Corso propedeutico a chimica generale 2009
Lezioni 1-2
Luigi Cerrutiwww.minerva.unito.it
Laurenti
Esame
Laurenti
Ripasso ed esercizi di
riepilogo
Laurenti
Esercizi sul pH.
Elementi di Chimica organica: I
legami del carbonio e la
chimica organica. Gli
idrocarburi. I composti
organici contenenti
ossigeno o azoto
Laurenti
Acidi e basi: Definizioni di acidi e
basi secondo Arrhenius e
secondo Brønsted/Lowry.
Il comportamento acido-
base dell’acqua. Il prodotto
ionico dell’acqua e il pH
Forza di acidi e base.
Esempi di acidi forti e basi
forti
Cerruti
L’equilibrio chimico:
Equilibri eterogenei
Principio di Le Chatelier
Esercizi
Laurenti
Espressioni della
concentrazione
delle soluzioni.
Esercizi Proprietà
colligative delle
soluzioni
Esercizi
Cerruti
Definizione di soluzione,
soluzioni tra solidi,
liquidi e gas e di
solidi in liquidi.
Solubilità e fattori
che la
influenzano,
Laurenti
Esercizi sul bilanciamento delle
reazioni chimiche e sulle
relazioni ponderali tra
reagenti e prodotti
Cerruti
Introduzione al legame chimico,
modelli di legame (ionico e
covalente).
Le reazioni chimiche.
Bilanciamento delle
reazioni.
Cerruti
Variazione delle proprietà
chimiche fisiche nei
gruppi e nei periodi del
sistema periodico.
Proprietà degli elementi
dei gruppi principali IA,
IIA, VIA, VIIA.
Laurenti
Formule di composti a
partire dai simboli
degli elementi e
dai rispettivi
numeri di
ossidazione.
Nomenclatura
(tradizionale, in
uso corrente,
ufficiale)
Esempi ed esercizi
Cerruti
Proprietà periodiche:
Energie di
ionizzazione.
Elettronegatività.
Elettroaffinità.
Configurazioni
elettroniche.
Elementi
principali. Numero
di ossidazione.
Laurenti
Esercizi sulla struttura atomica.
La mole. Esercizi
Introduzione al sistema
periodico. Gruppi e periodi.
Cerruti
Massa e carica atomica. Numeri
A (numero di massa) e Z
(numero atomico).
Spettrometria di massa.
Ordinamento del sistema
periodico. Metalli,
semimetalli, non metalli.
Simboli dei principali
elementi.
Cerruti
Introduzione alla chimica.
Sistema, fase.
Sostanza, materiale,
miscela, miscuglio.
Sostanze elementari.
Elementi. Composti.
Atomo. Molecola. Stati
di aggregazione.
Passaggi di stato.
Diagrammi cartesiani.
Grandezze fisiche e
unità di misura. Analisi
termica.
Venerdì2/10 – 9/10 – 16/10
Giovedì1/10 – 8/10 – 15/10
Mercoledì30/9 – 7/10 – 14/10
Martedì29/9 – 6/10 – 13/10
Lunedì28/9 – 5/10 – 12/10
Corso propedeutico a chimica generaleProgramma e docenti
Il corso di chimica generaleLe condizioni al contorno
E' un corso di chimica generale, ne derivano diverse conseguenze
– Vantaggi:
• La chimica generale fornisce strumenti fondamentali
– Per conoscere il livello intermedio fra le particelle elementari e il mondo della vita
– Per utilizzare a pieno le sinergie fra le scienze sperimentali
– Per comprendere molti aspetti della vita quotidiana
• La chimica generale si occupa soltanto di due temi
– Alcune proprietà delle sostanze
– La trasformazione delle sostanze (le reazioni)
– Svantaggi:
• Sono noti 18 milioni di sostanze
• Sono note centinaia di migliaia di reazioni diverse
Le scienze chimiche: una definizione
� La conoscenza e il controllo delle proprietà
macroscopiche, microscopiche e fisiologiche di sostanze
e materiali
� La conoscenza e il controllo delle trasformazioni di
sostanze in altre sostanze, incluse le condizioni
energetiche e cinetiche
� La sintesi di sostanze e la produzione di materiali, siano
essi già esistenti (in natura) ovvero siano totalmente
innovativi
Le scienze chimiche hanno tre obbiettivi fondamentali, fra loro strettamente connessi:
Il caso dei materiali superconduttori
Attenzione: 77 K è la temperatura di ebollizione dell’azoto
Sistema, equilibrio e faseTre concetti fondamentali
• Sistema: la parte del mondo sottoposta ad un particolare studio. Es.: un atomo, una galassia, l'atmosfera terrestre, una beuta, una cellula, un gatto, un campione di minerale
• Equilibrio: un sistema è in equilibrio quando le sue proprietà macroscopiche e microscopiche sono costanti in ogni punto. A livello microscopico l'equilibrio è sempre dinamico, ossia è il risultato di processi che avvengono in 'direzioni' opposte
• Fase: parte di un sistema separata dal resto del sistema da superfici limitanti. All'equilibrio le proprietà fisiche e chimiche sono eguali in ogni punto della fase
Sostanze, materiali, miscele, miscugli
• Sostanza: un corpo che possiede proprietà fisiche e chimiche ben definite, invariabili o variabili in limiti ristretti: ad es. composizione, solubilità (in un solvente), punto di fusione, densità, conducibilità.
