Primo Esonero Chimica PDF

## TEORIA DELL’ORBITALE MOLECOLARE ### Orbitali Molecolari * Orbitali molecolari antileganti * Orbitali atomici utilizzati nella combinazione lineare * O.m. di antilegame (σ*) * O.m. di antilegame (σρ*) * O.m. di antilegame (π*) * Orbitali molecolari leganti * O.m. di legame (σ...

## TEORIA DELL’ORBITALE MOLECOLARE ### Orbitali Molecolari * Orbitali molecolari antileganti * Orbitali atomici utilizzati nella combinazione lineare * O.m. di antilegame (σ*) * O.m. di antilegame (σρ*) * O.m. di antilegame (π*) * Orbitali molecolari leganti * O.m. di legame (σ) * O.m. di legame (σρ) * O.m. di legame (π) ### Molecole | Molecola | Descrizione | |---|---| | H₂ | Orbitale molecolare legante | | H₂⁺ | Orbitale molecolare legante σ | | H₂⁻ | Orbitale molecolare antilegante σ | | He₂⁺ | Orbitale molecolare legante σ | | He₂ | Nessun legame | ### Ordine di legame È un indice della forza del legame chimico tra due atomi. * **L = (Nelettroni leganti - Nelettroni antileganti) / 2** ### Molecole N₂ e O₂ * **Per le molecole leggere Li₂, (Be₂), B₂, C₂, N₂:** * 1s σ1s * 2s σ2s * 2px σ2px * 2py, 2pz π2py,π2pz * **Per le molecole pesanti O₂, F₂:** * 1s σ1s * 2s σ2s * 2px σ2px * 2py, 2pz π2py,π2pz * 2py, 2pz π*2py,π*2pz * 2px σ*2px ## I SOLIDI METALLICI ### Molecola * 0₂ * * σ’ 2px * 2s * 2px 2py 2pz * Π’2py Π’2pz * σ2px * 2s * Π2py 2pz * σ2px * σ2s ### Cristallo * Banda di energia * H * Li Liz Liz Lin * H * H ## TEORIA DELLE BANDE DI BLOCH * Si applica a solidi che non siano metalli. * Il livello massimo di occupazione di elettroni nella banda si chiama **livello di Fermi**. * **Conduttore:** banda di valenza solo parzialmente riempita, banda di valenza satura ma sovrapposta con bande vuote. * **I gruppo** * Li: 1s22s¹ * Be: 1s22s2 * 11 ## LEZIONE 12: I SEMICONDUTTORI * La teoria delle bande si può applicare anche ai composti covalenti a struttura infinita (es. diamante, silice) o ai composti ionici (es. AgBr). * **Isolante:** banda di valenza satura e separata dalla banda di conduzione da un dislivello (GAP) energetico molto elevato. * **IV gruppo** * C: 1s22s22p21s²2(sp³)4 * 2(sp³)4 * ΔΕ = 6 eV * 1s2 * Diamante ## LEZIONE 11: LEGAME METALLICO ### Proprietà dei metalli * Elevata conducibilità elettrica * Elevata conducibilità termica * Effetto fotoelettrico e termoionico * Elevata duttilità e malleabilità * Lucentezza e non trasparenza * Elettropositività * Strutture cristalline molto compatte ### Elevata densità dei metalli * Copertura trigonale ### Proprietà meccaniche * Strutture fitte compatte ### Modello atomistico dei metalli * "Mare" di elettroni di valenza, molto mobili e delocalizzati * Cationi disposti secondo un reticolo ordinato ### Dettagli del modello atomico * Un reticolo di ioni positivi è immerso nel "mare di elettroni" derivati dal guscio di valenza degli atomi del metallo ed appartenenti al cristallo nel suo insieme. * La figura sotto viene applicata una forza (da sinistra a destra). * Il catione evidenziato non ne è influenzato ed il suo intorno immediato non cambia. * Il modello del mare elettroni spiega la facilità di deformazione dei metalli. ## FORME ALLOTROPICHE DEL CARBONIO * **Carbonio** sempre allo stato puro, ma configurato in cristalli disposti in maniera diversa. ### Diamante * Il punto di fusione è di circa 3550 °C. * Non conduce l'elettricità. * Conduttività termica 1600 W/mK. * È il secondo elemento più duro in natura dopo il carbonato di silicio (SiC). ### Grafite * Tenuta tra i vari piani non c'è. * Il punto di fusione è di circa 3550 °C. * Grande conducibilità elettrica (quella