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Chimica generale e inorganica per Scienze e Tecnologie Viticole ed Enologiche A.A. 20182019 Alberto Gasparotto Dip.to Scienze Chimiche Via Marzolo, 1 tel: 049/8275192 email: [email protected] http://www.chimica.unipd.it/alberto.gasparotto 1

Chimica generale e inorganica · periodico e proprietà periodiche. Alcuni esempi di nomenclatura. Stato di ossidazione e bilanciamento di semplici reazioni. 2° credito: Legame ionico,

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ChimicageneraleeinorganicaperScienzeeTecnologieViticoleedEnologiche

A.A.20182019

AlbertoGasparottoDip.to ScienzeChimicheViaMarzolo,1tel:049/8275192email:[email protected]://www.chimica.unipd.it/alberto.gasparotto

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Risultati d'apprendimento previsti: lo studente acquisisce nozioni di chimicadi base. Ci verr fatto attraverso lo svolgimento di lezioni teoricheintervallato da esempi pratici ed esercizi. La risoluzione di esercizi numerici,relativi agli argomenti svolti nelle lezioni teoriche, ha anche lo scopo diabituare lo studente allapproccio scientifico a problemi di natura diversa.

Propedeuticit: necessario saper risolvere le equazioni di primo e disecondo grado e i sistemi di equazioni; eseguire le operazioni con i logaritmi ele potenze.

Modalit di erogazione e organizzazione della didattica: sono previste 64 ore(lezioni frontali, esercitazioni, laboratorio).

Metodi di valutazione: la verifica di profitto si svolge con le seguenti modalit:scritta. Non sono previsti accertamenti in itinere.

Orario di lezione: luned 9.0012.00; gioved 9.0012.00

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Testi(teoria)1. FondamentidiChimicaGenerale R.Chang,K.Goldsby McGraw HillEducation

2. FondamentiedEsercizidiChimicaGeneraleedInorganica A.Peloso,F.

Demartin Ed.ProgettoPadova(teoriaedesercizi)

3. Chimica Generale R.H.Petrucci,F.G.Herring,J:D:Madura,C.Bissonette

4. Chimica J.N. Spencer,G.M.Bodner,L.H. Rickard Zanichelli

5. Chimica I.Bertini,C.Luchinat,F.Mani,2a ed. CasaEd.Ambrosiana

6. ChimicaGeneraleedInorganica A.Peloso Ed.LibreriaCortinaPadova

7. Chimica Lanaturamolecolaredellamateriaedellesuetrasformazioni Martin

S.Silberberg 2a ed.McGraw Hill

8. Chimica UnApproccioMolecolare,J.Tro Nivaldo,Ed.EdiSES.

Testi(esercitazioni)1. PROBLEMIDI CHIMICAGENERALE A.Peloso(7a Edizione) LibreriaCortina

Padova

2. STECHIOMETRIAPERLACHIMICAGENERALE P.MichelinLausarot,G.A.Vaglio

Piccin Padova

1 credito: Leggi fondamentali della chimica. Unit di massa e concetto di mole.Struttura dellatomo. Numeri quantici e gusci elettronici. Costruzione del sistemaperiodico e propriet periodiche. Alcuni esempi di nomenclatura. Stato diossidazione e bilanciamento di semplici reazioni.

2 credito: Legame ionico, metallico, covalente e legame nei solidi. Formule diLewis e cenni alla teoria dellorbitale molecolare. Orbitali ibridi e teoria VSEPR.Legame ad idrogeno.

3 credito: Lo stato gassoso. Leggi che descrivono il comportamento di un gas.Equazione di stato per un gas ideale ed unit di misura relative. Liquefazione deigas e grandezze critiche. Dissociazione gassosa. Lo stato liquido. Diagramma distato dellacqua. Propriet delle soluzioni ed espressione della concentrazione delsoluto. Propriet colligative e grado di dissociazione del soluto.

