Chimica C3

manuale di chimica

Manuale di Chimica per la scuola secondaria di secondo grado.


Questo ebook di chimica per la scuola secondaria di secondo grado fa parte di una collana di ebook con licenza Creative Commons per la scuola. Il titolo Chimica C3 vuole indicare che il progetto è stato realizzato in modalità Collaborativa e con licenza Creative Commons, da cui le tre “C” del titolo. Non vuole essere un trattato completo sull’argomento ma una sintesi sulla quale l’insegnante può basare la sua lezione, indicando poi testi e altre fonti per gli approfondimenti. Lo studente può consultarlo come riferimento essenziale da cui partire per approfondire. In sostanza l’idea è stata quella di indicare il nocciolo essenziale della disciplina, nocciolo largamente condiviso dagli insegnanti. La licenza Creative Commons scelta permette non solo di fruire liberamente l’ebook ma anche di modificarlo e personalizzarlo secondo le esigenze dell’insegnante e della classe. Chiunque può contribuire a migliore questo ebook, segnalando integrazioni, modifiche e sviste al coordinatore del progetto antoniobernardo@matematicamente.it.

INDICE

1. La mole e i modelli atomici 1.1 La materia 1.2 La mole 1.3 la teoria atomica 1.4 Le particelle subatomiche 1.5 I modelli atomici di Thomson e Rutherford 1.6 Il numero delle particelle negli atomi 25 1.7 Gli isotopi Approfondimenti

2. Gli elettroni nell’atomo 2.1 La natura ondulatoria della luce 2.2 Quanti e fotoni, la natura corpuscolare della luce 2.3 Spettri di emissione e assorbimento 32 2.4 Il modello atomico di Bohr 34 2.5 Energia di ionizzazione 35 2.6 Modello atomico a strati 35 2.7 L’energia nucleare 37 Approfondimenti 38

3. Atomo: modello ad orbitali 3.1 La duplice natura dell’elettrone 3.2 Il principio di indeterminazione di Heisenberg 40 3.3 L’orbitale atomico e i numeri quantici 40 3.4 Il numero quantico di spin 42 3.5 La configurazione elettronica 43 3.6 Il riempimento degli orbitali (principio dell’Aufbau) 44 Approfondimenti 48

4. Il sistema periodico degli elementi 4.1 Dalla legge della periodicità alla tavola periodica degli elementi 4.2 La tavola periodica moderna 4.3 Le proprietà periodiche 52 4.4 Il raggio atomico 52 4.5 L’energia di ionizzazione 53 4.6 L’affinità elettronica 53 4.7 L’elettronegatività 54 Approfondimenti 56

5. I legami chimici 5.1 Il legame chimico 58 5.2 La regola dell’ottetto 58 5.3 Il legame ionico 60 5.4 Il legame covalente 60 5.5 Polarità del legame covalente 62 5.6 Il legame covalente dativo 62 5.7 Risonanza 63 5.8 Il legame metallico 64 Approfondimenti 65

6. Geometria molecolare e forze intermolecolari 6.1 Geometria molecolare: modello VSEPR 67 6.2 Molecole con coppie elettroniche condivise 67 6.3 Molecole con coppie elettroniche libere 69 6.4 La teoria VSEPR per i legami multipli 69 6.5 Teoria del legame di valenza 70 6.6 Orbitali ibridi 72 6.7 Teoria degli orbitali molecolari 73 6.8 Le forze intermolecolari 75 6.9 Forze dipolo-dipolo 75 6.10 Forze di London 76 6.11 Legame a idrogeno 77 Approfondimenti 78

7. Solidi, liquidi e gas 7.1 I solidi 80 7.2 I liquidi 81 7.3 Evaporazione ed ebollizione 83 7.4 I gas 83 Approfondimenti 86

8. Avvio della stechiometria delle soluzioni 8.1 Miscele e soluzioni 88 8.2 La concentrazione 90 8.3 La solubilità 92

9. Come e perché avvengono le reazioni chimiche 9.1 Le reazioni chimiche 93 9.2 Fattori che influenzano la velocità di una reazione 94 9.3 Bilanciamento di una reazione chimica 95 Approfondimenti 96

10. Classificazione e nomenclatura dei composti chimici 10.1 Valenza e numero di ossidazione 99 10.2 Classificazione dei composti inorganici 100 10.3 Ossidi: composti binari con ossigeno 100 10.4 Idruri e idracidi: composti binari con idrogeno 102 10.5 I composti ternari 104 Approfondimenti 109

11. Completamento della stechiometria delle soluzioni 11.1 Miscele omogenee: soluzioni 110 11.2 Miscele eterogenee: miscugli 110 11.3 Il ruolo dell’acqua (dissociazione e ionizzazione) 111 11.4 Reazioni in soluzioni acquose: calcoli stechiometrici 113 11.5 Reazioni in soluzione acquosa: equazioni ioniche 113 11.6 Le proprietà colligative 113 11.7 Abbassamento della tensione di vapore 114 11.8 L’innalzamento ebullioscopico 114 11.9 L’abbassamento crioscopico 115 11.10 Pressione osmotica 116 11.11 Proprietà colligative di soluzioni elettrolitiche 117 11.12 I colloidi 118 Approfondimenti 119

12. Cinetica chimica 12.1 Come avviene una reazione chimica 120 12.2 Velocità di reazione 121 12.3 Fattori che influenzano la velocità di reazione 122 12.4 Il ruolo dei catalizzatori 123 12.5 La legge cinetica 124 12.6 L’andamento di una reazione chimica: l’energia di attivazione 126 12.7 Reazioni multistadio: gli stadi elementari 127 Approfondimenti 128

