La chimica

Le sostanze chimiche
prof. Matteo Scapellato
1. Fenomeni fisici e fenomeni chimici
a) Fenomeno fisico: è una trasformazione che non cambia la natura delle
sostanze1
b) Fenomeno chimico o reazione chimica: è una trasformazione che cambia la
natura delle sostanze2
•
Reagenti: sono le sostanze prima di una reazione chimica3
•
Prodotti: sono le sostanze che si formano da una reazione chimica
• Legge della conservazione della massa o di Lavoisier ( 1789): in una reazione
chimica la massa dei prodotti di reazione è uguale alla massa dei reagenti 4.
2. Le Sostanze
Sostanze chimiche: La sostanza è un tipo di materia con caratteristiche proprie.
Tutte le sostanze sono formate da atomi5 riuniti in “gruppi” dette molecole6.
a) Elementi7: sostanze la cui molecola è formata da uno o più atomi uguali In
natura esistono 90 elementi chimici e quindi 90 tipi di atomi diversi.
• Ogni elemento ha un nome e un simbolo, formato da una o due lettere di cui la
prima maiuscola: ossigeno (O), Ferro (Fe), idrogeno (H), azoto (N), Cloro (Cl),
Argento (Ag), Mercurio (Hg).
• La molecola di un elemento può contenere una o due atomi: ossigeno (O 2),
Ferro (Fe), idrogeno (H2), azoto (N2), Cloro (Cl2), Argento (Ag), Mercurio (Hg).
• In una sostanza la formula chimica è una scrittura che indica quali e quanti
atomi contiene una molecola: la molecola dell'ossigeno (O2) contiene 2 atomi di
ossigeno, la molecola del ferro (Fe) contiene un atomo di ferro.
b) I composti sono sostanze le cui molecole sono formate da atomi di due o più
1 La trasformazione dell'acqua in ghiaccio o vapore, l''accensione e lo spegnimento di una lampada, lo
spostamento di un corpo, la masticazione sono fenomeni fisici
2 La combustione della legna, la fotosintesi clorofilliana, la respirazione nei mitocondri, la trasformazione del
cibo durante la digestione sono fenomeni chimici.
3 L'acqua e l'anidride carbonica prima della fotosintesi, il metano prima della combustione, il glucosio e
l'ossigeno prima della respirazione sono reagenti.
4 Nella fotosintesi la massa totale del glucosio e dell'ossigeno dopo la reazione è uguale alla massa totale
dell'acqua e anidride . Carbonica prima della reazione.
5 L'atomo è la più piccola particella della materia
6 La molecola è la piccola particella di una sostanza che ne conserva tutte le sue caratteristiche.
7 Sono elementi: l'ossigeno (O2), l'idrogeno (H2) , l'ozono (O3), Elio (He).
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elementi diversi: acqua (H2O), anidride carbonica (CO2), metano (CH4),
glucosio (C6H12O6). I composti si possono scomporre chimicamente in sostanze
più semplici8.
3. L'Atomo
Atomo (gr. “indivisibile”).
L'atomo è formato da una parte centrale, detta nucleo, e da 1 o più elettroni che
ruotano attorno al nucleo.
a) Il nucleo contiene due tipi di particelle, protoni e neutroni.
• Un protone ha la stessa massa di un neutrone; il protone possiede una carica
elettrica positiva, il neutrone non possiede carica elettrica
• l'elettrone ha una massa di circa un millesimo di quella del protone e possiede
una carica negativa.
• In un atomo la quantità di protoni è uguale alla quantità di elettroni, quindi
l'atomo è neutro. Il numero dei neutroni non sempre è uguale a quello dei
protoni.
b) Numero atomico è il numero di protoni in un atomo (il numero atomico
maggiore è 92 nell'uranio)
c) Numero di massa è la somma del numero dei protoni e dei neutroni in un
atomo. Il numero di massa maggiore è 235 nell'Uranio (92 protoni e 143
neutroni).
d) Sono detti isotopi gli elementi che hanno lo stesso numero atomico, ma numero
di massa diverso. Dell'idrogeno esistono tre isotopi: prozio se ha un protone,
deuterio se ha un protone e un neutrone, tritio se ha un protone e due neutroni.
e) u.m.a. è l'unità di misura della massa atomica: 6 × 1023 u.m.a. = 1g. Il numero
6x1023 è detto numero di Avogadro e corrisponde a una mole di particelle.
Un protone o un neutrone ha la massa uguale a 1 u.m.a; una mole di protoni
hanno 1g di massa. Un atomo di Idrogeno (1 atomo di carbonio ha la massa di
12 u.m.a.; una mole di carbonio 12 g; una molecola di glucosio ha una massa
di 180 u.m.a., una mole di glucosio 180 g)
f) Strati elettronici, detti anche gusci, sono regioni concentriche grosso modo
sferiche in cui ruotano gli elettroni attorno al nucleo. I gusci sono sette e ogni
guscio può contenere un numero massimo di elettroni.