4 credito: Cenni di termodinamica. Funzioni di stato. Processi spontanei.Concetto di equilibrio chimico. Legge dazione di massa ed espressione dellacostante di equilibrio in sistemi omogenei ed eterogenei.

ProgrammadelCorso(8CFU)

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5 credito: Equilibri in soluzione acquosa. Teoria acido base di Brnsted e Lewis.Concetto di pH e scala di acidit. Coppie coniugate e relazione tra Ka e Kb. Forzadegli acidi mono e poliprotici e costanti di dissociazione. Composti anfoteri,idrolisi e tamponi.

6 credito: Titolazioni acido base ed uso degli indicatori. Sali poco solubili e Kps.Solubilit in funzione del pH.

7 credito: Celle galvaniche. Il potenziale elettrodico e la concentrazione. Usodella tabella dei potenziali standard. Esempi di pile commerciali. Elettrolisi e leggidi Faraday.

8 credito: Cenni di chimica inorganica con esempi relativi ai gruppi 1, 2 e aglielementi N, P, S ,O e ai metalli di transizione.

ProgrammadelCorso

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DefinizionediChimica:Studio di composizione, struttura e propriet della materia e studiodelle reazioni attraverso le quali una forma della materia pu essereprodotta o trasformata in unaltra forma.

Loggetto di studio della chimica la materia (tutto ci che ha unamassa e occupa uno spazio).Inparticolareunascienzachestudia:lastruttura elacomposizione dellamateria;letrasformazionichelamateriasubisce;lenergia coinvoltainquestetrasformazioni.

proprietchimiche;proprietfisiche.

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Sostanza: porzione di materia, con propriet specifiche proprie, risultantedalla combinazione di atomi (non necessariamente diversi), in rapportinumerici ben definiti

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Mondomacroscopico

Mondomicroscopico

Mondo simbolico: H2O CO2HH

OO=C=O

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Ilmetodo scientifico

Perottenere buoni risultatiuno scienziato dovrebbe

avere lacuriosit diunbambino

Legge della conservazione della massa

La massa delle sostanze che si formano (prodotti) in seguito ad unareazione chimica la stessa della massa delle sostanze che partecipanoalla reazione (reagenti)

La materia non si crea n si distrugge (non aumenta, n diminuisce):semplicemente si converte da una forma in unaltra.

N OO O

O

ON

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Gli atomi:lelettere dellalfabeto della chimica

Ogni elemento il proprio simbolo!!!11

Latavola periodica degli elementi

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Domanda: Di cosa fatta la materia?Risposta: La materia costituita da atomi

Domanda: Ma gli atomi di cosa sono fatti?Risposta: di protoni (p), elettroni (e), neutroni (n)

Dentro latomo

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Domanda: Di cosa fatta la materia?Risposta: La materia costituita da atomi

Domanda: Ma gli atomi di cosa sono fatti?Risposta: di protoni (p), elettroni (e), neutroni (n)

Domanda: Protoni, elettroni e neutronicome si organizzano allinterno dellatomo?Risposta: come un sistema planetario in miniatura

Dentro latomo

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Nucleo eatomo aconfronto

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La maggior parte degli elementi presente in natura come miscelaisotopica. Per tali elementi, la composizione percentuale della miscelaisotopica costante e indipendente dalla fonte di approvvigionamento.

98.888% 1.112% tracce%

99.985% 0.015% 10151016%

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Gli ioni

EAZ

UN ATOMO CHE HA PERSO O ACQUISTATO UN ELETTRONE VIENE DETTO IONE E POSSIEDE UNA CARICA ELETTRICA

X

X = carica = numero di protoni numero di elettroni

O1682-

Cu63292+

O2-

Cu2+

UNO IONE CON CARICA NEGATIVA E DETTO ANIONE

UNO IONE CON CARICA POSITIVA E DETTO CATIONE

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tuttiM+

tuttiM2+

tuttiXtuttiX2Esistonodiverse

proprietperiodiche!!!25

Esistonoancheionipoliatomici(cheriprenderemoaffrontandolanomenclaturadeicomposti),peresempio:

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Ragionareinmassa 1.1 Come possiamo esprimere la massa di un atomo?

