Tavola internazionale dei Pesi Atomici

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28-09-2009
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Pagina I
Tavola internazionale dei Pesi Atomici
Basata sulla massa atomica relativa di 12C ⫽ 12.
I seguenti valori sono relativi agli elementi presenti nei materiali di origine terrestre e ad alcuni elementi artificiali.
I valori tra parentesi sono i numeri di massa dell’isotopo di semivita maggiore.
Nome
Simbolo
Afnioh
Alluminioa
Americiod,e
Antimonio
Argentog
Argonb,g
Arsenicoa
Astatod,e
Attiniod,e
Azotob,g
Bario
Berkeliod,e
Berillioa
Bismutoa
Bohriod,e
Borob,c,g
Bromo
Cadmio
Calciog
Californiod,e
Carbonio
Ceriob,g
Cesioa
Cloro
Cobaltoa
Cromo
Curiob
Disprosioe,g
Dubniod,e
Einsteiniod,e
Eliog
Erbiog
Europiog
Fermiod,e
Ferro
Fluoroa
Fosforoa
Francio
Gadoliniog
aElementi
Hf
Al
Am
Sb
Ag
Ar
As
At
Ac
N
Ba
Bk
Be
Bi
Bh
B
Br
Cd
Ca
Cf
C
Ce
Cs
Cl
Co
Cr
Cm
Dy
Db
Es
He
Er
Eu
Fm
Fe
F
P
Fr
Gd
Numero
atomico
72
13
95
51
47
18
33
85
89
7
56
97
4
83
107
5
35
48
20
98
6
58
55
17
27
24
96
66
105
99
2
68
63
100
26
9
15
87
64
Peso
atomico
178.49
26.981539
(243)
121.75
107.8682
39.948
74.92159
(210)
(227)
14.00674
137.327
(247)
9.012182
208.98037
(264)
10.811
79.904
112.411
40.078
(251)
12.011
140.115
132.90543
35.4527
58.93320
51.9961
(247)
162.50
(262)
(252)
4.002602
167.26
151.965
(257)
55.847
18.9984032
30.973762
(223)
157.25
Nome
Gallio
Germanio
Hassiod,e
Idrogenob,c,g
Indio
Iodioa
Iridio
Itterbiog
Ittrioa
Kriptonc,g
Lantaniog
Laurenciod,e
Litiob,c,g
Luteziog
Magnesio
Manganesea
Meitneriod,e
Mendeleviod,e
Mercurio
Molibdeno
Neodimiog
Neonc,g
Nettuniod,e
Nichelh
Niobioa
Nobeliod,e
Olmioa,b
Oroa
Osmiog
Ossigenob,g
Palladiog
Piombob,g
Platino
Plutoniod,e
Poloniod,e
Potassio
Praseodimioa
Promeziod,e,h
Protoattiniof
Simbolo
Numero
atomico
Ga
Ge
Hs
H
In
I
Ir
Yb
Y
Kr
La
Lr
Li
Lu
Mg
Mn
Mt
Md
Hg
Mo
Nd
Ne
Np
Ni
Nb
No
Ho
Au
Os
O
Pd
Pb
Pt
Pu
Po
K
Pr
Pm
Pa
31
32
108
1
49
53
77
70
39
36
57
103
3
71
12
25
109
101
80
42
60
10
93
28
41
102
67
79
76
8
46
82
78
94
84
19
59
61
91
Peso
atomico
69.723
72.61
(277)
1.00794
114.82
126.90447
192.22
173.04
88.90585
83.80
138.9055
(260)
6.941
174.967
24.3050
54.93805
(268)
(258)
200.59
95.94
144.24
20.1797
(237)
58.69
92.90638
(259)
164.93032
196.96654
190.2
15.9994
106.42
207.2
195.08
(244)
(209)
39.0983
140.90765
(145)
231.03588
Nome
Radiod,e,g
Radond,e
Rame
Renio
Rodioa
Rubidiog
Ruteniog
Rutherfordiod,e
Samariog
Scandioa
Seaborgiod,e
Selenio
Siliciob
Sodioa
Stagnog
Stronziob,g
Tallio
Tantalio
Tecneziod,e
Telluriog
Terbioa
Titanio
Toriob,f,g
Tullioa,b,h
Tungstenoh
Ununbiod,e
Ununniliod,e
Ununquadiod,e
Unununiod,e
Ununhexiumd, e
Ununoctiumd, e
Ununpentiumd, e
Ununtriumd, e
Uranioc,f,g
Vanadio
Xenona,c,g
Zinco
Zirconiog
Zolfob
Simbolo
Numero
atomico
Peso
atomico
Ra
Rn
Cu
Re
Rh
Rb
Ru
Rf
Sm
Sc
Sg
Se
Si
Na
Sn
Sr
Tl
Ta
Tc
Te
Tb
Ti
Th
Tm
W
Uub
Uun
Uuq
Uuu
Uuh
Uuo
Uup
Uut
U
V
Xe
Zn
Zr
S
88
86
29
75
45
37
44
104
62
21
106
34
14
11
50
38
81
73
43
52
65
22
90
69
74
112
110
114
111
116
118
115
113
92
23
54
30
40
16
(226)
(222)
63.546
186.207
102.90550
85.4678
101.07
(261)
150.36
44.955910
(266)
78.96
28.0855
22.989768
118.710
87.62
204.3833
180.9479
(98)
127.60
158.92534
47.88
232.0381
168.93421
183.85
(285)
(281)
(289)
(272)
(293)
(294)
(288)
(284)
238.0289
50.9415
131.29
65.39
91.224
32.066
con un solo nuclide stabile.
