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Questi appunti di chimica forniscono un'introduzione agli atomi, ai protoni, neutroni e elettroni, e ai concetti legati alle proprietà chimiche e alla tavola periodica degli elementi
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CHIMICA ATOMO - formato da nucleo e orbitali - Considerabile con unastruttura vuota NUCLEO - arte piccolissima p - tutta lamassaè concentrata nel nucleo. - Densità elevatissima, gli spazi fra nucleon...
CHIMICA ATOMO - formato da nucleo e orbitali - Considerabile con unastruttura vuota NUCLEO - arte piccolissima p - tutta lamassaè concentrata nel nucleo. - Densità elevatissima, gli spazi fra nucleoni (P eN) sonopressoché virtuali, ovvero non ci sono - Caricopositivamente, poiché composto da nucleoni,ovvero protoni (carica positiva, +) e neutroni (carica neutra) - Le forze di tensione nel nucleo devono controbilanciare le forze di repulsione di protoni con la stessa carica - Nucleipiccolisonostabili, nucleigrandisonoinstabili OTA BENE → in natura, ciò che èinstabiletendeatrasformarsiin qualcosadi più N stabile,liberando energia. Il processoinversononavviene mai spontaneamente, e quando avviene, qualcosa o qualcuno hafornitoopportunaenergia. PROTONI - caricapositiva, pari a 1,6 × 10 alla -19 coulomb - Massa leggermente inferioreal neutrone, pari a unUMA (circa 1,6 × 10 alla -27 kg) - Carta d’identità degli elementi nella tavola, poiché il numero di protoni non varia mai Il numero dei protonicoincidecon il numero deglielettroni. Il numero dei protoninon varia mai, mentre quello deineutroni e degli elettronipuò variare, ma comunque l’elemento rimane lo stesso… NOTA BENE → NegliIsotopi, variano ineutroni; negliIoni, variano glielettroni NEUTRONI - aricaneutra c - Massa leggermente superioreal protone, circa un UMA - il numero può variare, ma l’elemento rimane lo stesso, si parla di isotopi ELETTRONI - aricanegativa c - ruotano attorno al nucleo, - tendono ad occupare preferenzialmentegliorbitalipiù interni - massa trascurabile, poiché pesa 1840 volte meno delprotone - L’elettrone (più esterno) determina lareattivitàe le proprietà chimiche dell’elemento Glielettroninegliorbitali più vicinial nucleosono piùstabili, poiché èmaggiore la forza di attrazione del nucleo. Ad aumentare la distanza dalnucleo,diminuiscelaforzadi attrazione del nucleo, quindiaumenta l’energia el’instabilità degli elettroni. ’elettrone cercasempre di avvicinarsi al nucleo,emettendo energia; se accade il L processoinverso, l’elettrone haricevuto l’opportunaenergia, assorbita dall’esterno. OTA BENE → lamassadi un atomo èconcentrata solonel nucleo, e lareattività e le N proprietà di un atomo dipendono solo dagli elettroni più esterni; di conseguenza la massa di un atomo èSCOLLEGATA dalle sue proprietà chimiche. NUMERO ATOMICO (o DI CARICA) - i indica con Z s - È unnumero intero positivo - Indica ilnumero di protoni, che coincide con il numerodegli elettroni - Gli elementi sono ordinati nella tavola periodica da sinistra verso destra e orizzontalmente, al crescere di Z - Tra gli atomi di uno stesso elemento,Z NON VARIAMAI - Nella tavola periodica,Z è indicato come pedice,alla sinistra del simbolo dell’elemento NUMERO DI MASSA - i indica con A S - È unnumero intero positivo - Indica lasomma numerica dei nucleonipresenti nelnucleo di un atomo - Ècirca uguale al peso atomico, tenendo conto cheprotoni e neutroni hanno peso di circa 1 UMA - A differenza di Z,A PUÒ VARIAREe l’elemento rimanerelo stesso(isotopi) - Nella tavola periodica,A è indicato come apice, allasinistra del simbolo dell’elemento OTA BENE → Insieme, il numero di massa e il numero atomico (rispettivamente A e Z) N costituiscono nella tavola unnuclide. NOTA BENE →A è sempre maggiore di Z, tranne in uncaso, in cui i due sono uguali: si tratta dell’idrogeno, che ha1 protone e 1 elettrone,ma 0 neutroni nel nucleo, e di conseguenzaA coincide con Z. ISOTOPI - tomi di uno stesso elementochedifferiscono unicamenteper il numero di A neutroni; gli isotopi di uno stesso elemento avrannomassa diversa ma stesse proprietà chimiche, chedipendono SOLO dagli elettroni - Due isotopi di una stessa elemento sono indistinguibili - Si dividono inisotopi naturali e isotopi artificiali - Nella tavola periodica,ogni elemento haALMENO DUEisotopi naturali - Gli isotopi artificiali sono spesso radioattivi, poichéad aumentare dei neutroni, aumenta anche l’instabilità del nucleo(un esempioè l’uranio arricchito) - Due elementi con lostesso numero di massa, ma condiverso numero atomicosi diconoisobari; indue elementi diversi,nonsi puòmai avere il caso in cui abbiano lo stesso numero atomico, mentrepossono avere lo stessonumero di massa, proprio perché esistono gli isotopi. ISOTOPI PARTICOLARI - IDROGENO: ha due isotopi, chiamatiDeuterio(con A=2)eTrizio(A=3), che hanno eso molecolare rispettivamente il doppio e il triplo di quello dell’idrogeno, poiché p cambia il loro numero di neutroni. - CARBONIO: Ha due isotopi particolari,il carbonio-12,da cui si prende la definizione di unUMA, ovvero la 12ª parte della