13. Termodinamica 13.1 Reazioni chimiche ed energia 129 13.2 I sistemi 129 13.3 Il lavoro in termodinamica 129 13.4 Il calore 130 13.5 Il calore di formazione e calore di combustione 131 13.6 Il primo principio della termodinamica 132 13.7 Applicazione del primo principio della termodinamica 133 13.8 Entalpia di formazione ed entalpia di reazione 134 13.9 La legge di Hess 135 13.10 L’entalpia di legame 136 Approfondimenti 137

14. Il secondo principio della termodinamica 14.1 Spontaneità ed entalpia 138 4.2 Entropia e disordine 138 4.3 L’interpretazione molecolare dell’entropia 139 4.4 Energia libera 140 Approfondimenti 141

15. Equilibri 15.1 L’equilibrio chimico 142 15.2 Costante di equilibrio 144 15.3 Equilibri eterogenei 145 15.4 Il principio di Le Chatelier 145 15.5 Gli equilibri di solubilità 146 15.6 Variazione della solubilità: effetto dello ione comune 147 Approfondimenti 148

16. Acidi e basi 16.1 Proprietà degli acidi e della basi 149 16.2 Acidi e basi secondo Arrhenius 149 16.3 Acidi e basi secondo Brönsted e Lowry 150 16.4 Acidi e basi secondo Lewis 151 16.5 Autoprotolisi dell’acqua 153 16.6 Soluzioni neutre, acide e basiche 154 16.7 Il pH 154 16.8 Misura e importanza del pH 155 Approfondimenti 157

17. Reazioni acido-base 17.1 Acidi forti e acidi deboli 158 17.2 Acidi poliprotici 159 17.3 Basi forti e basi deboli 159 17.4 Acidi e basi: calcolo del pH 160 17.5 Il pH della soluzione di un sale 163 17.6 Le soluzioni tampone 164 17.7 Calcolo del pH delle soluzioni tampone 165 17.8 La titolazione 166 Approfondimenti 167

18. Le ossidoriduzioni 18.1 Ossidazione e riduzione 168 18.2 Ossidante e riducente 169 18.3 Il numero di ossidazione 170 18.4 Bilanciamento delle reazioni di ossido-riduzione 170 Approfondimenti

19 Avvio alla chimica organica 19.1 La chimica organica 178 19.2 I legami del carbonio nei suoi composti 178 19.3 Catene carboniose e classificazione degli atomi di carbonio 181 19.4 Le diverse tipologie di formule in chimica organica 182 19.5 Isomeria 184 19.6 Configurazione assoluta e proiezioni di Fischer 186 Approfondimenti 187

20 Idrocarburi 20.1 Idrocarburi 188 20.2 Alcani 189 20.3 Radicale alchilico 190 20.4 Proprietà fisiche degli alcani 192 20.5 Proprietà chimiche degli alcani 193 20.6 Preparazione degli alcani 193 20.7 I cicloalcani 194 Approfondimenti 196

21 Idrocarburi insaturi 21.1 Alcheni 197 21.2 Proprietà chimiche e fisiche degli alcheni 197 21.3 Isomeria geometrica degli alcheni (cis-trans) 199 21.4 Preparazione degli alcheni 201 21.5 Polieni 201 21.6 Alchini 201 21.7 Proprietà chimiche e fisiche degli alchini 202 Approfondimenti 202

22 Idrocarburi aromatici 22.1 Il benzene 203 22.2 Nomenclatura degli idrocarburi aromatici 204 22.3 Proprietà chimiche e fisiche dei composti aromatici 205 Approfondimenti 208

23 Le diverse classi di composti organici 23.1 I gruppi funzionali 209 23.2 Alogenoderivati 210 23.3 Proprietà degli alogenoderivati 210 23.4 Alcoli 211 23.5 Proprietà fisiche e chimiche degli alcoli 212 23.6 Fenoli 213 23.7 Tioli 213 23.8 Eteri 214 23.9 Aldeidi e chetoni 214 23.10 Proprietà di aldeidi e chetoni 216 23.11 Tautomeria cheto-enolica 216 23.12 Acidi carbossilici 218 23.13 Proprietà degli acidi carbossilici 219 23.14 Acidi policarbossilici 219 23.15 Derivati degli acidi carbossilici 220 Approfondimenti

24 Le biomolecole 24.1 Le molecole biologiche 223 24.2 I carboidrati 223 24.3 Monosaccaridi 224 24.4 Oligosaccaridi 226 24.5 Polisaccaridi 227

25 I lipidi 25.1 Classificazione dei lipidi 229 25.2 Lipidi semplici 229 25.3 Lipidi complessi 233 Approfondimenti 233

26 Le proteine 26.1 Classificazione delle proteine 234 26.2 Gli amminoacidi 234 26.3 Il legame peptidico 238 26.4 Struttura delle proteine 239 26.5 Gli enzimi 240

27 Gli acidi nucleici 27.1 DNA ed RNA 243 27.2 Costituenti degli acidi nucleici 243 27.3 Differenze tra DNA ed RNA 246 27.4 Nucleotidi non contenuti negli acidi nucleici 246 Indice delle immagini Creative Commons utilizzate 248

Autori Anna La Guardia, Loredana Palumbo, Anna Rainone Revisione del testo: Elisabetta Leonetti Coordinamento editoriale: Antonio Bernardo Immagini realizzate da Ginger Lab – www.gingerlab.it © Matematicamente.it www.matematicamente.it – info@matematicamente.it Dicembre 2013

ISBN 9788896354568

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