per i quali variazioni note dell’abbondanza isotopica nei campioni terrestri limitano la precisione del peso atomico riportato.
cElementi per i quali gli utilizzatori dovrebbero essere a conoscenza del fatto che nei campioni commerciali sono possibili notevoli variazioni
dei pesi atomici, causate da procedure di separazione artificiale non note o non segnalate.
dElemento che non ha nuclidi stabili.
eElementi radioattivi privi di una composizione isotopica terrestre caratteristica
fUn elemento, privo di nuclidi stabili, che mostra un campo di composizioni caratteristiche terrestri dei radionuclidi di lunga vita tale che
gli si può assegnare un peso atomico significativo.
gIn alcuni campioni geologici questo elemento ha una composizione isotopica anomala, corrispondente a un peso atomico alquanto diverso
da quello riportato.
hAfnio, Nichel, Promezio e Tullio sono denominati anche Hafnio, Nickel, Prometio e Tulio. Il Tungsteno è chiamato anche Wolframio.
bElementi
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Dello stesso Editore:
ABBOTTO/PAGANI – Chimica eterociclica
ABELES – Biochimica
ALESCIO – Biologia dinamica
AMEND/MUNDY/ARMOLD – Chimica generale,
organica e biologica
ARANEO – Chimica
ARIENTI – Le basi molecolari della nutrizione
ARIENTI – Un compendio di Biochimica per le lauree
triennali
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BAUER et al. – Analisi strumentale
BERCHIESI /SANTINI – L’acustica molecolare in
chimica
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e biochimica clinica
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sostanze naturali
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GALZIGNA – Principi di enzimologia
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chimiche
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MANGIAROTTI – Biologia molecolare
MARZONA – Chimica delle fermentazioni
MASTERTON/ HURLEY – Chimica:
principi e reazioni
MAUGINI – Botanica farmaceutica
McMURRY – Chimica organica
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per la Chimica Generale
MOORE – Chimica fisica
MORASSI /SPERONI – Il laboratorio chimico
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e inorganica con elementi di chimica organica
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SAMAJA – Biochimica per le lauree triennali
SANTAGADA /CALIENDO – Peptidi
e peptidomimetici
SAVELLI-BRUNO – Analisi chimica farmaceutica
SENATORE – Biologia cellulare
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SIENKO et al. – Esercitazioni di chimica
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analisi qualitativa per il I anno
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Nona Edizione
Chimica
KENNETH W. WHITTEN
University of Georgia, Athens
RAYMOND E. DAVIS
University of Texas at Austin
M. LARRY PECK
Texas A&M University
GEORGE G. STANLEY
Louisiana State University
Presentazione dell’edizione italiana del
PROF. MICHELE VACATELLO
Ordinario di Chimica Generale ed Inorganica
Università di Napoli Federico II
Traduzione degli aggiornamenti della nona edizione a cura di
VALERIO CAUSIN
Dipartimento di Scienze Chimiche
Università di Padova
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15:39
Pagina IV
Titolo originale:
Chemistry, Ninth Edition
by Kenneth W. Whitten, Raymond E. Davis, M. Larry Peck, and George G. Stanley
© 2010 Brooks/Cole, Cengage Learning
Tutti i diritti sono riservati.
È VIETATA PER LEGGE LA RIPRODUZIONE IN FOTOCOPIA
E IN QUALSIASI ALTRA FORMA.
È vietato riprodurre, archiviare in un sistema di riproduzione
o trasmettere sotto qualsiasi forma o con qualsiasi mezzo, elettronico, meccanico,
per fotocopia, registrazione o altro, qualsiasi parte di questa pubblicazione
senza autorizzazione scritta dell’Editore.
Ogni violazione sarà perseguita secondo le leggi civili e penali.
ISBN 978-88-299-2033-4
Stampato in Italia
© 2010 by Piccin Nuova Libraria S.p.A., Padova
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Dedichiamo con gratitudine questa edizione al Professore Emerito Kenneth W.