massadell’isotopo-12 del carbonio i compiti. L’altro isotopo è ilcarbonio-14, utilizzatoper ladatazione radiometricadi reperti archeologici, ma anche in attività forense per la datazione delle ossa; quest’isotopo ha un tempo didecadimento molto lungo,che è proprio la caratteristica utilizzata per la datazione. ORBITALI - Caratteristiche generali e Definizioni - egione di spazio in cuicoesistono al massimo dueelettronicheviaggiano con R spin opposto, o antiparallelo - Traiettoriesu cuiruotano gli elettroni attorno alnucleo - Dipendono daforze di attrazione e repulsione, poichéilnucleo attrae elettrostaticamente gli elettroni, poiché dicaricaopposta, mentre gli elettroni non si scontrano mai a loro volta poiché di cariche uguali. ORBITALI - Suddivisione (gusci e sottolivelli) - o spazio intorno al nucleo di un atomo viene suddiviso insette gusci, olivelli L energetici, e oltre il settimo guscio non si va poichéladistanza dal nucleo non consente l’attrazione. - Più ci siallontana dal nucleo, piùdiminuisce l’energiadi attrazione del nucleo sugli elettroni, e quindiaumenta l’energia deglielettroni. Si ha, quindi, l’energia minore del primo guscio,quello più piccolo, mentre si ha energia maggiore nel settimo, ovvero ilguscio piùlontano - Ogni guscio ha unospessore, e ognielettrone all’internodi un guscio varia la distanza dall’altro, e di conseguenzavaria anchela loro energia - Ogni guscio comprende piùsottolivelli energetici,chiamatiS, P, D, F. Ogni sottolivello presentauno o più orbitali. Più ci siallontana dal guscio, più aumentano il numero degli orbitalie glielettronicontenuti all’interno di ciascun guscio. - Quando un elettrone si muove da un orbitaleesternoa uno interno, siavvicinaal nucleo, e quindidiminuisce la sua energia. Questoprocesso avvienesempre spontaneamente, e durante esso l’elettrone emetteenergia. - Quando l’elettrone siallontana dal nucleo(da orbitaleinterno a esterno), la suaenergia aumenta. Perché avvenga questo, occorre fornire l’opportunaenergia, che l’elettrone va ad assorbire. - Se, invece, l’elettronerimane sull’orbitale,nonvarierà la distanza dal nucleoné la propria energia: in questo caso, si parla distatostazionariodell’elettrone. SOTTOLIVELLI ENERGETICI - i dividono in s, p, d , f s - s e p sono dettisottolivelli fissi, e sono abassaenergia - d e f sono dettisottolivelli mobili, poiché compionoisalti elettronici; sono adalta energia, e in particolare F è ad altissima energia. - Sono presenti solo in gusci particolari: - s = dal 1° al 7° - p = dal 2° al 7° - d = dal 3° al 6° - f = nel 4° e nel 5° - Fatta eccezione per il primo,in ogni guscio siconsiderano i sottolivelli fissi, in quanto d ed f, avendotroppa energia, simuovono spostandosiverso l’esterno - Per determinare lecaratteristiche chimiche di unelementosi fa riferimento aisottolivelli fissi con quattro orbitali complessivi e, quindi, otto elettroni: in questo caso, si parla di saturazioneo, raggiungimento dell’ottetto (fattaeccezione per il primo guscio, che raggiunge lasaturazione con solo due elettroni(He,Elio), non avendo il sottolivello p). - Tutti i gusci dal 2° al 7° raggiungono lasaturazionecon otto elettroni(ottetto), quindi tutti gli elementi della tavola conterranno da uno a otto elettroni nel guscio più esterno. Il loro comportamento dipenderà unicamente da quanti elettroni sono contenuti nel guscio più esterno: - meno elettroni nel guscio più esterno→ comportamentometallico - più elettroni nel guscio più esterno→ comportamentonon metallico -All’aumentare del numero di elettroni di valenza(nel guscio più esterno), aumenta il comportamento non metallico - La condizione dell’ottetto o saturazione è raggiunta dall’8° gruppo deigas nobili, oinerti, orari. Tutti gli elementi con unnumero da 1 a 7di elettroni nel guscio più esterno, reagirannoquando raggiungeranno l’ottettoeassomiglierannoelettronicamente ad un gas nobile. Gli elementi hannosolo due modiper raggiungerel’ottetto: 1) ionizzando, ovvero cedendo e/o guadagnando elettroniI ionizzando, ovvero cedendo e ho guadagnando elettroni (legame ionico) 2) condividendo gli elettronicon altri elementi (legamecovalente) OTA BENE → si parla diibridazione interatomicaquandoil sottolivello d, ad alta energia, N ha un orbitale vuoto, ed avviene iltrasferimentodi un elettrone da s(abassa energia) a d(a d alta energia). Quindi, imetalli di transizionetrasferiscono elettronida s a dquando c’è la possibilità di saturare parzialmente o completamente il sottolivello d. NUMERI QUANTICI ervono per definirel’esatta posizione(distanzadal nucleo) e l’esatta energia di un S elettrone, e sono: 1) NUMERO QUANTICO PRINCIPALE→n a) dice l’energia approssimativa di un elettrone, poichéogni guscio ha uno spessoree quindivaria la distanza dal nucleo e l’energia b) corrisponde alguscioin cui si trova l'elettrone c) da 0 a + infinito d) valori REALI solo da 1 a 7 2) NUMERO QUANTICO SECONDARIO→l(elle) a) Dice laforma dell’orbitale b) corrisponde alsottolivello dove si trova l’elettrone a) va da 0 a + infinito b) valori REALI solo da 0 a 3 (0 = s, 1 = p, 2 = d, 3 = f) c) 0
