Elementi di chimica: materia, atomi, molecole e reazioni chimiche

Elementi di chimica

SEZIONE 5 Elementi di chimica La materia - Elementi e composti - Atomi e molecole - Legami e reazioniPag. 90/1

La materia

La materia è tutto ciò che ci circonda, ha una massa e occupa uno spazio. Una porzione di materia è un corpo. La materia è formata da atomi. hub SCUOLAPag. 90/2 LA MATERIA La scienza che studia la struttura e le proprietà della materia, così come le sue trasformazioni, è la chimica. hub SCUOLA

Elementi e composti

Gli elementi sono sostanze costituite da un solo tipo di atomi. Esempi: cloro (Cl), idrogeno (H), ossigeno (O). Esistono circa 100 elementi, e sono ordinati nella tavola periodica degli elementi. hub SCUOLAPag. 91/2 ELEMENTI E COMPOSTI

Tavola periodica degli elementi

PERIODI 1 GRUPPI IA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI VIII A GAS NOBILI 1 2 1 H Idrogeno 1,008 II A III A IVA VA VIA VIIA 5 B Boro 10,81 6 C Carbonio 12,011 7 N Azoto 14,007 8 O Ossigeno 16,0 9 F Fluoro 19,0 10 Ne Neon 20,179 3 11 Na Sodio 22,99 12 Mg Magnesio 24,305 III B IV B VB VIB VII B VIII B IB II B 26,98 14 Si Silicio 28,09 15 P Fosforo 30,97 16 S Zolfo 32,06 17 CI Cloro 35,45 18 Ar Argon 39,948 4 19 K Potassio 39,098 20 Ca Calcio 40,08 21 Sc Scandio 44,96 22 Ti Titanio 47,90 23 V 24 Cr Cromo 52,0 25 Mn Manganese 54,94 26 Fe Ferro 55,85 27 Co Cobalto 58,93 28 Ni Nichel 58,70 29 Cu Rame 63,55 30 Zn Zinco 65,38 31 Ga Gallio 69,72 32 Ge Germanio 72,59 33 As Arsenico 74,92 34 Se Selenio 78,96 35 Br Bromo 79,904 36 Kr Kripto 83,80 5 Rb Rubidio 85,47 38 Sr Stronzio 87,62 39 Y Ittrio 88,91 40 Zr Zirconio 91,22 41 Nb Niobio 92,91 42 Mo Molibdeno 95,94 43 Tc Tecnezio [99] 44 Ru Rutenio 101,1 45 Rh Rodio 102,91 46 Pd Palladio 106,4 47 Ag Argento 107,9 48 Cd Cadmio 112,40 49 In Indio 114,82 50 Sn Stagno 118,69 51 Sb Antimonio 121,75 52 Te Tellurio 127,60 53 I lodio 126,90 54 Xe Xenon 131,30 6 Cs Cesio 132,90 56 Ba Bario 137,34 57 *La Lantanio 138,90 72 Hf Afnio 178,49 73 Ta Tantalio 180,95 74 W 75 Re Renio 186,2 76 Os Osmio 190,2 77 Ir Iridio 192,2 78 Pt Platino 195,09 79 Au Oro 197,0 80 Hg Mercurio 200,59 81 TI Tallio 204,37 82 Pb Piombo 207,2 83 Bi Bismuto 208,98 Po Polonio [209] 85 At Astato [210] 86 Rn Radon [222] 7 87 Fr Francio [223] 88 Ra Radio 226,03 89 *Ac Attinio [227] 104 Ku Kurciatovio [261] 105 Ha Hahnio [262] * LANTANIDI Elementi con il numero atomico tra 58 e 71 * ATTINIDI Elementi con il numero atomico tra 90 e 103 hub SCUOLA 2 Li Litio 6,941 4 Be Berillio 9,012 Zn Zinco 65,38 LIQUIDI SIMBOLO NOME GASSOSI MASSA ATOMICA . ELEMENTI ARTIFICIALI · Le parentesi quadre indicano che l'elemento è ottenuto per trasformazioni radioattive NUMERO ATOMICO SOLIDI 30 He Elio 4,003 3 13 A Alluminio 37 55 84 Tungsteno (Volframio) 183,85 Vanadio 50,94