Whitten e allo scomparso Professor Kenneth D. Gailey, le cui intuizioni pedagogiche e la chiarezza di organizzazione hanno guidato generazioni di studenti
e posto le basi per le molte edizioni di successo di questo libro
RED, MLP e GGS
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17:14
Pagina VII
Presentazione della
I edizione italiana
La traduzione del testo di Chimica Generale di Whitten, Davis, Peck e Stanley
è un evento editoriale di rilievo nel panorama italiano dell’insegnamento della Chimica a livello universitario. Giunto ormai alla settima edizione, e perfezionato negli anni in ogni suo aspetto grazie alla collaborazione di un numero cospicuo di docenti ed esperti, questo testo realizza infatti pienamente il progetto didattico di descrivere in modo coerente, completo ed aggiornato, ma con un linguaggio semplice
e chiaro, tutti gli argomenti che caratterizzano oggi un corso introduttivo di Chimica, rendendo agevole la comprensione delle relazioni tra comportamenti chimici
e principi teorici anche a studenti privi di un bagaglio culturale specifico.
Oltre che con l’uso del linguaggio più appropriato, questo risultato è ottenuto
mettendo in opera vari accorgimenti utili a mantenere viva l’attenzione dello studente sull’argomento in esame, a fornirgli lo spunto per stabilire gli opportuni collegamenti logici con gli argomenti già studiati e ad evitare che si generino quei convincimenti a volte grossolanamente errati che l’esperienza didattica suggerisce essere comuni tra gli studenti meno attenti. Sono molto efficaci a questo scopo le frequenti note a margine, volte a chiarire eventuali dubbi o a sottolineare gli aspetti
salienti del discorso, e i riquadri di avviso, che mettono in guardia da possibili errori logici. Ogni nuovo concetto è inoltre immediatamente applicato a problemi accuratamente selezionati, chiaramente separati dal testo, di cui è illustrato prima il
metodo di risoluzione e quindi la soluzione dettagliata.
Il testo, che utilizza i metodi di presentazione e le tecniche grafico-descrittive
più avanzate, è strutturato in modo da rappresentare un insieme di percorsi didattici alternativi che possono essere utilizzati in modo vario e flessibile da docenti e
studenti i cui interessi principali siano centrati su aspetti diversi del mondo scientifico o tecnologico (da quelli più tradizionali come la Chimica, la Fisica, la Biologia, la Medicina, l’Ingegneria a quelli più moderni ed interdisciplinari come le Biotecnologie o la Scienza e l’Ingegneria dei Materiali). La sua completezza, la semplicità della consultazione e l’attualità degli argomenti trattati lo rendono inoltre un
riferimento prezioso anche per studenti di corsi più avanzati o per coloro che già
utilizzano le proprie conoscenze chimiche a livello professionale.
Michele Vacatello
Professore Ordinario di Chimica Generale ed Inorganica
Dipartimento di Chimica
VII
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Avvertenza
Esistono parecchie differenze tra i termini chimici di uso recente ed i corrispondenti termini “storici”, come esistono differenze tra la terminologia chimica
anglosassone e quella italiana. In genere ciò non costituisce una difficoltà alla comprensione dei testi per lo studente, che impara a riconoscere facilmente, e senza
ambiguità (salvo casi rari), la natura chimica di un composto dall’esame della relativa formula di struttura.
Nella presente traduzione sono stati utilizzati di regola i termini di uso recente,
raccomandati dalla IUPAC, e solo raramente i termini chimici “storici”. Analogamente, sono presenti nel testo più frequentemente le dizioni anglosassoni, ma talvolta sono presenti anche quelle italiane “storiche”, assai usate in pratica.
Se già non lo sa, lo studente imparerà inoltre che alcuni idrossidi venivano in
passato chiamati idrati, che il millilitro si può trovare scritto sia nella forma mL che
ml, che l’unità di massa atomica viene indicata sia con uma che con u, e che naturalmente il peso atomico non è un peso (cioè una forza) ma una massa.
Alcune differenze terminologiche sono elencate, per maggiore chiarezza, nel
Capitolo 6.
Esempi noti sono:
– il composto CO2 che viene detto biossido oppure diossido di carbonio, ma anche anidride carbonica.
– il composto SO2 (biossido o diossido di zolfo);
– gli acidi alogenidrici come HCl, che, nell’uso anglosassone, viene detto cloruro
di idrogeno se gassoso, acido cloridrico se in soluzione;
– i sali acidi derivati da acidi ternari poliprotici sono indicati sia con il comune
nome commerciale, che con quello raccomandato, e infine anche in un terzo
modo (NaHSO4: bisolfato di sodio, idrogenosolfato di sodio, solfato acido di sodio).
Sarebbe opportuno che lo studente esercitasse la propria elasticità mentale in
modo da riconoscere l’utilità delle variazioni terminologiche presenti nel testo, variazioni che lo preparano a comprendere facilmente, nella professione futura, la letteratura chimica internazionale.
G. Pezzin
VIII
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Sugli autori
Ken Whitten è Professore Emerito alla University of
Georgia. Il Dr. Whitten ha studiato al Berry College e
alla University of Mississippi ed ha ottenuto il dottorato
alla University of Illinois. Ha insegnato a Tulane, alla
University of Southwestern Louisiana, al Mississippi
State College for Women e alla University of Alabama,
prima di entrare a far parte del corpo docenti della UGA
come Professore Assistente e Coordinatore della Chimica Generale nel 1967. È rimasto Coordinatore della
Chimica Generale per tutta la sua carriera, fino alla pensione, giunta nel 1998. Tra i suoi numerosi premi ricordiamo il G.E. Philbrook Chemistry Teacher of the Year,
l’Outstanding Honor’s Professor, il Franklin College
Outstanding Teacher of the Year, il General Sandy Beaver Teaching Award e una Senior Teaching Fellowship.