La massa di un atomo espressa in Kg (o in g) numericamente moltopiccola, tipicamente dellordine di 10251027 Kg

E molto pi comodo esprimere la massa di un atomo in unit di massaatomica (uma)

Per convenzione 1 uma corrisponde a 1/12 della massa di un atomo di 12C,ovvero:

1.9926481026 kg / 12 = 1.660541027 kg = 1 uma

In questo modo, un atomo di 12C peser esattamente (per definizione) 12uma

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Ragionareinmassa 1.2 E per quanto riguarda gli altri atomi?

Sperimentalmente possibile determinare quante volte un certo atomo pi pesante (o pi leggero) rispetto ad un atomo di 12C, per esempio:

massa 19F / massa 12C = 1.58320

ovvero, un atomo di 19F ha una massa 1.58320 volte quella di un atomo di 12C

Pertanto la massa di un atomo di 19F, espressa in uma, sar:

1.5832012 = 18.9984 uma

In questo modo possibile determinare la massa di tutti gli atomi (tutti gliisotopi) esistenti

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Ragionareinmassa 1.3 Il problema degli isotopi: la maggior parte degli elementi presente innatura sotto forma di pi isotopi, per esempio:

12C = 12.000000 uma (abbondanza isotopica 98.892%)13C = 13.003354 uma (abbondanza isotopica 1.108%)

Per ragioni pratiche, risulta estremamente utile definire una massa atomicamedia che tenga conto della composizione percentuale della miscelaisotopica:

uma abb. frazionaria contributo12C 12.000000 0.98892 = 11.867 +13C 13.003354 0.01108 = 0.144 =

12.011

12.011 non la massa di un atomo di carbonio, bens la massa media di unatomo di carbonio. Per inciso, 12.011 il valore numerico riportato nellatavola periodica per il carbonio!

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Ragionareinmassa 1.4 A questo punto, come possiamo esprimere la massa di una molecola?

Definendo per ogni elemento una massa atomica media come fatto inprecedenza per il carbonio, la massa molecolare media si determina inmodo estremamente semplice, nota la formula del composto in questione:

ma = massa atomicamm = massa molecolare

H2O: mmH2O = 2 maH + 1 maO = 2 1.01 + 1 16.00 = 18.02 uma

NH3: mmNH3 = 1 maN + 3 maH = 1 14.01 + 3 1.01 = 17.04 uma

C6H12O6: mmC6H12O6 = 6 mac + 12 maH + 6 maO == 6 12.01 + 12 1.01 + 6 16.00 = 180.18 uma

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Ragionareinmassa 1.5 Siamo ora in grado di esprimere la massa di un atomo o di una molecola inuma (ed, eventualmente, di convertirla in Kg o in g sapendo che 1 uma =1.660541027 Kg = 1.660541024 g). Nella pratica per pressochimpossibile lavorare (pesare, manipolare) con singoli atomi o singolemolecole: si lavora invece con quantit dellordine del grammo.

Chiediamoci allora:

Quanti atomi di H sono presenti in 1.01 g di H? Quanti atomi di O sono presenti in 16.00 g di O? Quante molecole di H2O sono presenti in 18.02 g di H2O?

Si noti che abbiamo volutamente scelto una massa di H, O e H2O (ingrammi) numericamente uguale alla loro massa atomica o molecolare (inuma)

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Ragionareinmassa 1.6

Quanti atomi di H sono presenti in 1.01 g di H?

1.01 g / (1.011.660541024 g) = 6.0221023 atomi

Quanti atomi di O sono presenti in 16.00 g di O?