8 Il glucosio in presenza di ossigeno si trasforma in acqua e anidride carbonica, l'acqua si può trasformare in
idrogeno e ossigeno.
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Valore n Lettera
Elettroni max
1
K
2
2
L
8
3
M
18
4
N
32
5
0
50
6
P
72
7
Q
98
4. Tavola periodica
Tabella in cui gli elementi chimici sono disposti per numero atomico (righe) crescente
e numero di elettroni nello strato più esterno occupato (colonne).
Le righe sono detti periodi e vengono indicati con un numero da 1 a 7; le colonne
sono dette gruppi e sono indicati con numeri romani da I a VII.
Gli elementi del primo gruppo sono: H, Li, Na, K, ... che hanno rispettivamente
numero atomico 1, 3, 11, 19, … e, quindi un solo elettrone nell'ultimo strato occupato.
Gli elementi del quinto gruppo sono: N, P, ... che hanno rispettivamente numero
atomico 7, 15, … e, quindi 5 elettroni nell'ultimo strato occupato.
Ogni atomo tende spontaneamente a unirsi con altri atomi uguali o diversi per
condividere o cedere o acquistare elettroni in modo da raggiungere la quantità di otto
elettroni nell'ultimo strato (ottetto stabile).
La tendenza di unirsi ad altri atomi si chiama affinità chimica e l'unione di atomi si
chiama legame chimico.
Gli atomi dei primi tre gruppi cedono facilmente elettroni a quelli degli ultimi gruppi
(dal 5° al 7°); gli atomi degli ultimi gruppi acquistano facilmente elettroni a da quelli
dei primi gruppi, gli atomi dei gruppi intermedi, invece, condividono gli elettroni.
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Quando un atomo acquista elettroni diventa ione negativo o anione, quando cede
elettroni diventa ione positivo o catione.
Gli elementi dell'ottavo gruppo hanno l'ottetto completo e quindi sono stabili e non
creano legami: sono detti gas inerti o gas nobili (inerti perchè non reagiscono con altri
atomi uguali o diversi).
RICORDA
Un atomo, singolarmente, è sempre neutro, ma non è stabile (tranne quelli
dell'ottavo gruppo che sono neutri e stabili). Un atomo all'interno di una molecola è
stabile, ma non neutro.
Gli elementi si dividono in:
•
Metalli sono atomi che cedono facilmente elettroni (primi gruppi)
•
Non metalli che tendono ad acquistare elettroni (ultimi gruppi)
•
Seminetalli zona intermedia
•
Gas nobili non acquistano e non cedono elettroni.
5. Legami chimici
Si chiama legame chimico la forza attrattiva che unisce due o più atomi uguali o
diversi.
Si distinguono diversi tipi di legami chimici: ionico, covalente, metallico, dativo,
idrogeno.
•
4
Legame ionico: è il legame che si ha fra elementi metallici ed elementi non
metallici. I metalli (elettropositivi) cedono elettroni ai non metalli
(elettronegativi)
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•
Legame covalente è il legame che si ha fra atomi uguali o dello stesso gruppo
o di gruppi vicini. Gli atomi non cedono e non acquuistano elettroni, ma li
condividono
•
Legame metallico. Nei metalli gli elettroni più esterni (1, 2 o 3) tendono a
vagare fra gli atomi creando una nuvola di elettroni. Gli atomi diventano
positivi e stabiliscono un'attrazione con la nuvola di elettroni. In un filo
metallico collegato ai due poli di una pila la nuvola disordinata di elettroni
diventa ordinata e incomincia a scorrere da un polo all'altro della pila dando
origine alla corrente elettrica.
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In una sostanza:
Il Peso o massa molecolare: è la somma dei pesi atomici degli elementi presenti nella
molecola.
Esempi
Il peso molecolare della CO2 è (1x12)+(2x16)=44 u.m.a.
Il peso molecolare della H2CO3 è (2x2 + 1x12 + 3x16)= 64 u.m.a.
La mole: è la quantità in grammi di una sostanza pari al suo peso atomico
Esempi
La mole di CO2 è 44 g
La mole dell'H2CO3 è 64 g
La mole di un qualsiasi elemento contiene lo stesso numero di particelle (atomi o
molecole). Questo numero vale 6x1023 (Numero di Avogadro).Una mole di anidride
carbonica che pesa 44g contiene lo stesso numero di molecole di acqua che pesa 18 g.
L'uso delle moli in laboratorio
Per fare reagire dell'Idrossido di sodio (NaOH) con acido cloridrico (HCl)
HCl + NaOH = NaCl + H2O
bisogna utilizzare 1 mole di HCl e una mole di NaOH, cioè (1+37)g di HCl ogni
(23+16+1)g di NaOH
Nelle foglie la fotosintesi clorofilliana è una reazione chimica in cui per ogni 6 mole di
H2O vengono utilizzate 6 mole di CO2 e si formano 1 mole di C6H12O6 e 6 mole di O2
6H2O + 6 CO2 = C6H12O6 + 6O2
Peso molecolare
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