Chimica: Modelli Atomici e Orbitali

La Natura Atomica della Materia

• Lavoisier stabilì la legge di conservazione della massa: la massa totale delle sostanze reagenti è uguale alla massa totale delle sostanze prodotte.
• Proust formulò la legge delle proporzioni definite: i rapporti ponderali tra gli elementi in un composto sono costanti.
• Dalton propose un modello atomico basato su quattro postulati: la materia è formata da atomi indivisibili, gli atomi dello stesso elemento sono uguali, gli atomi di elementi diversi hanno masse diverse e gli atomi si combinano in rapporti interi per formare composti.
• Dalton introdusse anche la legge delle proporzioni multiple: se due elementi formano più di un composto, le diverse masse di un elemento che reagiscono con una massa fissa dell'altro elemento stanno in rapporto di numeri interi piccoli.
• Gay-Lussac trovò che i volumi dei gas che reagiscono tra loro stanno in rapporti semplici.
• Avogadro propose che volumi uguali di gas, nelle stesse condizioni di temperatura e pressione, contengono lo stesso numero di particelle.
• Cannizzaro risolse la questione dei pesi atomici degli elementi utilizzando la legge di Avogadro e determinando le masse di un determinato volume di gas alle stesse condizioni di temperatura e pressione.

La Struttura dell'Atomo

• Thomson, studiando i raggi catodici, scoprì l'elettrone, una particella subatomica con carica negativa e massa molto piccola rispetto all'atomo.
• Il modello atomico di Thomson "a panettone" prevedeva un atomo composto da una nube di carica positiva con gli elettroni immersi al suo interno.
• Rutherford, attraverso l'esperimento con le particelle alfa, dimostrò che l'atomo è costituito da un nucleo centrale molto piccolo con carica positiva, contenente quasi tutta la massa, e da elettroni che ruotano attorno al nucleo.
• Il modello atomico di Bohr propose che gli elettroni orbitano attorno al nucleo in orbite stazionarie con livelli energetici quantizzati.
• Il modello atomico di Schrodinger descrive gli elettroni in termini di orbitali, regioni di spazio attorno al nucleo in cui è maggiore la probabilità di trovare l'elettrone. Gli orbitali sono caratterizzati da numeri quantici che descrivono la forma, l'orientamento e l'energia dell'orbitale.

Il Sistema Periodico

• La tavola periodica organizza gli elementi in base alle loro proprietà periodiche, che si ripetono in modo sistematico all'aumentare del numero atomico.
• Gli elementi sono raggruppati in periodi (righe) e gruppi (colonne) sulla base della loro configurazione elettronica.
• Le proprietà periodiche includono dimensioni atomiche, energia di ionizzazione, affinità elettronica ed elettronegatività.

Il Legami Chimico

• Il legame ionico si forma attraverso il trasferimento di elettroni tra atomi, creando ioni con cariche opposte che si attraggono elettrostaticamente.
• Un legame covalente si forma quando gli atomi condividono elettroni, generalmente per raggiungere una configurazione elettronica più stabile simile a quella dei gas nobili.
• L'elettronegatività è la tendenza di un atomo a attrarre a sé gli elettroni di legame in una molecola.
• Gli atomi si legano per raggiungere, generalmente, una configurazione elettronica più stabile.

Lo Stato Gassoso

• La legge di Boyle stabilisce che la pressione e il volume di un gas sono inversamente proporzionali a temperatura costante.
• La legge di Gay-Lussac stabilisce che il volume di un gas è direttamente proporzionale alla temperatura a pressione costante.

Termodinamica

• La termodinamica studia il calore e il lavoro nei processi fisici e chimici.
• I processi termodinamici possono essere reversibili o irreversibili, con le funzioni di stato.

Stato Solido

• I solidi possono essere cristallini o amorfi, a seconda dell'organizzazione spaziale delle particelle.
• Le proprietà dei solidi sono influenzate dalle forze intermolecolari tra le particelle.

Stato Liquido

• I liquidi hanno un volume definito ma assumono la forma del contenitore.
• La tensione di vapore è la pressione esercitata dal vapore di un liquido in equilibrio con il liquido stesso.

Equilibri Chimici

• La legge di azione di massa descrive la relazione tra le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti all'equilibrio in una reazione chimica.
• I fattori che influenzano l'equilibrio chimico includono la temperatura e le variazioni nelle concentrazioni dei reagenti e dei prodotti.

Equilibri Acido-base e di Solubilità

• Gli acidi e le basi possono essere definiti in base alla loro capacità di donare o accettare protoni.
• Il pH è una misura della concentrazione di ioni idrogeno in una soluzione.
• La solubilità di un solido in acqua è la concentrazione massima del solido che può essere disciolto in una soluzione a una data temperatura.

Celle Galvaniche ed Elettrolitiche

• Le celle galvaniche generano energia elettrica attraverso una reazione redox spontanea.
• Le celle elettrolitiche utilizzano energia elettrica per provocare una reazione redox non spontanea.