di volume è dell'ordine di 105 s/m). ### Fullereni * In nanotecnologia la resistenza termica e la superconduttività dei fullereni sono alcune delle proprietà più studiate. * La fullerite ultradura C60 ha una durezza molto elevata, superiore a quella del diamante. * Il Fullerene-C60 viene utilizzato come additivo anti-attrito all'interno degli olii per motori. ### Nanotubi di carbonio * Da semiconduttore a conduttore a seconda della deformazione. * Generalmente a temperatura ambiente per un MWNT isolato la conduttività termica (>3000 W/m·K) è più grande di quella del diamante naturale e della grafite. ### Modulo di Young * Teorico di un nanotubo possa arrivare sino a 4 TPa. * La sua resistenza a trazione (tensile strenght) dovrebbe essere di circa 220 GPa. ## LEZIONE 10: LEGAME COVALENTE 3 ### Teoria del legame di valenza * Ogni legame è formato da due elettroni appartenenti a due atomi diversi e condivisi nello spazio fra i nuclei. * I due elettroni si devono trovare su orbitali semioccupati. * Condividendo i due elettroni i due atomi acquistano una configurazione elettronica esterna stabile (ottetto). * La direzione di legame coincide con l'asse congiungente i nuclei. * L'angolo di legame è l'angolo formato da due direzioni di legame. * A seconda del numero di coppie di elettroni condivise si formano legami covalenti singoli, doppi o tripli. ### BENZENE C₆H₆ * Ibrido di risonanza tra due forme limite. ### Legame sigma * Sovrapposizione di due orbitali sp². * Rimane libero un orbitale p che sta a 90°. * Gli elettroni sono delocalizzati. ### Ibridizzazione * Ibridi sp³ (1s e 3p): ibridi tetraedrici (angolo di 109,5°). * Ibridi sp (1s e 1p): ibridi lineari (angolo di 180°). * Ibridi sp² (1s e 2 p): ibridi trigonali planari (angolo di 120°). ## LEZIONE 9: IL LEGAME COVALENTE 2 ### Legame covalente eteropolare * Si stabilisce tra due atomi di diversi elementi non metallici e quindi con una piccola differenza di elettronegatività. * Gli elettroni di legame sono attratti con maggiore forza dal nucleo dell'atomo più elettronegativo, creando una parziale carica positiva sull'atomo più elettropositivo e negativa sull'atomo più elettronegativo, si forma il dipolo elettrico sul legame. * Il momento di dipolo µè una grandezza che ci consente la quantificazione della polarità di una molecola: è data dal prodotto tra il valore assoluto della carica elettrica presente ai due estremi del dipolo e la distanza di legame. * Ogni legame covalente ha il suo momento di dipolo, che viene determinato per ogni molecola sperimentalmente. * **μ = dL * d ≠ 0** ### Legame covalente omopolare * **μ = dL * d = 0** ## I vari tipi di legame sigma sono: ### Legame covalente omopolare Cl₂ * Per realizzare l'ottetto elettronico i due atomi mettono in comune due elettroni con sovrapposizione dei due orbitali incompleti px. * Si forma un legame simmetrico perché hanno stessa elettronegatività. ### Legame covalente omopolare O₂ * Per raggiungere l'ottetto completo ciascuno dei due atomi di ossigeno metterà in comune due elettroni mediante sovrapposizione parziale dei due orbitali atomici incompleti, con formazione di due orbitali di legame. * La sovrapposizione tra i due orbitali atomici px è frontale e il legame è di tipo Opp. * La sovrapposizione laterale degli orbitali atomici py determina un addensamento elettronico in due regioni situate ai lati dell'asse congiungente i due nuclei. * Un legame covalente costituito da un orbitale di legame che si trova al di sopra e al di sotto della retta ideale che unisce i due nuclei si chiama *pi-greco*. * Condividendo