16.00 g / (16.001.660541024 g) = 6.0221023 atomi

Quante molecole di H2O sono presenti in 18.02 g di H2O?

18.02 g / (18.021.660541024 g) = 6.0221023 molecole

sempre6.0221023questonumerodettonumerodiAvogadroNA

Si definisce mole (simbolo: mol) quella quantit di sostanza che contiene unnumero di Avogadro di particelle (atomi o molecole) ovvero 6.0221023

Si definiscemassa molare (simbolo: MM) la massa di una mole di sostanza

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Ragionareinmassa 1.7

1 atomo di O: 16.00 uma1 molecola di O2: 32.00 uma1 molecola di H2O: 18.02 uma

1 mole di (atomi di) O: 16.00 g1 mole di (molecole di) O2: 32.00 g1 mole di (molecole di) H2O: 18.02 g

1.660541024 g 6.0221023

Quanto pesa:

MMO: 16.00 g/molMMO2: 32.00 g/molMMH2O: 18.02 g/mol

unamolediatomidiunelementohaunamassa(g)pariallamassaatomicadellelemento

(analogheconsiderazioninelcasodicomposti) 35

Ragionareinmassa 1.8

In generale, per calcolare il numero di moli n contenute in una certa massa mdi sostanza con massa molare MM:

n(mol)=m(g)/MM (g/mol)

Esempi: quantemolisonocontenuteil30grammidiammoniacaNH3? quantopesano3.5molidiacidonitricoHNO3?

Attenzioneallacoerenzadimensionale

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Gli atomi possono:- non combinarsi elementi atomici- combinarsi con atomi identici elementi molecolari- combinarsi con atomi diversi composti (molecolari o ionici)

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Elementi atomici Elementi molecolari

ma ancheH2, N2, O2, F2, Cl2,

Br2, I2

gas nobiliHe, Ne, Ar, Kr,

questi gas sono costituiti da singoli atomi isolati

solidi estesiNa, Fe, Al, C, Si,metalli e semimetalli non

sono costituiti n da singoli atomi isolati, n da

molecole distinte

H, N, O, F, Cl,

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Metalli

Semimetalli

Nonmetalli

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Composti molecolari

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Composti molecolari

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Composti ioniciNaCl

ZnS

CaF2

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Nei composti ionici gli atomi (in realt ioni) sono tenuti insieme da interazioni coulombianetra ioni di carica opposta. Il legame ionico nasce dal trasferimento (permanente) di elettronida un atomo allaltro:

Viceversa negli elementi molecolari e nei composti molecolari gli atomi sono tenutiinsieme da legame covalenti che nascono dalla condivisione di elettroni tra atomi:

H + H2atomidiidrogeno

(nonlegati)1molecoladiidrogeno(H2)

HH

H + Cl1atomodiidrogenoe1dicloro(nonlegati)

1molecoladiclorurodiidrogeno(HCl)

ClH

EnelcasodielementicomeNa,Fe,C,Si,(solidiestesi)chetipodilegamesiforma?masoprattutto:

PERCHEGLIATOMISILEGANO?

Na Na+ +e

Cl+e Cl

Na +Cl Na+ Cl

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Domande,esempi eapprofondimentisulle slideprecedenti

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SOLIDO: forma propria e volume proprio. Meno comprimibili dei liquidi.Particelle in posizioni fisse.Moto prev. vibrazionale. Es. cristalli

LIQUIDO: volume proprio ma NON forma propria. Solo leggermentecomprimibili. Forze intermolecolari abb. forti. Moto prev. traslazionale. Es.acqua in una bottiglia

GAS: n forma n volume proprio; si espandono in tutto lo spazio a lorodisposizione. Alta en. cinetica.Moto prev. traslazionale.

approfondimento su slide5:stati diaggregazione della materia

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approfondimento su slide5:propriet della materia

Propriet Chimiche: sono rappresentate dalla capacit di un campione dimateria di subire un cambiamento di composizione in determinate condizioni.Es. Pt inerte, Na reattivo

Propriet Fisiche: sono le caratteristiche che un campione di materia mostrasenza che cambi la sua composizione chimica.Es. colore, punto di fusione.