• Materiale: un corpo costituito da una o più sostanze, destinato a qualche specifica funzione.
• Miscela: un sistema costituito da una sola fase e da diverse sostanze, separabili con mezzi chimico-fisici.
• Miscuglio: insieme di due o più sostanze che mantengono inalterate le loro caratteristiche originarie e che sono separabili con mezzi fisici semplici
Se mescoliamo sabbia e sale ...
I metodi di separazione
• Un metodo fisico: la filtrazionesepara i componenti solidi da una
miscela eterogenea, sfruttando la diversa dimensione delle particelle
• Un metodo chimico-fisico: la
cristallizzazione frazionatasepara (parzialmente) i soluti in
una soluzione liquida
Esistono molti metodi, fisici e chimico-fisici, impiegati per
separare le sostanze che compongono le miscele
Definizioni di sostanza pura
• A livello macroscopico: una sostanza pura mantiene le sue proprietà se sottoposta a ripetute
purificazioni, ad es. cristallizzazioni
• A livello microscopico: una sostanza pura è
costituita in ogni sua parte da insiemi eguali di particelle microscopiche (atomi, molecole, ioni,
costituenti di un reticolo cristallino)
Corpi semplici, elementi e composti
• Corpo semplice, elemento
– A livello macroscopico una sostanza è un corpo semplice quando non si può decomporre in altre sostanze
– A livello microscopico un elemento è costituito da atomi con lo stesso numero atomico (numero di protoni nel nucleo)
• Composto
– A livello macroscopico una sostanza è un composto quando è decomponibile in altre sostanze
– A livello microscopico una sostanza è un composto quando è costituita da atomi di elementi diversi
L'elemento carbonio: tre diversi corpi semplici
• Un diamante grezzo
• Il diamante è un corpo
semplice
• Struttura cristallina del diamante
• Il diamante è costituito da atomi di carbonio allo stato
elementare
• Un campione di grafite
• La grafite è un corpo
semplice
• Struttura cristallina della grafite
• La grafite è costituita da atomi di carbonio allo stato elementare
L'elemento carbonio: tre diversi corpi semplici
L'elemento carbonio: tre diversi corpi semplici
• Un 'campione' di fuliggine
• Il nerofumo è un corpo
semplice
• Un granello del campione di fuliggine, 'visto' al microscopio a scansione
L'elemento carbonio: tre diversi corpi
semplici
• La struttura della
molecola del fullerene,
C60
• Il fullerene C60 è
presente nel nerofumo
Il carbonio: tre corpi semplici, tre strutture
Elementi, composti, miscele
Le proprietà fisiche, chimiche e fisiologiche delle sostanze
Una proprietà fisica: l'acqua bolle a 100°L'acqua ossigenata bolle a 158°
Le proprietà chimiche delle sostanze
L'acqua non reagisce in presenza di MnO2
L'acqua ossigenata si decompone
L'ossigeno che si sviluppa accende una brace
Le proprietà fisiologiche delle sostanze
Le gocce di sangue colorano l'acquaNell'acqua ossigenata le gocce di sangue scatenano una reazione violenta
Gli stati di aggregazione
Legge di
Boyle
• p = k/V
• pV= k
Legge di BoyleComprimibilità dei gas
• Per lo stesso ∆V il ∆p da applicare è minore a basse pressioni
Proprietà dei solidi: la durezza
• Per valutare la durezza di un solido si utilizza una particolare ‘scala’ dovuta al mineralista austriaco Friedrich Mohs (1772-1839)
Proprietà dei solidiLa durezza
Conducibilità dei metalli
Conducibilità
• Diverso comportamento in soluzione
di non elettroliti, elettroliti deboli,
elettroliti
• Misurazione della
tensione di vapore
• [Serve anche per
discutere l’equilibrio microscopico]
Proprietà dei
liquidiLa tensione di vapore
I cambiamenti
di stato
Si noti che si possono
dare nomi diversi allo
stesso processo. Ad es.
sublimazione da gas /
brinamento
Analisi termica
(minuti) (minuti)
A: riscaldamento B: rafreddamento