Nel 1998, è stato istituito un premio in suo onore che
celebri i migliori giovani professori del dipartimento di
chimica della UGA.
Ray Davis è Professore Emerito,
University Distinguished Teaching
Professor, alla University of Texas,
Austin. Si è laureato alla University
of Kansas nel 1960 ed ha ottenuto il
dottorato presso la Yale University
nel 1965. Tra il 1964 e il 1966 è
stato Cancer Research Scientist al
Roswell Park Memorial Institute. I
suoi numerosi premi per l’insegnamento annoverano la Minnie Stevens Piper Professorship
nel 1992, il Jean Holloway Award for Excellence in Teaching nel 1996 e (per cinque volte) l’Outstanding Teacher Award assegnato dagli studenti più meritevoli del
primo anno. Nel 1995 è stato nominato tra i primi membri della Academy of Distinguished Teachers della sua
università. I suoi amici ed ex studenti hanno istituito in
suo onore la Raymond E. Davis Endowed Scholarship in
Chemistry and Biochemistry.
M. Larry Peck è Professore Emerito
alla Texas A&M University. Ha ottenuto il dottorato alla Montana State
University nel 1971. Ha vinto il Catalyst Award (un premio nazionale
per l’eccellenza nell’insegnamento
della chimica) sponsorizzato dalla
Chemical Manufacturers Association
nel 2000, il Texas A&M’s Association
of Former Students Distinguished
Achievement Award in Chemistry Teaching nel 2002 e la
Division of Chemical Education’s Outstanding Service to
the Division Award nel 2007. Fino al suo pensionamento
nel 2006, il Dr. Peck è stato molto attivo nell’insegnamento della scienza a tutti i livelli ed ha diretto degli incontri finalizzati al miglioramento della didattica delle
scienze fisiche noto in Texas come “chimica e fisica integrata”. Il materiale sviluppato in questi incontri viene ora
usato in altri stati per analoghi programmi di aggiornamento degli insegnanti. I suoi colleghi, amici ed ex studenti hanno creato la M. Larry Peck Endowed Scholarship in Chemistry.
George Stanley, Cyril & Tutta Vetter
Alumni Professor alla Louisiana State
University. Si è laureato nel 1975 alla
University of Rochester ed ha ottenuto il suo dottorato alla Texas A&M
University nel 1979. Ha una vasta
esperienza di ricerca in chimica inorganica e della catalisi. George ha ricevuto numerosi premi, sia a livello nazionale che locale, inclusi due NSF
Special Creativity Award nel 1994 e nel 2003, l’LSU
University Excellence in Teaching Award nel 1995, l’LSU
College of Basic Sciences Teaching Award ed il Baton
Rouge-ACS Charles F. Coates Award nel 1999.
Il Dr. Stanley è stato Presidente nel 2005 della Inorganic
Chemistry Gordon Research Conference ed organizzatore
dei NSF Inorganic Chemistry Workshops dal 1996 al
1999. È stato nominato nel 2005-2006 TIAA-CREF Service Learning Fellow per il suo intenso e prolungato impegno nei programmi di insegnamento della LSU.
IX
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Traduzione italiana della
settima edizione a cura di
Lorenzo Abate
Professore Ordinario di Chimica
Dipartimento di Metodologie Fisiche e Chimiche
per l’Ingegneria (D.M.F.C.I.)
Università di Catania
Luca Bruché
Professore Associato di Fondamenti Chimici
delle Tecnologie
Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria
Chimica “Giulio Natta”
Politecnico di Milano
Veronica Ambrogi
Assegnista di Ricerca in Ingegneria dei Materiali
Dipartimento di Ingegneria dei Materiali
e della Produzione
Maurizio Bruno
Professore Ordinario di Chimica Organica
Dipartimento di Chimica Organica “E. Paternò”
Università di Palermo
Antonio Bianchi
Professore Ordinario di Chimica Generale
ed Inorganica
Università di Firenze
Luigi Busetto
ed Inorganica
Dipartimento di Chimica Fisica ed Inorganica
Università di Bologna
Paolo Biscarini
ed Inorganica
Carmen Canevali
Dottorato di Ricerca in Chimica Industriale
Dipartimento di Scienza dei Materiali
Università di Milano-Bicocca
Ignazio Blanco
Ricercatore di Scienza e Tecnologia dei Materiali
per l’Ingegneria (D.M.F.C.I.)
