Post on 06-May-2018
Lezione 1
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
Chimica
Prof. Roberto Paolesse
Dip. Scienze e Tecnologie Chimiche Università di Roma "Tor Vergata" Via della Ricerca Scientifica 1 00133 Roma, Italia
Tel: 39.06.72594752 Fax: 39.06.72594328 e-mail: roberto.paolesse@uniroma2.it
2
3
Esami:
Sessione Invernale 06/02/2012 - 03/03/2012
Sessione Estiva
02/07/2012 - 28/07/2012
Sessione Autunnale 03/09/2012 - 29/09/2012
Due esami per sessione
4
L’ esame consiste in una prova scritta ed in una prova orale
Si è ammessi all’orale se si supera la prova scritta (voto 18)
E’ possibile partecipare a qualunque sessione di esame
La prova scritta è composta da cinque esercizi numerici
5
Se si vuole sostenere la prova scritta, è necessario iscriversi online sul sito web: delphi.uniroma2.it
6
Tutte le informazioni relative al corso (programma, slide delle lezioni, esercizi, comunicazioni, ecc. ecc.) si trovano sul sito: www.uniroma2.it/didattica
7
Libro di testo: Brown - Lemay - Bursten – Murphy:
Fondamenti di Chimica
2 edizione ISBN: 9788879594790
Edises
9
Il Metodo Scientifico è un approccio sistematico alla ricerca:
Un’ ipotesi è un tentativo di spiegazione di un certo numero di osservazioni sperimentali
tested modified
10
Una teoria esprime un principio unificante che spiega un insieme di osservazioni o leggi basate su queste.
Una legge esprime una relazione fra fenomeni che avvengono nella stessa maniera sotto le stesse condizioni.
Atomic Theory
Forza = massa x accelerazione
11
Materia è tutto ciò che occupa spazio ed ha una massa propria.
Una sostanza è quella forma della materia che ha composizione e proprietà definite.
La Chimica è lo studio della materia e delle sue trasformazioni
Azoto liquido Lingotti di oro Cristalli di silicio
12
Un miscuglio è una combinazione di due o più sostanze in cui queste mantengono le relative identità.
1. Miscugli omogenei – composizione costante del miscuglio.
2. Miscugli eterogenei – la composizione non è uniforme in tutto il miscuglio.
bibita, latte, lega
cemento, polvere di ferro nella sabbia
13
Metodi fisici possono essere usati per separare il miscuglio nei suoi componenti.
magnete
distillazione
14
Un elemento è una sostanza che non può essere separata in sostanze più semplici mediante metodi chimici.
• 117 elementi sono stati identificati
• 82 elementi sono presenti sulla Terra
oro, alluminio, piombo, ossigeno, carbonio, zolfo
• 35 elementi sono stati sintetizzati artificialmente
tecnezio, americio, seaborgio
16
Un composto è una sostanza formata da atomi di due o più elementi uniti chimicamente secondo proporzioni fisse.
I composti possono essere separati nei loro elementi costitutivi solo tramite metodi chimici.
Fluoruro di litio quarzo Ghiaccio secco – CO2
18
Teoria Atomica di Dalton (1808) 1. Gli Elementi sono costituiti da particelle estremamente
piccole chiamate atomi.
2. Tutti gli atomi di un dato elemento sono identici, con le stesse dimensioni, massa e proprietà chimiche. Gli atomi
di un elemento sono diversi dagli atomi di tutti gli altri elementi.
3. I Composti sono formati da atomi di più di un elemento. In tutti i composti, il rapporto dei numeri degli atomi degli
elementi presenti è un numero intero o una semplice frazione.
4. Una reazione chimica comporta solo la separazione, combinazione, o riarrangiamento di atomi; non comporta
la loro creazione o distruzione.