Elementi nelle cellule

Solo poche decine di elementi entrano a far parte delle cellule, in particolare: ossigeno (O), carbonio (C), idrogeno (H) e azoto (N) costituiscono il 97% circa del peso degli organismi viventi. % 65,0 O 9,5 H 1,5 Ca 18,5 C 3,3 N <1,0 Altri hub SCUOLAPag. 91/4 ELEMENTI E COMPOSTI I composti sono sostanze costituite da più di un tipo di atomi. Ad esempio, l'acqua è formata da idrogeno e ossigeno (H2O). H2C hub SCUOLA

Facciamo il punto

1. Dai una definizione di materia.
2. Di che cosa si occupa la chimica?
3. Spiega la differenza tra elementi e composti.
4. Che cos'è la tavola periodica degli elementi?

hub SCUOLA

Atomi e molecole

L'atomo è la più piccola porzione di un elemento chimico che conserva le proprietà dell'elemento stesso. hub SCUOLAPag. 92/2 ATOMI E MOLECOLE L'atomo è costituito dalle seguenti particelle: · protoni, hanno carica elettrica positiva e sono stabilmente presenti in tutti gli atomi; · neutroni, hanno massa quasi uguale a quella dei protoni ma non presentano carica elettrica; · elettroni, hanno carica negativa e massa trascurabile (1836 volte inferiore a quella di un protone). hub SCUOLAPag. 92/3 ATOMI E MOLECOLE Neutroni e protoni si trovano nel nucleo, che occupa una piccolissima parte dello spazio dell'atomo. Nel nucleo si concentra la quasi totalità della massa dell'atomo. neutroni e protoni - + + + 0 elettroni hub SCUOLA

Molecole e formule chimiche

Una molecola è un insieme di atomi (uguali o differenti) uniti mediante legami chimici. La molecola è la più piccola parte di una sostanza che presenta tutte le caratteristiche chimiche e fisiche della sostanza stessa. hub SCUOLAPag. 93/2 MOLECOLE E FORMULE CHIMICHE Le molecole sono identificate da un nome scientifico e da una formula chimica. O2 N2 H2O CO2 C4H10 ossigeno azoto acqua diossido di carbonio = idrogeno = ossigeno = azoto = carbonio butano hub SCUOLAPag. 93/3 MOLECOLE E FORMULE CHIMICHE Esiste una nomenclatura ufficiale per indicare i composti. Accanto ai nomi tecnici troviamo nomi tradizionali o commerciali, che individuano con immediatezza sostanze molto diffuse e di uso quotidiano. Esempi: sale (NaCl, cloruro di sodio), candeggina (NaClO, ipoclorito di sodio), bicarbonato di sodio (NaHCO2, idrogenocarbonato di sodio), ecc. hub SCUOLA

I legami chimici

I legami chimici sono le forze mediante le quali gli atomi sono legati tra loro. In questo modo gli atomi raggiungono una situazione energetica più stabile. hub SCUOLAPag. 94/2 I LEGAMI CHIMICI Tipi di legami chimici: · primari (tra atomi): ionico (con trasferimento di elettroni), covalente (con condivisione di elettroni); · secondari (tra molecole): legame idrogeno (tra atomi di idrogeno e atomi di ossigeno/azoto di molecole differenti), forze di Van der Waals (interazioni molecolari temporanee). hub SCUOLAPag. 94/3 I LEGAMI CHIMICI Esempio: formazione del cloruro di sodio (NaCl) mediante legame di tipo ionico. Il sodio cede al cloro l'elettrone del livello più esterno. Na elettrone Cl O O 0 0 1 C O O 1 0 0 0 1 0 O 1 O 0 0 0 sodio cloro .. .. Na+ .Cl: - > Na:Cl: .. hub SCUOLA -0~ 1 0

L'acqua e il legame idrogeno

La molecola di acqua è polare: le cariche elettriche dell'acqua fanno sì che le molecole vicine vengano attratte reciprocamente l'una all'altra. In tal modo si ha la formazione di legami deboli tra le molecole, detti legami idrogeno. Da questi legami derivano le peculiarità dell'acqua (es. è il "solvente universale"). hub SCUOLAPag. 95/2 L'ACQUA E IL LEGAME IDROGENO H+ H+ H+ H+ legame idrogeno hub SCUOLA

Facciamo il punto sui legami

1. Quali sono le particelle che costituiscono gli atomi?
2. Spiega la differenza tra atomo e molecola.
3. Che tipo di legame formano il sodio e il cloro? Spiega.
4. Spiega la relazione tra legame idrogeno e acqua.