i due atomi due coppie di elettroni, il legame che si stabilisce è un *legame doppio*. ### Legame covalente omopolare N₂ * Per raggiungere l'ottetto elettronico, ciascuno dei due atomi di azoto dovrà quindi condividere tre elettroni mediante sovrapposizione parziale dei tre orbitali atomici p incompleti, con formazione di tre orbitali di legame. * La sovrapposizione tra i due orbitali atomici px è frontale e il legame è di tipo Opp. * Tra i due orbitali atomici py e i due orbitali atomici p₂ la sovrapposizione è invece laterale: questo porta alla formazione di due legami *pi-greco*. * Dal momento che i due atomi condividono tre coppie elettroniche, il legame che si stabilisce è *un triplo legame*. ## LEZIONE 6: IL LEGAME CHIMICO ### Classificazione dei legami chimici * **Legami forti:** interni alla molecola con energia di legame 50-150 Kcal/mol: * Legame ionico * Legame covalente * Legame metallico * **Legami deboli:** fra le molecole: * Legame a ponte idrogeno: energia di legame 2,5-10 Kcal/mol * Interazioni di Van der Waals: energia di legame 0,5-1 Kcal/mol ### LEGAME CHIMICO E ENERGIA * L'energia di legame è l'energia che viene liberata nella formazione di un legame fra due atomi che si trovano allo stato di gas monoatomici, o inversamente l'energia necessaria per rompere il legame e portare gli atomi allo stato di gas monoatomici. * L'energia di dissociazione è l'inverso dell'energia di legame come segno, ma ha lo stesso valore assoluto. ## LEZIONE 7: LEGAME IONICO * I primi due gruppi hanno massima elettropositività, il gruppo VI e VII hanno massima elettronegatività, mentre i gas nobili sono chimicamente inerti. * I legami ionici puri si hanno quando un elemento del I o II gruppo si combinano elementi del VI o VII gruppo. * Gli elementi metallici del I e II gruppo che, avendo pochi elettroni, tendono a perderli diventando ioni positivi. * Gli elementi non metallici del VI e VII gruppo, avendone molti, tendono ad acquistarli diventando ioni negativi. ## PROPRIETÀ PERIODICHE DEGLI ELEMENTI * **Metalli:** tendono a perdere gli elettroni del livello energetico più esterno per raggiungere la configurazione del gas nobile. * **Non metalli:** tendono a guadagnare degli elettroni da collocare sul livello energetico più esterno per raggiungere la configurazione del gas nobile. * **Anfoteri:** possono comportarsi sia da metalli che da non metalli. * **Raggio atomico:** dimensione degli orbitali al variare del numero quantico n -> distanza massima raggiunta dall'elettrone che ruota attorno al nucleo. * **Raggio ionico:** raggio cationi < raggio atomo neutro < raggio anioni. * **Energia prima ionizzazione:** energia necessaria a strappare un elettrone ad un atomo neutro allo stato gassoso. * **Elettronegatività:** tendenza di un atomo ad attrarre verso di sé elettroni condivisi. * **Affinità elettronica:** energia liberata quando un elettrone si lega all'atomo in fase gassosa. ## LEZIONE 4: CONFIGURAZIONE ELETTRONICA * Ogni funzione d'onda ha bisogno di 4 valori dei numeri quantici. * Due funzioni d'onda si differenziano per almeno un valore di numero quantico, quando questo valore è s (il numero di spin elettronico), allora le due funzioni d'onda descrivono lo stesso orbitale ed il moto di due elettroni che hanno spin opposto. * Il *principio di esclusione di Pauli* definisce che ogni orbitale atomico può contenere al massimo due elettroni. * La *regola di Hund/principio della massima molteplicità* afferma che: se più elettroni occupano orbitali degeneri, essi si distribuiscono con spin paralleli, sul numero massimo possibile