Roberta Bongiovanni
delle Tecnologie
e Ingegneria Chimica
Politecnico di Torino
Raffaele Pietro Bonomo
ed Inorganica
X
Cosimo Carfagna
e della Produzione
Maurizio Casarin
ed Inorganica
Edoardo Cesarotti
ed Inorganica
Dipartimento di Chimica Inorganica, Metallorganica e
Analitica
Università di Milano
Romane.qxd 22-09-2009 17:28 Pagina XI
Traduzione italiana della settima edizione a cura di
Giulia de Petris
ed Inorganica
Dipartimento di Studi di Chimica e Tecnologia
delle Sostanze Biologicamente Attive
Università La Sapienza di Roma
Agatino Di Paola
Professore Associato di Corrosione e Protezione
dei Materiali Metallici
Dipartimento di Ingegneria Chimica dei Processi
e dei Materiali
Salvatore Failla
per l’Ingegneria
Università di Catania (sede di Enna)
Cristina Femoni
Ricercatore di Chimica Generale ed Inorganica
Francesco Geobaldo
delle Tecnologie
e Ingegneria Chimica
Politecnico di Torino
Vincenzo Lorenzelli
C.I.R. – Centro Interdisciplinare di Ricerca
Università “Campus Bio-Medico” di Roma
Nadia Lotti
Ricercatore Confermato di Fondamenti Chimici
delle Tecnologie
Dipartimento di Chimica Applicata
e Scienza dei Materiali
Mariachiara Mattoni
Dottorato di Ricerca in Scienze Chimiche
Rino Michelin
Professore Ordinario di Chimica per Ingegneria
Dipartimento di Processi Chimici dell’Ingegneria
Franca Morazzoni
ed Inorganica
Mirto Mozzon
Professore Associato di Chimica per Ingegneria
Dipartimento di Processi Chimici dell’Ingegneria
Elio Giamello
ed Inorganica
Dipartimento di Chimica IFM
Università di Torino
Andrea Munari
Professore Straordinario di Fondamenti Chimici
delle Tecnologie
Dipartimento di Chimica Applicata
e Scienza dei Materiali
Giuliano Longoni
ed Inorganica
Paolo Nanni
Professore Associato di Chimica
Dipartimento di Ingegneria Chimica
e di Processo “G.B. Bonino”
Università di Genova
XI
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XII
Traduzione italiana della settima edizione a cura di
Leonardo Palmisano
e dei Materiali
Paola Paoli
Dipartimento di Energetica “Sergio Stecco”
Università di Firenze
Giovanni Pezzin
Professore Associato di Fisica
Dipartimento di Chimica Fisica
Chiara Resnati
Laureanda in Medicina
Giuseppe Resnati
Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria
Chimica “Giulio Natta”
Politecnico di Milano
Isabella Rimoldi
Dottorato di Ricerca in Chimica del Farmaco
Dipartimento di Chimica Inorganica, Metallorganica e
Analitica
Università degli Studi di Milano
Silvana Saiello
e della Produzione
Roberto Scotti
Professore Associato di Chimica Generale
ed Inorganica
Giuseppe Spadaro
e dei Materiali
Anna Troiani
Dipartimento di Studi di Chimica e Tecnologia
delle Sostanze Biologicamente Attive
Università La Sapienza di Roma
Marcella Trombetta
C.I.R. – Centro Interdisciplinare di Ricerca
Università “Campus Bio-Medico” di Roma
Manuela Vacatello
Assegnista di Ricerca di Chimica Generale
Michele Vacatello
ed Inorganica
Chiara Vitagliano
Collaboratore esterno
e della Produzione
Stefano Zacchini
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Indice generale
1
1-1 Materia ed energia 4
1-2 Chimica - una visione molecolare della
materia 6
1-3 Stati della materia 9
1-4 Proprietà chimiche e fisiche 11
1-5 Trasformazioni chimiche e fisiche 12
1-6 Miscele, sostanze, composti ed elementi 13
CHIMICA IN AZIONE | Le risorse dell’oceano
16
1-7
1-8
1-9
1-10
1-11
1-12
1-13
1-14
2
2-1
2-2
2-3
2-4
2-5
CHIMICA IN AZIONE | Il numero di
Avogadro 60
I fondamenti della chimica 1
Misure in chimica 18
Unità di misura 20
Uso delle unità numeriche 21
Il metodo del fattore unitario di equivalenza
(analisi dimensionale) 26
Percentuali 31
Densità e densità relativa 32
Calore e temperatura 35
Trasferimento e misure di calore 37
Termini chiave 40
Esercizi 41
Formule chimiche e composizione
stechiometrica 48
Formule chimiche 49
Ioni e composti ionici 53
Nomi e formule di alcuni composti ionici 54
Pesi atomici 56
La mole 56
2-6 Pesi formula, pesi molecolari e moli 61
CHIMICA IN AZIONE | Il nome degli
elementi 65
2-7 Composizione percentuale e formule
dei composti 66
2-8 Individuazione della formula dalla composizione percentuale 67
2-9 Determinazione delle formule molecolari 72
2-10 Altre interpretazioni delle formule
