Gli argomenti trattati - IL SITO UFFICIALE DEGLI STUDENTI .... De Rosa. Lezione 1. aa 12.13 Struttura... · ¾Il numero quantico principale (n) definisce il livello energetico GHOO¶RUELWDOH

LEZIONE 1Struttura della materia e

Corso di Chimica e Propedeutica Biochimica Proff. M. De Rosa / C. Schiraldi

Gli argomenti trattati

Composizione della materia

materia, sostanze e miscele, elementi e composti

Fondamenti di struttura atomica

Molecole: formula empirica, formula molecolare,formula di struttura e formule tridimensionali


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Materia

universo e le trasformazioni che in essoavvengono possono essere descritte intermini di: materia ed energia

Materia è tutto ciò che ha una massa edoccupa un volume


IL 97,7%DELLA MATERIA COSMICACOSTITUITO DA DUE ELEMENTI: IDROGENO E ELIO

SULLA DESTRA SONO RIPORTATII CINQUE ELEMENTI

CROSTA TERRESTRE: OSSIGENO, SILICIO, ALLUMINIO, FERRO E CALCIO


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Gli stati della materia sono:SOLIDOLIQUIDOGASSOSO

La descrizione macroscopica della materia èbasata sui sensiLa descrizione microscopica è basata sullateoria atomica

Materia


Sostanze

Le varie forme della materia sono dette sostanze

Una sostanza ha composizione fissa e costante edè caratterizzata da proprietà chimiche e fisiche

Sostanze: sostanze elementari (gas monoatomici oaggregati di atomi uguali) o composti (aggregatidi atomi differenti)


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Sostanze elementari

Cloro: gassoso a T ambiente; condensa sulla provetta fredda come liquido giallo

Bromo: liquido abbastanza volatile da riempire la beuta di vapori

Iodio: il vapore violetto dello iodio ricristallizza sul pallone freddo


Composti


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MisceleUna miscela è formata da più sostanze. Le sostanzeche costituiscono una miscela possono essere separatecon metodi fisici.

Miscele omogenee: i componenti costituisconofase (es. aria, leghe, sale disciolto in acqua)

Miscele eterogenee: costituite da due o più fasi (es.acqua\olio, soluzioni sovrassature, sangue ecc.)


MISCELE

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..schematizzando..

Elettroni, protoni e neutroniNumeri quantici

Il numero atomicoIsotopi

Fondamenti di struttura atomica


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Atomi

Gli atomi sono i costituenti fondamentalidella materia.

Si conoscono 109 specie differenti di atomi


Per chiarire la struttura degli atomi e perrappresentarla mediante un modello è necessarioconoscere:


le parti che formano gli atomi;;

le forze che agiscono tra le varie parti e quindi la loro energia.

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Atomi

Un atomo è costituitoda tre tipi diparticelle: protoni eneutroni, localizzatinel nucleo ed elettroniche si muovonointorno al nucleo


ATOMOParticella Neutrone Protone Elettrone

carica nessuna positiva1,6021x10-19C

negativa-1,6021x10-19C

massa 1,67x10-27kg 1,67x10-27kg 9,11x10-31kg

dimensioni1 x 10-15 1 x 10-15

1 x 10-19


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Studio del modello atomicoMILLIKAN misurò la carica elettrica

THOMSON misurò il rapporto carica/massa

RUTHERFORD dimostrò che la massa di un atomo èconcentrata nel nucleo e che il suo volume è datoessenzialmente dagli elettroni che girano attorno alnucleo

-8 cmIl nucleo ha un raggio di 10-13 cm


Modello atomico di BohrPREVEDE PER GLI ATOMI

LA QUANTIZZAZIONE DEI LIVELLI ENERGETICI

Il singolo elettrone può occupare solo certe orbite olivelli energetici.

o di radiazione da partecomporta il salto da .

del fotone della radiazione emessa oassorbita (h ) corrisponde esattamente alladifferenza di energia tra di partenza e quelladi arrivo.


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= frequenza della radiazione emessa


E2-E1 =

E1

E2

E3

Modello atomico di Bohr

Principio di indeterminazione di Heisenberg

piccolo vi è incertezza nella posizione ( x)ed incertezza sulla quantità di moto ( p) di un elettrone.

Tanto più uno dei valori è determinato con accuratezza, tantopiù diviene incerto.

La moderna MECCANICA QUANTISTICA nondescrive in modo esatto la posizione o il moto di unelettrone, ma considera la probabilità di ritrovarlo inun certo punto di un atomo o di una molecola.


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La distribuzione di probabilità di unelettrone é descritta da unafunzione matematica, EQUAZIONEDI SCHRODINGER.

La funzione che si ottienedalla soluzione ècaratterizzata da terne di numeriinteri (n, 1, m,) detti numeri quantici.


Una con associati valori di n, l, m si chiama orbitale.

Il numero quantico principale (n) definisce il livelloenergetico

Il numero quantico angolare (l) indica i sottolivelli possibiliper ogni livello energetico e definisce la forma

Il numero quantico magnetico (m) definisce


n ed l definiscono il contenuto energetico totale di un orbitale.Orbitali con uguali valori di n ed l, che differiscono per il valoredi m, sono detti degeneri (hanno la stessa energia)

2 è la probabilità di trovare in una determinataregione di spazio.