hub SCUOLA

Le reazioni chimiche

Le reazioni chimiche sono trasformazioni delle sostanze (riordinamento degli atomi). Le sostanze coinvolte nella reazione si chiamano reagenti, mentre le sostanze ottenute sono dette prodotti della reazione. -30 ~10 hub SCUOLAPag. 96/2 LE REAZIONI CHIMICHE A + B > C+D reagenti prodotti A+B -> C+D reazione irreversibile (la reazione procede da sinistra verso destra) A+B 2 C+D reazione reversibile (la reazione procede in entrambi i sensi) hub SCUOLAPag. 96/3 LE REAZIONI CHIMICHE

Tipi di reazioni chimiche

TIPI DI REAZIONI CHIMICHE Tipologia Equazione Caratteristiche Esempi Reazioni di sintesi A + B -> AB Da due o più elementi o composti semplici si ottiene un solo composto più complesso 2 Na + Cl2 -> 2 NaCl sodio cloro cloruro di sodio H2 + S -> H2S idrogeno zolfo solfuro di idrogeno Reazioni di analisi (o di decomposizione) AB -> A + B Possono essere considerate l'inverso delle reazioni di sintesi: da un solo composto si ottengono due o più prodotti più semplici 2H2O2 -> O2 + 2H2O perossido d'idrogeno ossigeno acqua (acqua ossigenata) CaCO3 -> CaO + CO2 carbonato ossido diossido di calcio di calcio di carbonio Reazioni di scambio semplice (o di sostituzione) A + BC -> AC + B Un elemento libero A sostituisce e prende il posto di un elemento B presente nel composto BC e porta alla formazione di un nuovo composto AC Zn + 2HCI -> ZnCl2 + H2 zinco acido cloruro idrogeno cloridrico di zinco 2 CH3COOH + 2 Na -> 2CH3COONa + H2 acido acetico sodio acetato di sodio idrogeno hub SCUOLAPag. 96/4 LE REAZIONI CHIMICHE TIPI DI REAZIONI CHIMICHE Tipologia Equazione Caratteristiche Esempi Reazioni di doppio scambio AB + CD -> AD + BC Due composti si scambiano gli elementi che li costituiscono per formare due nuovi composti FeS + 2HCI -> FeCl2 + H2S solfuro ac. cloridrico cloruro ac. solfidrico di ferro di ferro CH3COOH + NaOH -> CH3COONa + H2O acido acetico idrossido di sodio acetato di sodio acqua Reazioni di ossidoriduzione (redox) A -> A+ + e" ossidazione (A si ossida perché perde un elettrone) B + e- - > B- riduzione (B si riduce perché acquista un elettrone) Si verifica il trasferimento di elettroni da una specie chimica (che si ossida) a un'altra (che si riduce) 2Fe + O2 -> 2FeO ferro ossigeno ossido di ferro 2Fe2+ + Br2 -> 2Fe3+ + 2Br- ferro bromo ferro ossidato bromo ridotto hub SCUOLA

Reazioni chimiche ed energia

Reazioni esotermiche (o esoergoniche): · liberano energia: A + B C + D + energia · esempio: CH + 2O2 2 H2O + energia (combustione del metano) hub SCUOLAPag. 97/2 REAZIONI CHIMICHE ED ENERGIA Reazioni endotermiche (o endoenergetiche): · richiedono energia: A + B + energia I C + D · esempio: 6 CO2 + 6 H2O + energia C6H1206 + 6 O2 (fotosintesi clorofilliana) hub SCUOLAPag. 97/3 REAZIONI CHIMICHE ED ENERGIA Le reazioni esotermiche spontanee sono più comuni di quelle endotermiche spontanee. hub SCUOLA

Acidi, basi, sali

Acidi: · hanno sapore acido; · colorano di rosso la cartina al tornasole; · in acqua liberano H+ CH COOH H+ + CH2 COO- acido acetico idrogenione ione acetato hub SCUOLAPag. 98/2 ACIDI, BASI, SALI Basi o alcali: · hanno sapore amaro; · colorano di blu la cartina al tornasole; · in acqua liberano OH- ₹10 1 2 PH 1- 3 4 15 NaOH Na+ + OH- idrossido di sodio ione sodio ossidrilione hub SCUOLAPag. 98/3 ACIDI, BASI, SALI Sali: · si formano per reazione tra un acido e una base (reazione di neutralizzazione) NaOH + HCl NaCl + HO 2 idrossido di sodio acido cloridrico cloruro di sodio acqua hub SCUOLA

Il pH

Il pH è una grandezza che esprime la concentrazione di H+ presente in una soluzione. SANXIN DANXIN 700 258 CAL ENTER hub SCUOLA