chimiche 74
2-11 Purezza dei campioni 78
Termini chiave 79
Esercizi 80
3
3-1
3-2
3-3
3-4
3-5
3-6
3-7
3-8
Equazioni chimiche e stechiometria
delle reazioni 86
Le equazioni chimiche 87
Calcoli basati sulle equazioni chimiche 92
Il concetto di reagente limitante 96
Resa percentuale delle reazioni chimiche 99
Reazioni a stadi 100
Concentrazione delle soluzioni 101
Diluizione delle soluzioni 106
Utilizzo delle soluzioni nelle reazioni
chimiche 107
Termini chiave 110
Esercizi 110
XIII
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XIV
4
Indice generale
La struttura degli atomi 119
Particelle subatomiche 120
4-1 Particelle fondamentali 120
4-2 La scoperta degli elettroni 121
4-3 Raggi canale e protoni 123
4-4 Rutherford e l’atomo nucleare 123
4-5 Il numero atomico 125
4-6 I neutroni 126
4-7 Il numero di massa e gli isotopi 127
4-8 Spettrometria di massa ed
abbondanza degli isotopi 128
CHIMICA IN AZIONE | La tecnica SIRA 130
4-9 Massa atomica e scala delle
masse atomiche 131
4-10 Tavola periodica: metalli, non metalli e
metalloidi 133
La struttura elettronica degli atomi 138
4-11
4-12
4-13
La radiazione elettromagnetica 138
L’effetto fotoelettrico 142
Spettri atomici ed atomo di Bohr 143
Approfondimento | La teoria di Bohr e
l’equazione di Balmer-Rydberg 146
4-14 La natura ondulatoria dell’elettrone 148
4-15 La visione quantomeccanica
dell’atomo 150
5-6
5-7
Reazioni chimiche e periodicità 194
5-8 L’idrogeno e gli idruri 194
5-9 L’ossigeno e gli ossidi 198
Termini chiave 206
Esercizi 206
6
6-1
6-2
5
Introduzione alle soluzioni acquose 212
Reazioni in soluzione acquosa 218
6-3 Nomenclatura dei composti binari 220
6-4 Nomenclatura di acidi ternari e dei
loro sali 222
Classificazione delle reazioni chimiche 225
6-5 Introduzione alle reazioni di
ossido-riduzione 225
6-6 Reazioni di combinazione 228
6-7 Reazioni di decomposizione 229
6-8 Reazioni di spostamento 230
CHIMICA IN AZIONE | Reazioni di spostamento fastidiose 233
6-9 Reazioni di metatesi 235
6-10 Reazioni che formano gas 240
6-11 Sommario dei tipi di reazioni 241
Termini chiave 243
Esercizi 244
7
Il legame chimico 250
7-1 Le strutture elettroniche a punti di Lewis
degli atomi 252
La periodicità chimica 177
5-1 Per saperne di più sulla Tavola Periodica 178
CHIMICA IN AZIONE | La Tavola
Periodica 179
CHIMICA IN AZIONE | La scoperta del
fosforo 180
Proprietà periodiche degli elementi 181
5-2
5-3
5-4
5-5
Alcuni tipi di reazioni
chimiche 211
Nomenclatura di alcuni composti
inorganici 220
Approfondimento | L’equazione di Schrödinger 151
4-16 I numeri quantici 151
4-17 Orbitali atomici 153
4-18 Configurazioni elettroniche 157
4-19 La tavola periodica e le configurazioni
elettroniche 163
4-20 Paramagnetismo e diamagnetismo 166
Termini chiave 167
Esercizi 168
Elettronegatività 190
Numeri di ossidazione 192
Raggi atomici 181
Energia di ionizzazione 184
Affinità elettronica 187
Raggi ionici 188
Il legame ionico 252
7-2
Formazione dei composti ionici 252
Approfondimento | Introduzione ai bilanci
energetici nei legami ionici 257
Il legame covalente 259
7-3 Formazione dei legami covalenti 259
7-4 Distanze di legame ed energie di legame 260
7-5 Formule di Lewis per molecole e ioni
poliatomici 261
7-6 Scrivere le formule di Lewis: la regola
dell’ottetto 262
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Indice generale
7-7 Le cariche formali 268
7-8 Scrivere le formule di Lewis: eccezioni alla
regola dell’ottetto 270
7-9 La risonanza 274
7-10 Legami covalenti polari e non polari 276
7-11 I momenti di dipolo 277
7-12 La continuità nella tipologia dei legami 278
Termini chiave 279
Esercizi 280
8
Struttura molecolare e teorie del
legame covalente 287
8-1 Un’anteprima del capitolo 288
8-2 Teoria della repulsione delle coppie
elettroniche dello strato di valenza 290
8-3 Molecole polari: l’influenza della geometria
molecolare 292
8-4 Teoria del legame di valenza 294
Forme Molecolari e Legame 294
8-5 Geometria elettronica lineare: specie AB2 (nessuna coppia elettronica solitaria su A) 295
8-6 Geometria elettronica planare trigonale:
specie AB3 (nessuna coppia elettronica solitaria su A) 297
8-7 Geometria elettronica tetraedrica: specie AB4
