8 ottobre 2004Corso di Chimica Lezioni 7-81 Corso di Chimica 2004-2005 Lezioni 7-8 Luigi Cerruti...

8 ottobre 2004 Corso di Chimica Lezioni 7-8 1

Corso di Chimica2004-2005

Lezioni 7-8

Luigi [email protected]


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.


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

L'equazione senza coefficienti stechiometrici:

C6H6 + O2 H2O + CO2


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

Alla formula minima C4H11N

corrispondono 42 composti diversi


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


Le leggi dei gasLegge di Boyle (isoterma, T= cost)

• Con T= cost, il volume di una data massa di gas è inversamente proporzionale alla pressione:

p • V = costB

• Il valore di costB dipende dalla quantità di gas e dalla temperatura


Le leggi dei gasLegge di Charles (isobara, p = cost)

• Con p = cost, il volume di una data massa di gas è direttamente proporzionale alla temperatura:

V = V0 (1 +t)

= 1/273


Le leggi dei gasLegge di Gay-Lussac (isocora, V = cost)

• Con V = cost, la pressione di una data massa di gas è direttamente proporzionale alla temperatura:

pt = p0 (1 + t)

= 1/273


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


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


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 T


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


Ossidazione e riduzione

• La reazione di ossido-riduzione è una delle reazioni più importanti

• Essa consiste nel trasferimento di elettroni da una entità microscopica che si ossida ad un'altra che viene ridotta

• La reazione di ossido-riduzione è il risultato di due reazioni distinte:

Reazione di ossidazione. Perdita di uno o più elettroni:Cu Cu+ + e- Cu+ Cu2+ + e-

Reazione di riduzione. Acquisto di uno o più elettroni:

F + e- F-

• Il processo complessivo è descritto con la reazione:

Cu + F2 CuF2

Cu si ossida, il rame è l'agente riducente

F si riduce, il fluoro è l'agente ossidante

Cu si ossida, il rame è l'agente riducente

F si riduce, il fluoro è l'agente ossidante


Ossidazione e potenziali di ionizzazione

• La più semplice reazione di ossidazione consiste nella perdita di un elettrone da parte di un atomo isolato

• Per ogni elemento, questo processo di ionizzazione è riferito ad un atomo allo stato gassoso:

Mg (g) Mg+ (g) + e- I1 = 738 kJ mol-1

• Il processo può proseguire con una seconda ionizzazione:

Mg+ (g) Mg2+ (g) + e- I2 = 1451 kJ mol-1

• I valori I1 e I2 sono detti rispettivamente energie di prima e seconda ionizzazione

• I valori I1 e I2 sono chiamati anche potenziali di ionizzazione T


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


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


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


La forma attuale 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 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


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


Metalli e non metalli


La variazione di alcune proprietà all'interno del sistema periodico


Variazione dei potenziali di ionizzazioneElementi rappresentativi del terzo periodo


Andamento periodico dei potenziali di ionizzazione e dell'elettroaffinitàCiò che ci dice sulla struttura elettronica degli atomi

• Il fatto che vi siano valori discreti per i successivi potenziali di ionizzazione (P.I.) indica che i livelli energetici elettronici sono quantizzati

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