di questi. ## LEZIONE 3: LEGGI PONDERALI * **Unità di massa atomica (u.m.a.):** è un'unità di misura per la massa atomica assoluta che dà la massa atomica relativa. * **Massa atomica relativa media o Peso atomico (u.m.a):** Me = Σ ίΜiΡ i / 100 ## LEZIONE 2: I MODELLI DELL'ATOMO ### Modello di Schrödinger (meccanica quantistica) * **Equazione di Schrödinger:** Hψ = Εψ. La funzione d'onda y lega la posizione dell'elettrone alla sua energia. * Non si sta più parlando di orbita ma di orbitale (volume). * y descrive il moto dell'elettrone attorno al nucleo nello spazio tridimensionale in funzione di 4 numeri quantici: n, m, l, s. * w² è la probabilità di trovare l'elettrone attorno al nucleo. ### Modello di Hartree-Fock * Attraverso degli esperimenti su atomi con n=2 gli scienziati incontrarono dei problemi di incongruenza con il modello di Bohr-Sommersfeld. * Questo poiché anziché avere un unico valore di energia esso si sdoppiava, mentre addirittura per atomi con n=3 si divideva in 3. * Il nuovo modello propose un diverso livello di energia tra un tipo di orbitale e l'altro (s e p ad esempio) ma lo stesso livello di energia tra due orbitali dello stesso tipo (2s oppure 2p). * Il numero atomico Z coincide con il numero di protoni. * Se l'atomo è neutro allora Z=e. * Quando Z aumenta il primo orbitale si avvicina al nucleo. * Si dicono orbitali degeneri quelli con la stessa energia. ## LEZIONE 1: STRUTTURA DELL'AΤΟΜΟ * È la più piccola particella di un elemento che mantiene le proprietà chimiche dell'elemento stesso. * Composto da: nucleo (protoni e neutroni (massa: 10-27kg)→ noti come nucleoni), periferia (elettroni con carica 1,602 * 10-19C). * **Atomo neutro:** atomo in cui numero di protoni uguale al numero di elettroni. * Il numero di protoni nel nucleo è di fondamentale importanza per distinguere due atomi con proprietà chimiche diverse. * Gli atomi possono disporsi secondo un: ordine cristallino (caratterizza stato solido); ordine caotico (amorfo); contaminato (atomo disposto diversamente dagli altri). ### Dettagli dell'atomo * **Numero atomico (Z):** numero protoni = numero elettroni * **Numero di massa (A):** numero totale dei nucleoni (protoni + neutroni) * **AZnome elemento** * **Isotopi:** sono atomi con lo stesso Z e diverso A, diverso numero di neutroni e diversa massa. * **loni:** si differenziano dall'atomo neutro per l'acquisto o la perdita di uno o più elettroni. ## Modello di Thomson * E' stato confutato da esperimenti. ## Modello di Rutherford * Ipotizzò l'atomo come un nucleo compatto circondato da elettroni ruotanti in orbite fisse. ## Modello di Bohr-Sommersfeld * Gli elettroni si trovano in livelli energetici. * Ogni livello è caratterizzato dalla sua energia ed essa rimane costante per ogni elettrone che gli appartiene e cambia solo al variare del livello. * I livelli di valenza diventano più frequenti tra loro a mano a mano che ci si allontana dal nucleo. * Al di sotto di questo "limite" invece, si ha la fisica quantistica che di fatti si occupa di ciò che succede all'interno dell'atomo. * Nel 1923 De Broglie postulò che ad ogni particella libera è associata una determinata lunghezza d'onda: = h/. ## Principio di indeterminazione di Heisenberg * ∆xp = h/2π * Dove Ax indica la posizione della particella, Ap la sua quantità di moto ed h è la costante di Planck. * Il principio afferma che non è possibile conoscere contemporaneamente (cioè calcolare) sia la posizione che la velocità di una particella. * L'energia di un fotone è: E = hv, E indica l'energia, h è la costante di Planck, v indica la frequenza.