(nessuna coppia elettronica solitaria su A) 299
8-8 Geometria elettronica tetraedrica: specie AB3U
(una coppia elettronica solitaria su A) 304
8-9 Geometria elettronica tetraedrica: specie AB2U2
(due coppie elettroniche solitarie su A) 308
8-10 Geometria elettronica tetraedrica: specie ABU3
(tre coppie elettroniche solitarie su A) 310
8-11 Geometria elettronica bipiramidale trigonale:
AB5, AB4U, AB3U2, AB2U3 310
8-12 Geometria elettronica ottaedrica: AB6, AB5U,
AB4U2 314
8-13 Composti contenenti legami doppi 317
8-14 Composti contenenti legami tripli 319
8-15 Sommario delle geometrie elettroniche e
molecolari 320
Termini chiave 322
Esercizi 323
9
Gli orbitali molecolari nel legame
chimico 329
9-1 Orbitali molecolari 330
9-2 Diagrammi dei livelli energetici degli orbitali
molecolari 333
XV
9-3 Ordine di legame e stabilità del legame 334
9-4 Molecole diatomiche omonucleari 335
9-5 Molecole diatomiche eteronucleari 338
9-6 Delocalizzazione e forma degli orbitali
molecolari 341
Termini chiave 343
Esercizi 343
10
Reazioni in soluzioni acquose I:
acidi, basi e sali 347
10-1 Proprietà di soluzioni acquose di acidi
e basi 349
10-2 La teoria di Arrhenius 349
10-3 Lo ione idrossonio (ione idrogeno
idratato) 350
10-4 La teoria di Brønsted-Lowry 350
10-5 L’autoionizzazione dell’acqua 354
10-6 Anfoteria 355
10-7 Forza degli acidi 356
10-8 Reazioni acido-base in soluzione
acquosa 359
CHIMICA IN AZIONE | Sali comuni degli
acidi ternari 361
10-9 Sali acidi e sali basici 363
10-10 La Teoria di Lewis 364
10-11 La preparazione degli acidi 366
Termini chiave 368
Esercizi 369
11
Reazioni in soluzioni acquose II:
calcoli 374
Reazioni acquose acido-base 375
11-1 Calcoli con la molarità 375
11-2 Titolazioni 379
11-3 Stechiometria delle titolazioni
acido-base 381
Reazioni di Ossido-Riduzione 385
11-4 Bilanciamento delle equazioni redox 386
11-5 Aggiunta di H, OH, o H2O
per bilanciare ossigeno e idrogeno 387
11-6 Stechiometria delle reazioni redox 389
Termini chiave 392
Esercizi 392
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XVI
12
Indice generale
I gas e la teoria cineticomolecolare 400
12-1 Confronto tra solidi, liquidi e gas 401
12-2 Composizione dell’atmosfera e alcune
comuni proprietà dei gas 402
12-3 La pressione 403
CHIMICA IN AZIONE | L’effetto serra
404
12-4 La Legge di Boyle: relazione tra pressione e
volume 406
12-5 La Legge di Charles: relazione tra volume e
temperatura; la scala della temperatura
assoluta 409
12-6 Condizioni standard di temperatura e
pressione 411
12-7 L’equazione della Legge combinata
dei gas 412
12-8 La Legge di Avogadro e il volume molare
standard 413
12-9 Riassunto delle Leggi dei gas: equazione
dei gas ideali 414
12-10 Determinazione dei pesi molecolari e
delle formule molecolari delle
sostanze gassose 418
12-11 Legge di Dalton delle pressioni parziali 420
12-12 Relazione tra massa e volume nelle reazioni
coinvolgenti gas 426
12-13 La teoria cinetico-molecolare 428
Approfondimento | La teoria cinetico-molecolare,
l’equazione dei gas ideali e le velocità molecolari 431
12-14
12-15
Diffusione ed effusione dei gas 433
Gas reali: deviazioni dall’idealità 435
Termini chiave 438
Esercizi 439
13
Liquidi e solidi 448
13-1 Stato liquido e stato solido: teoria cineticomolecolare 449
13-2 Forze di attrazione intermolecolare e
passaggi di stato 451
Lo stato liquido 457
13-3
13-4
13-5
13-6
13-7
13-8
Viscosità 457
Tensione superficiale 458
Capillarità 459
Evaporazione 460
Tensione di vapore 461
Punto di ebollizione e distillazione 463
13-9
Trasferimento di calore nei liquidi 464
Approfondimento | L’equazione di Clausius-
Clapeyron 466
Lo stato solido 467
13-10 Punto di fusione 467
13-11 Trasferimento di calore nei solidi 468
13-12 Sublimazione e tensione di vapore dei
solidi 470
13-13 Diagrammi di stato 470
13-14 Solidi amorfi e solidi cristallini 473
Approfondimento | La diffrazione dei raggi-X
13-15
13-16
13-17
474
Strutture cristalline 476
Il legame nei solidi 479
Metalli e teoria delle bande 487
CHIMICA IN AZIONE | Semiconduttori
490
Termini chiave 492
Esercizi 494
14
Soluzioni 502
Il processo di dissoluzione 503
14-1 Spontaneità del processo di dissoluzione
14-2 Dissoluzione di solidi in liquidi 505
