Corso di Chimica
2004-2005
Luigi Cerruti
[email protected]
Lezioni 3-4
4 ottobre 2004
Corso di Chimica
Lezioni 3-4
1
Macroscopico vs. microscopico
Il linguaggio della chimica si riferisce costantemente a
due livelli diversi del mondo reale
• Il livello macroscopico è occupato da oggetti le cui dimensioni
vanno da quelle di un batterio (10-6 m) a quelle usuali del mondo
accessibile al nostro corpo (10-3 – 103 m)
• Il livello microscopico è occupato da oggetti le cui dimensioni
vanno da quelle di un nucleo atomico (10-15 m) a quelle di una
grossa proteina (100.10-9 m)
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Gli oggetti microscopici della chimica
L'atomo
• L'atomo è un sistema microscopico costituito da
– protoni, carica 1,6 • 10-19 C, massa 1,673 • 10 -24 g
– neutroni, carica zero, massa 1,675 • 10 -24 g
– elettroni, carica - 1,6 • 10-19 C, massa 9,109 • 10 -28 g
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Gli oggetti microscopici della chimica
Molecole e ioni
• Una molecola è un sistema costituito da uno o più atomi, in
grado di esistere 'isolato'
– Il termine 'isolato' si riferisce qui a sistemi che hanno solo
interazioni deboli con altri oggetti microscopici
• Le molecole sono dette mono-, bi- , tri- … atomiche a seconda
che siano costituite da 1, 2, 3 atomi
– La -globulina è costituita da 19.996 atomi
• Uno ione è un atomo o una molecola con carica elettrica intera,
positiva o negativa
– Il solfato di rame è costituito da ioni Cu2+ e SO42-
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Gli oggetti microscopici della chimica
I costituenti di un cristallo
• Molte sostanze importanti, specie allo stato solido, non
sono costituite da molecole 'isolabili'
– Nel sale da cucina NaCl (s) esistono solo ioni Na+ e Clseparati; l'unità stechiometrica di riferimento è NaCl
– Nel 'verde rame' CuSO4 (s) esistono solo ioni Cu2+ e SO42- ;
l'unità stechiometrica di riferimento è CuSO4
– Il diamante è un corpo semplice, in cui esistono solo atomi
di carbonio legati fra di loro in modo da costituire un'unica
molecola; l'unità stechiometrica di riferimento è C
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La struttura del diamante
• Struttura cristallina del
diamante
• Ogni atomo di carbonio è
legato ad altri 4 atomi
• Un diamante perfetto è
costituito da una unica
'molecola'
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Il reticolo cristallino del cloruro di sodio, NaCl
Cristalli di sale da cucina
La cella unitaria
dell'NaCl contiene 4
ioni Na+ e 4 ioni Cl-
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Il reticolo cristallino dell'NaCl
Ogni ione Na+ è
circondato da 6
ioni Cl-
Vi sono delle prove sperimentali
dell'esistenza di Na+ nei cristalli di
cloruro di sodio?
Ogni ione Clè circondato da 6
ioni Na+
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Gli oggetti microscopici della chimica
L'atomo
• L'atomo è un sistema miscoscopico costituito da
– protoni, carica 1,6 • 10-19 C, massa 1,673 • 10 -24 g
– neutroni, carica zero, massa 1,675 • 10 -24 g
– elettroni, carica - 1,6 • 10-19 C, massa 9,109 • 10 -28 g
Le proprietà chimiche di un atomo
sono determinate dal numero di
protoni contenuti nel nucleo
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Gli isotopi
I nuclei degli atomi sono caratterizzati dal
numero di protoni e di neutroni che
contengono.
Gli atomi di un elemento hanno tutti lo
stesso numero di protoni, ma possono
avere un numero diverso di neutroni.
Gli atomi di un elemento che hanno un
numero diverso di neutroni sono detti
isotopi di quell'elemento
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L'unità di massa atomica
Si è definita come unità di
massa atomica un dodicesimo
della massa dell'isotopo 12C
Il nome di questa unità di
misura è dalton (uma)
1 uma = 1,66059 • 10-24 g
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Simboli atomici
A
Z
X
16
8
O
35
17
Cl
X simbolo dell'elemento, ad es. Ne, neon
A numero di massa dell'isotopo: numero dei protoni + numero dei neutroni
Z numero atomico: numero dei protoni, carica nucleare
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La tavola periodica degli elementi
Elementi e composti sono veri e
propri individui chimici
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Schema del funzionamento di uno spettrometro di massa
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Spettro di massa del mercurio
196Hg
0,146 %
202Hg
29,80 %
massa atomica relativa
del mercurio naturale:
200,59
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La legge di Gay-Lussac, 1808
Data la reazione fra due gas, i volumi dei
reagenti e dei prodotti gassosi stanno fra di
loro in rapporto come numeri interi semplici
1 vol. di idrogeno più 1 vol. di cloro danno 2 vol. di cloruro di idrogeno
2 vol. di idrogeno più 1 vol. di ossigeno danno 2 vol. di acqua (vapore)
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La legge di Avogadro, 1811
Volumi uguali di gas diversi, nelle
stesse condizioni di temperatura e
pressione, contengono lo stesso
numero di molecole
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L'interpretazione della legge di Gay-Lussac
Il caso della reazione fra idrogeno e cloro
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L'interpretazione della legge di Gay-Lussac
Il caso della sintesi dell'acqua
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La definizione di mole
La mole è la quantità di sostanza di un sistema
che contiene tante entità elementari quanti sono
gli atomi in 0,012 kg di carbonio 12.
Le entità elementari devono essere specificate e
possono essere atomi, molecole, ioni, elettroni,
ecc, ovvero gruppi specificati di tali particelle.
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Moli di elementi e di composti
Nella fila di bicchieri davanti: una mole di Cu, Pb, Hg, Fe
Nella fila di bicchieri dietro: una mole di zucchero, acqua, S8, S, NaCl
La formula dello zucchero è C12H22O11
La massa molare dello zucchero è 342 g mol-1
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La mole
4 elementi, tre stati fisici
Nei vetrini d'orologio:
63,54 g di rame, 1 mole di Cu
32,06 g di zolfo, 1 mole di S
Il bicchiere contiene 200,59 g
di mercurio, 1 mole di Hg
Il pallone contiene 4,00 g di
elio, 1 mole di He
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Il volume di una mole di gas a TPS, 22,4 L
Qualche confronto
Pallone da basket, 7,5 L
Pallone da calcio, 6 L
Pallone da rugby, 4,4 L
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