22
e- charge = -1.60 x 10-19 C
Thomson’s charge/mass of e- = -1.76 x 108 C/g
e- mass = 9.10 x 10-28 g
Misura della massa di e- (1923 Premio Nobel in Fisica)
Esperimento di Millikan
25
1. la carica positiva degli atomi è concentrata nel nucleo 2. Il protone (p) ha carica opposta (+) all’elettrone (-)
3. La massa di p è 1840 volte la massa di e- (1.67 x 10-24 g)
α particle velocity ~ 1.4 x 107 m/s (~5% speed of light)
(1908 Premio Nobel in Chimica)
Esperiment di Rutherford
26
atomic radius ~ 100 pm = 1 x 10-10 m
nuclear radius ~ 5 x 10-3 pm = 5 x 10-15 m
Modello dell’ Atomo di Rutherford
“Se l’ atomo fosse grande come uno Stadio, allora il nucleo sarebbe una
pallina da golf nel cerchio di centrocampo.”
27
Esperimento di Chadwick (1932) (1935 Premio Nobel in Fisica)
atomi H - 1 p; atomi He - 2 p
massa He/massa H teorica = 2
massa He/massa H misurata = 4
α + 9Be 1n + 12C + energia
neutrone (n) è neutro (carica = 0)
n massa ~ p massa = 1.67 x 10-24 g
29
Proprietà delle Onde
Lunghezza d’onda (λ) è la distanza fra punti identici di onde successive.
Ampiezza è la distanza verticale fra il picco di un’onda e la sua intersezione con l’asse delle ascisse.
Frequenza (ν) è il numero di onde che passa in un punto particolare in 1 secondo (Hz = 1 ciclo/s).
La velocità (u) dell’onda = λ x ν
30
Maxwell (1873), propose che la luce visibile fosse costituita di onde elettromagnetiche.
La radiazione elettromagnetica è
l’emissione e la trasmissione di energia in forma di onde
elettromagnetiche.
Velocità della luce (c) nel vuoto = 3.00 x 108 m/s
Tutte le radiazioni elettromagnetiche λ x ν = c
32
Mistero #1, “Problema dei Solidi Riscaldati” Risolto da Planck in 1900
L’ Energia (luce) è emessa o assorbita in unità discrete (quanto).
E = h x ν Planck’s constant (h)
h = 6.63 x 10-34 J•s
Quando i solidi sono riscaldati, emettono radiazioni elettromagnetiche che coprono un’ampia gamma di lunghezze
d’onda. L’energia radiante emessa da un oggetto ad una certa
temperatura dipende dalla sua lunghezza d’onda.
33
La Luce ha caratteristiche sia: 1. onda
2. particella
hν = KE + W
Mystero #2, “Effetto Fotoelettrico” Risolto da Einstein in 1905
Fotone è una “particella” di luce
KE = hν - W
hν
KE e-
dove W è la funzione lavoro e dipende da quanto sono fortemente
legati gli elettroni nel metallo
36
1. e- può assumere solo specifici (quantizzati)
valori di energia
2. la luce è emessa quando e- passa da un livello energetico ad un altro
Modello di Bohr dell’ Atomo (1913)
En = -RH ( ) 1 n2
n (principal quantum number) = 1,2,3,…
RH (Rydberg constant) = 2.18 x 10-18J
42
Ephoton = ΔE = Ef - Ei
Ef = -RH ( ) 1 n2 f
Ei = -RH ( ) 1 n2 i
i f ΔE = RH ( ) 1
n2 1 n2
nf = 1
ni = 2
nf = 1
ni = 3
nf = 2
ni = 3
45
De Broglie (1924) propose per e- la natura sia di onda
che di particella.
Perchè l’ energia di e- è quantizzata?
u = velocity of e-
m = mass of e-
2πr = nλ λ = h mu
49
L’ equazione d’onda di Schrodinger In 1926 Schrodinger scrisse un’ equazione che descriveva sia la natura di onda e particella di e-
La funzione d’onda (ψ) descrive:
1 . energia di e- per una data ψ
2 . probabilità di trovare e- in un volume di spazio
L’equazione di Schrodinger può essere risolta esattamente solo per l’ atomo di idrogeno. Per atomi polielettronici bisogna utilizzare soluzioni
approssimate.