ProprietEstensive: dipendenti dallaquantitdimateria.Es.volume,massa,lunghezza

Propriet Intensive: sono quelle indipendenti dalla quantit di materia che siconsidera.Es. durezza, colore, punto di fusione.

Cosasiintendeperprocessofisicoeprocessochimico?

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Cambiamenti fisici: si modificano alcune propriet fisiche del campionein oggetto, ma la sua composizione rimane inalterata. Es. corrente nellalampadina, ferro caldo,.

Cambiamenti chimici: un campione di materia viene convertito in unaltro con composizione differente. Es. ferro che si arrugginisce, scintillatra idrogeno e ossigeno a dare acqua,.

Dicosastiamoparlando?

Classificareiseguentifenomeniefarealtriesempidicambiamenti(oprocessi)chimiciefisici,es: Ilghiacciochefonde Unpezzodilegnochebrucia Ungaschesiespandeinunrecipiente Ilsaledacucinachesiscioglieinacqua

approfondimento su slide5:propriet della materia

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Sostanza tipo di materia avente una composizione costante, propriet chimichefisiche costanti; ogni singola forma pura di materia

Elementi sostanze che non possono essere ulteriormente suddivise Composti sostanze costituite da atomi di due o pi elementi in proporzioni fisse tra

loro

Ogni elemento costituito da atomi: la pi piccola parte di materia in cui si pusuddividere un elemento senza che perda le sue propriet chimiche. Es. Idrogeno,H; ossigeno, O,

Molecola la pi piccola parte di materia in cui si pu suddividere un compostosenza che perda le propriet chimiche che lo caratterizzano. Es. Acqua, H2O; acquaossigenata, H2O2,.

Una MISCELA non ha una composizione fissa, ma pu variare nellambito di unampio intervallo. Una soluzione (vedremo durante il corso) una miscelaOMOGENEA la cui composizione rimane invariata in ogni punto del sistema

Una miscela ETEROGENEA un sistema la cui composizione e/o propriet variano daun punto allaltro della miscela stessa

approfondimento su slide6:classificazione della materia DEFINIZIONI

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Ildifettodimassacalcolatoperilnucleodi4Hequindi:

notochelamassaariposodiunnucleodi4He4,001506u.Masecalcoliamolamassadiunnucleodi4Hesommandolemasseariposodeisuoinucleoni,troviamounvaloreleggermentepigrande:

approfondimento su slide13:il difetto dimassa

Chefinehafattolamassamancante?Aquantoammontapercentualmente?

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Mano a mano che il numero diprotoni aumenta, la bandatende a curvare leggermenteverso lalto. Ci significa che ilrapporto fra neutroni e protoniaumenta, allontanandosigradualmente dal semplicevalore di 1:1 indicato dalla rettadella figura.La ragione di questocomportamento facile dacomprendere. Con laumentaredel numero di protoni, ilnumero dei neutroni devecrescere proporzionalmente dipi, per generare una forzanucleare sufficiente acompensare laumento dellerepulsioni elettrostatiche fra iprotoni.

approfondimento su slide17:labanda distabilitRiportando in grafico tutti gli isotopi stabili e instabili di ogni elemento in funzione del numerodei loro protoni e neutroni, si evidenzia una regione molto importante, chiamata banda distabilit.

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Si definisce Massa Formula la somma delle masse atomiche degli atomi oioni presenti in una unit formula.

Uno ione sodio (Na+) e uno ione cloruro(Cl) costituiscono lunit formula delcloruro di sodio.

Lamassa diuna unit formulaquindi:=22.9898 uma +35.4527 uma=58.4425 uma

Clorurodisodio

approfondimento su slide31:il concetto dimassa molecolareper i composti ionici