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n: il numero quantico principalenergia che un elettrone di un

atomo può avere è quantizzata,cioè limitata a certi valoricalcolabili con la formula:

2nkE


n, dal punto di vista matematico può assume valori interi da 1 a , dal punto di vista fisico descrive

.

Se si rimuove un elettrone (ionizzazione),si dice che è eccitato alla stato quantico n =

. Se n tende E tende a zero.

l dal punto di vista matematico può assumere tutti i valori interi da 0 a n-1, dal punto di vista fisico descrive la .


l: il numero quantico secondario

Orbitali con l = 0 (s) hanno simmetria sferica

Orbitali con l > 1 (p, d e f) hanno simmetria lobata

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m dal punto di vista matematicopuò assumere i valori interi compresi tra - l<m<+ l, dal punto di vista fisico descrive

m: il numero quantico magnetico

l = 1, m = -1, 0,+1

l = 2, m = -2, -1, 0, +1, +2

3 orbitali p

5 orbitali d

sul proprio asse (spin), genera un campo magnetico la cui polarità dipende dal verso di rotazione.

La rotazione oraria genera un campo allineato con quello terrestre, condizione di minore energiarotazione antioraria genera una condizione a più alta energia.


Numero quantico di spinDal punto di vista matematico ha due valori +½ o ½, dal punto di vista fisico descrive il senso di rotazione

.

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Numero atomico e numero di massa

Numero atomico (Z): numero di protoniNumero di massa (A): numero totale di protoni e neutroniNumero di neutroni (N) = A-Z

H11SimboloA

Z

He42 Cl35

17 Cl3717


Z N A simbolo20 20 40 40Ca20 22 42 42Ca20 23 43 43Ca20 24 44 44Ca20 25 45 45Ca20 26 46 46Ca20 28 48 48Ca

ISOTOPI Elementi che hanno uguale numero atomico (Z) ma diverso numero di massa (A)

Gli isotopi del calcio hanno 20 protoni nel nucleo ma ilnumero dei neutroni varia da 20 a 28.

Z: numero atomicoN: numero di neutroni (A-Z)A: numero di massa (N+Z)

20

20

20

20

20

20

20

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ISOTOPITutti gli isotopi (= stesso posto) di un elemento occupano lo stesso posto nella Tavola Periodica

Gli isotopi di uno stesso elemento hanno uguali proprietà chimiche ma diverse proprietà fisiche.

Molti elementi sono presenti in natura come miscela isotopica a composizione costante.

O168 O17

8 O188


MolecoleNumerose sostanze sono formate da atomi uguali o

diversi, legati a piccoli gruppi secondo rapporti dicombinazione definiti e costanti. Questi aggregati diatomi sono detti molecole.

Le molecole possono essere biatomiche, se formateda due atomi (O2, H2, CO), triatomiche (H2O, CO2) epoliatomiche (P4, S8).


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Simboli chimici degli elementiFe ferro N azoto Al alluminio

Ca calcio Cl cloro C carbonio

K potassio F fluoro S zolfo

Na sodio Mg magnesio Ba bario

C carbonio P fosforo B boro


Formule chimicheH2O

Nella formula della molecola :H è il simboloO è il simboloi pedici indicano il numero di atomi di

ogni elemento presenti nella molecola (2di H e 1 di O)


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Na2CO3Nella formula del carbonato di sodio:

Na è il simbolo del sodioC è il simbolo del carbonioO è il simbolo2, 1 e 3 sono, rispettivamente, gli

atomi di Na, C e O presenti nellamolecola.

Formule chimiche


Formula empirica (o minima) - indica gli atomi costituenti il composto ed il loro rapporto numerico di combinazione.

Formula molecolare - Ci dice quanti atomi diciascun tipo sono presenti in una molecola dellasostanza.

Sostanza Formula empirica

Formula molecolare

Acqua H20 H20Ac. ossigenata HO H2O2

Etano CH3 C2H6


RAPPRESENTAZIONI DI UNA MOLECOLA

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CH

H

H

HCH4

Formula di struttura Ci dice come i vari atomisono legati (concatenati) tra di loro.

Formula tridimensionale indica la disposizionespaziale degli atomi in una molecola

formula minima

formula molecolare Formula tridimensionale (rappresentazione a cuneo e modello a sfere e bastoncini)

formula di struttura

Struttura e proprietàUno degli scopi della chimica moderna è quello di correlareproprietà e struttura di una sostanza, intendendo per struttura

spaziale degli atomi di una molecola

Per esempio, carbonio (C) si conoscono più formeallotropiche diverse, come il diamante e la grafite, che hannoproprietà molto differenti.


GRAFITE DIAMANTE

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GRAFITEIl carbonio forma una struttura 2D incui un doppio legame e due legamisemplici sono orientati secondo i verticidi un triangolo equilatero

DIAMANTEIl carbonio forma una struttura3D con i suoi 4 legami orientatisecondo i vertici di un tetraedro

CC120°

109°


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