51
Equazione d’onda di Schrodinger ψ è una funzione di quattro numeri chiamati
numeri quantici (n, l, ml, ms)
numero quantico principale n
n = 1, 2, 3, 4, ….
n=1 n=2 n=3
La distanza di e- dal nucleo
53
Numeri quantici : (n, l, ml, ms)
numero quantico del momento angolare l
per un dato valore di n, l = 0, 1, 2, 3, … n-1
n = 1, l = 0 n = 2, l = 0 or 1
n = 3, l = 0, 1, or 2
Forma del “volume” di spazio occupata da e-
l = 0 orbitale s l = 1 orbitale p l = 2 orbitale d l = 3 orbitale f
Equazione d’onda di Schrodinger
56
numeri quantici : (n, l, ml, ms)
Numero quantico magnetico ml
per un dato valore di l ml = -l, …., 0, …. +l
orientazione dell’ orbitale nello spazio
se l = 1 (orbitale p), ml = -1, 0, o 1 se l = 2 (orbitale d), ml = -2, -1, 0, 1, o 2
Equazione d’onda di Schrodinger
59
(n, l, ml, ms)
numero quantico di spin ms
ms = +½ o -½
Equazione d’onda di Schrodinger
ms = -½ ms = +½
60
L’esistenza (e l’energia) dell’elettrone nell’atomo è descritta dall’unica funzione d’onda ψ.
Principio di esclusione di Pauli non possono coesistere in un atomo due elettroni aventi
gli stessi quattro numeri quantici.
Equazione d’onda di Schrodinger numeri quantici: (n, l, ml, ms)
Ciascun posto è identificato univocamente (E, R12, S8)
Ciascun posto può ospitare solo un idividuo per volta
63
Equazione d’onda di Schrodinger numeri quantici: (n, l, ml, ms)
Cella – elettroni con lo stesso valore di n
Livello – elettroni con lo stesso valore di n ed l
Orbitale – elettroni con lo stesso valore di n, l, ed ml
Quanti elettroni sono presenti in un orbitale?
Se n, l, and ml sono fissati, allora ms = ½ o - ½
ψ = (n, l, ml, ½) o ψ = (n, l, ml, -½) Un orbitale può contenere 2 elettroni
64
Quanti orbitali 2p ci sono in un atomo?
2p
n=2
l = 1
se l = 1, allora ml = -1, 0, or +1
3 orbitali
Quanti elettroni possono essere posti in un livello 3d?
3d
n=3
l = 2
Se l = 2, allora ml = -2, -1, 0, +1, or +2
5 orbitali possono contenere un totale di 10 e-
65
Energia degli orbitali in un atomo monoelettronico
L’Energia dipende solo dal numero quantico principale n
En = -RH ( ) 1 n2
n=1
n=2
n=3
66
Energia degli orbitali in un atomo poli-elettronico
L’ Energia dipende da n ed l
n=1 l = 0
n=2 l = 0 n=2 l = 1
n=3 l = 0 n=3 l = 1
n=3 l = 2
68
Aufbau principle
H 1 electron
H 1s1
He 2 electrons He 1s2
Li 3 electrons Li 1s22s1 Be 4 electrons Be 1s22s2 B 5 electrons B 1s22s22p1
? ?
69
L’arrangiamento più stabile di elettroni in un livello è quello con il maggior numero di spin paralleli
(Principio di Hund).
70
Ordine di riempimento di orbitali in un atomo poli-elettronico
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s
71
La configurazione elettronica descrive come gli elettroni sono distribuiti nei vari orbitali atomici in un
atomo.
1s1 numero quantico
principale n numero quantico
momento angolare l
numero di elettroni nell’orbitale o livello
Diagramma orbitalico
H
1s1
72
Qual è la configurazione elettronica del Mg?
Mg 12 electrons
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s
1s22s22p63s2 2 + 2 + 6 + 2 = 12 electrons
Abbreviated as [Ne]3s2 [Ne] 1s22s22p6
Quali sono i possibili numeri quantici per gli ultimi (più esterni) elettroni in Cl?
Cl 17 electrons 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s
1s22s22p63s23p5 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17 electrons Last electron added to 3p orbital
n = 3 l = 1 ml = -1, 0, or +1 ms = ½ or -½