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Chimica generale e stechiometria
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Di cosa parla
- Il metodo scientifico di Galileo Galilei si basa su osservazione, domande, ipotesi, esperimenti, analisi dati e conclusioni.
- La chimica include ramificazioni come analitica, biologica, organica, inorganica, computazionale e fisica.
- La tavola periodica organizza gli elementi (110 attuali) con nome e simbolo (es. Ossigeno=O, Idrogeno=H, Carbonio=C, Fosforo=P, Cobalto=Co, Sodio=Na).
- La materia si divide in miscele (separabili meccanicamente/fisicamente) e sostanze pure (non separabili fisicamente, ma chimicamente). Le miscele possono essere uniformi (omogenee) o eterogenee.
- Le proprietà intensive (es. temperatura, densità, viscosità) non dipendono dalla dimensione, mentre le estensive (es. massa, volume, energia) sì.
- Le unità di misura fondamentali includono metro (m), chilogrammo (kg), secondo (s), ampere (A), kelvin (K), mole (mol), candela (cd).
- La teoria atomica ha radici storiche, con Robert Boyle che ripropose il concetto di atomismo.
- Le leggi fondamentali includono la legge di conservazione della massa (Lavoisier) e la legge delle proporzioni definite (Proust).
- La teoria atomica di Dalton (1804) postula atomi indivisibili, con massa e proprietà chimiche identiche per un dato elemento, che si combinano in rapporti interi semplici per formare composti.
- I modelli atomici storici includono Thomson (plum pudding), Rutherford (planetario) e Bohr (orbite circolari quantizzate).
- Le particelle subatomiche sono elettroni (Thomson, 1897), protoni (Rutherford, 1917-1929) e neutroni (Chadwick, 1932).
- Gli isotopi sono atomi con lo stesso numero di protoni (numero atomico Z) ma diverso numero di neutroni (numero di massa A). Alcuni isotopi sono radioattivi.
- La massa atomica si riferisce all'isotopo, il peso atomico è la media ponderata, il difetto di massa è dovuto all'energia di legame nucleare.
- Gli ioni sono atomi con carica (anioni negativi, cationi positivi).
- La quantizzazione dell'energia (Planck, Einstein) e il dualismo onda-particella (de Broglie) sono alla base della meccanica quantistica e dell'equazione di Schrödinger.
- I numeri quantici (n, l, m, ms) definiscono gli orbitali, descrivendo l'energia, la forma, l'orientamento spaziale e lo spin degli elettroni.
- Il principio di Aufbau, di esclusione di Pauli e la regola di Hund governano la configurazione elettronica.
- I legami chimici possono essere metallici (elettroni delocalizzati), ionici (trasferimento di elettroni, ∆x > 1.7) o covalenti (condivisione di elettroni, ∆x < 1.7).
- La notazione di Lewis rappresenta gli elettroni di valenza. Si calcolano carica formale e numero di ossidazione (N.O.).
- La polarità di un legame dipende dalla differenza di elettronegatività, con momento di dipolo (μ) per i legami eteropolari.
- La teoria VSEPR e l'ibridazione degli orbitali (sp, sp2, sp3) determinano la geometria molecolare.
- La nomenclatura include composti binari, acidi ternari (ossiacidi) e sali derivati.
- Gli stati di aggregazione (solido, liquido, gassoso) sono descritti dalle leggi dei gas ideali (Boyle, Charles, Gay-Lussac, Avogadro) e dall'equazione di stato dei gas ideali. I gas reali deviano a basse pressioni e alte masse molecolari (equazione di van der Waals).
- I liquidi hanno proprietà come viscosità, tensione superficiale e capillarità. I solidi possono essere cristallini o amorfi.
- Le transizioni di stato (fusione, ebollizione, sublimazione) sono associate a calore latente e descritte da diagrammi di stato.
- La termodinamica studia gli scambi di energia (calore q, lavoro L). Il primo principio afferma la conservazione dell'energia. L'entalpia (ΔH) è il calore a pressione costante.
- La spontaneità delle reazioni è legata all'entropia (ΔS) (secondo e terzo principio) e all'energia libera di Gibbs (ΔG).
- La cinetica chimica studia la velocità di reazione, influenzata dall'energia di attivazione (Ea) e dalla presenza di catalizzatori (equazione di Arrhenius).
- L'equilibrio chimico è una condizione dinamica governata dalla costante di equilibrio (K) e dal quoziente di reazione (Q). Il principio di Le Chatelier descrive la risposta all'equilibrio alle perturbazioni.
- Gli acidi e basi sono definiti secondo Lewis (accettori/donatori di doppietti elettronici) e Brønsted-Lowry (donatori/accettori di protoni). Il pH è una misura dell'acidità.
- La solubilità di un sale in acqua è descritta dal prodotto di solubilità (Kps), influenzata dall'effetto dello ione a comune, dall'acidità e dalla formazione di ioni complessi.
- L'elettrochimica studia le reazioni redox che convertono energia chimica in elettrica (celle galvaniche) o viceversa (celle elettrolitiche). I potenziali di riduzione standard (E°) e l'equazione di Nernst sono strumenti chiave.
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