol N
Il rapporto C : H : N nella sostanza è quindi 5,47 : 15,2 : 1,36. Dividendo
i tre valori per il più piccolo e arrotondando il rapporto risulta 4 : 11 : 1
per cui la formula minima è C4H11N
Alla formula minima C4H11N
corrispondono 42 composti diversi
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4
Dalla formula minima alla formula molecolare
Calcolare la formula molecolare dell'etano, sapendo che la formula
minima è CH3, e che la sua massa molecolare relativa è 30
Si calcola il 'peso formula' della formula minima: 12 + 3 x 1 = 15
Si divide la massa molecolare relativa per il 'peso formula' 30/15 = 2
Si moltiplicano per il fattore così calcolato gli indici di ciascun
elemento presente nella formula minima:
C1x2H3x2 = C2H6
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Le leggi dei gas
Legge di Boyle (isoterma, T= cost)
• Con T= cost, il volume di una data massa di gas è
inversamente proporzionale alla pressione:
p • V = costB
• Il valore di costB dipende dalla quantità di gas e dalla
temperatura
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Le leggi dei gas
Legge di Charles (isobara, p = cost)
• Con p = cost, il volume di una data massa di gas è
direttamente proporzionale alla temperatura:
V = V0 (1 +t)
 = 1/273
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7
Le leggi dei gas
Legge di Gay-Lussac (isocora, V = cost)
• Con V = cost, la pressione di una data massa di gas è
direttamente proporzionale alla temperatura:
pt = p0 (1 + t)
 = 1/273
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8
Legge dei gas ideali
• Se si tiene conto della legge di Avogadro, e cioè delle quantità di
sostanza, il comportamento dei gas diventa estremamente uniforme
rispetto ai cambiamenti di volume, pressione e temperatura.
• Infatti, date n moli di una qualsiasi sostanza gassosa, si ritiene
idealmente valida l'equazione di stato:
pV = nRT
Se p è misurata in atm, e V in L (litri), allora R = 0,082 L atm mol-1 K-1
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9
Legge dei gas ideali e le masse molari relative
La legge dei gas ideali permette di determinare
la massa molare (MM) di una sostanza
gassosa. Infatti, data una quantità di m g della
sostanza, risulta n = m / MM. Quindi
pV = nRT  MM = m RT / pV
Se sono note o si misurano T, p e V, si può
ricavare la massa molare MM
T
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10
ll volume molare
• E' una grandezza importante per la comprensione di molte
proprietà. Definizione:
massa molare
volume molare = —————————
massa volumica
• Sostituendo alle grandezze le unità di misura otteniamo:
g mol-1
cm3 mol-1 = —————————
g cm-3
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T
11
Proprietà atomiche e periodicità
•
Si ottiene un diagramma molto interessante se i raggi atomici (o i
volumi molari) sono riportati in funzione del numero atomico
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Ossidazione e riduzione
Cu si ossida, il rame è l'agente
una
delle reazioni più
riducente
• La reazione di ossido-riduzione è
importanti
F si riduce, il fluoro è l'agente
ossidante
• Essa consiste nel trasferimento di elettroni
da una entità
microscopica che si ossida ad un'altra che viene ridotta
• La reazione di ossido-riduzione è il risultato di due reazioni
distinte:
Reazione di ossidazione. Perdita di uno o più elettroni:
Cu  Cu+ + e-
Cu+  Cu2+ + e-
Reazione di riduzione. Acquisto di uno o più elettroni:
F + e-  F•
Il processo complessivo è descritto con la reazione:
Cu + F2  CuF2
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Ossidazione e potenziali di ionizzazione
• La più semplice reazione di ossidazione consiste nella perdita di
un elettrone da parte di un atomo isolato
• Per ogni elemento, questo processo di ionizzazione è riferito ad
un atomo allo stato gassoso:
Mg (g)  Mg+ (g) + eI1 = 738 kJ mol-1
• Il processo può proseguire con una seconda ionizzazione:
Mg+ (g)  Mg2+ (g) + eI2 = 1451 kJ mol-1
• I valori I1 e I2 sono detti rispettivamente energie di prima e
seconda ionizzazione
• I valori I1 e I2 sono chiamati anche potenziali di ionizzazione
T
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Elementi elettropositivi ed elettronegativi
• Gli atomi degli elementi elettropositivi hanno
bassi potenziali di ionizzazione, tendono a
dare ioni positivi e quindi si ossidano
facilmente
– Es.: Na, K, Mg, Ca
• Gli atomi degli elementi elettronegativi hanno
alti potenziali di ionizzazione, tendono a dare
ioni negativi e quindi si riducono facilmente
– Es.: F, Cl, O, S
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15
Elementi elettropositivi ed elettronegativi
• Si deve comunque tener conto che il rapporto
fra le proprietà degli atomi nei composti è
sempre relativo
• In FeS, Fe è l'atomo elettropositivo, S è
l'atomo elettronegativo
• In SO2, S è l'atomo elettropositivo, gli atomi di
O sono elettronegativi
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Elettroaffinità
E' la variazione di energia associata con l'acquisizione
di un elettrone da parte di un atomo allo stato di gas
F(g) + e-  F- (g)
In questo caso il processo avviene con cessione di
energia dal sistema atomico all'ambiente, quindi è
esotermico:
EA: -322,2 kJ mol-1
Quando il processo è endotermico l'elettroaffinità è
espressa con un valore positivo:
Ne (g) + e-  Ne- (g)
EA: + 29 kJ mol-1
T
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17
La forma attuale della tavola periodica
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18
La forma attuale della tavola periodica
• Le righe orizzontali corrispondono ai periodi
• Le colonne verticali corrispondono ai gruppi
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19
La forma attuale della tavola periodica
• Con l'eccezione del primo periodo, i periodi iniziano con un
metallo alcalino, seguito da un metallo alcalino-terroso
• Tutti i periodi terminano con gas nobile
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20
La forma attuale della tavola periodica
• I gruppi A costituiscono il gruppo principale, degli elementi
rappresentativi
• I gruppi B sono detti degli elementi di transizione
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21
La forma attuale della tavola periodica
• Infine vanno aggiunte due serie di elementi, dei lantanidi e degli
attinidi
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22
Una descrizione della tavola periodica
• Le righe orizzontali corrispondono ai periodi
• Le colonne verticali corrispondono ai gruppi
• Con l'eccezione del primo periodo, i periodi iniziano con un
metallo alcalino, seguito da un metallo alcalino-terroso
• Tutti i periodi terminano con un gas nobile
• I gruppi A costituiscono il gruppo principale, degli elementi
rappresentativi
• I gruppi B sono detti degli elementi di transizione
• Infine vanno aggiunte due serie di elementi, dei lantanidi e degli
attinidi
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Metalli e non metalli
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24
La variazione di alcune proprietà all'interno del sistema
periodico
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25
Variazione dei potenziali di ionizzazione
Elementi rappresentativi del terzo periodo
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Andamento periodico dei potenziali di ionizzazione e dell'elettroaffinità
Ciò che ci dice sulla struttura elettronica degli atomi
• Il fatto che vi siano valori discreti per i successivi potenziali di
ionizzazione (P.I.) indica che i livelli energetici elettronici sono
quantizzati
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