14-3 Dissoluzione di liquidi in liquidi
(miscibilità) 508
14-4 Dissoluzione di gas in liquidi 509
14-5 Velocità di dissoluzione e saturazione
14-6 Effetto della temperatura sulla solubilità
14-7 Effetto della pressione sulla solubilità
14-8 Molalità e frazione molare 514
503
510
511
513
Proprietà colligative delle soluzioni 516
14-9 Abbassamento della tensione di vapore e
legge di Raoult 516
14-10 Distillazione frazionata 520
14-11 Innalzamento del punto di ebollizione 522
14-12 Abbassamento del punto di
congelamento 523
14-13 Determinazione del peso molecolare in
base all’abbassamento del punto di
congelamento o all’innalzamento del
punto di ebollizione 525
14-14 Proprietà colligative e dissociazione
elettrolitica 526
14-15 Pressione osmotica 530
Colloidi 533
CHIMICA IN AZIONE | Purificazione
dell’acqua ed emodialisi 534
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Indice generalesi
14-16
14-17
14-18
L’effetto Tyndall 534
Il fenomeno dell’adsorbimento 535
Colloidi idrofilici e colloidi idrofobici 536
Approfondimento | Derivazione, mediante l’analisi mate-
CHIMICA IN AZIONE | Perchè il vino rosso
è adatto alle carni rosse 540
Approfondimento | Uso dell’equazione integrata di
Termini chiave 540
Esercizi 542
15
Termodinamica chimica 548
Scambi di calore e termochimica 550
15-1 Il primo principio della termodinamica 550
15-2 Terminologia impiegata in termodinamica 552
15-3 La variazione di entalpia 553
15-4 Calorimetria 553
15-5 Equazioni termochimiche 555
15-6 Stati standard e variazioni di entalpia
standard 558
15-7 Entalpia molare standard di formazione,
ΔHf0 559
15-8 La legge di Hess 561
15-9 Energia di legame 565
15-10 La variazione di energia interna, ΔE 568
15-11 Relazione fra ΔH e ΔE 574
Spontaneità delle trasformazioni fisiche e
chimiche 575
15-12 I due aspetti della spontaneità 575
15-13 Dispersione di energia e materia 576
15-14 Entropia, S, e variazione di entropia ΔS 580
15-15 Il secondo principio della
termodinamica 586
15-16 La variazione di energia libera, ΔG, e la
spontaneità di una trasformazione 588
15-17 Influenza della temperatura sulla
spontaneità di una trasformazione 591
Termini chiave 595
Esercizi 596
16
Cinetica chimica 606
16-1 La velocità di reazione 608
Fattori che influenzano la velocità di
reazione 613
16-2
16-3
XVII
Natura dei reagenti 614
Concentrazioni dei reagenti: l’espressione
della legge cinetica 614
16-4 Concentrazione in funzione del tempo:
l’equazione della velocità in forma
integrata 622
matica, dell’equazione di velocità in
forma integrata 628
velocità per determinare l’ordine di
una reazione 629
16-5 Teoria degli urti (collisioni) 632
16-6 Teoria dello stato di transizione 633
16-7 Meccanismi di reazione ed espressione
della legge cinetica 635
16-8 La temperatura: l’equazione di Arrhenius 639
16-9 Catalizzatori 642
CHIMICA IN AZIONE | L’ozono 648
Termini chiave 651
Esercizi 652
17
Equilibrio chimico 660
17-1 Concetti di base 661
17-2 La costante di equilibrio 663
17-3 Variazione di Kc con la forma
dell’equazione bilanciata 667
17-4 Il quoziente di reazione 668
17-5 Applicazioni della costante di equilibrio, Kc 669
17-6 Alterazione di un sistema all’equilibrio:
previsioni 672
17-7 Il processo Haber: un’applicazione pratica
dell’equilibrio 679
17-8 Alterazione di un sistema all’equilibrio:
calcoli 681
17-9 Pressioni parziali e costante di equilibrio 685
17-10 Relazione tra KP e Kc 685
17-11 Equilibri eterogenei 688
17-12 Relazione tra ΔG0rzn e costante di
equilibrio 689
17-13 Calcolo delle costanti di equilibrio a
temperature diverse 692
Termini chiave 694
Esercizi 694
18
Equilibri ionici I: acidi e basi 703
18-1 Un ripasso sugli elettroliti forti 704
18-2 L’autoionizzazione dell’acqua 705
18-3 Le scale del pH e del pOH 707
18-4 Costanti di ionizzazione per acidi e basi
deboli monoprotici 710
18-5 Acidi poliprotici 723
18-6 Solvolisi 726
18-7 Sali di basi forti e acidi forti 727
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XVIII
Indice generale
18-8 Sali di basi forti e acidi deboli 727
18-9 Sali di basi deboli e acidi forti 730
18-10 Sali di basi deboli e acidi deboli 731
CHIMICA IN AZIONE | La neutralizzazione
degli acidi con sali poco pericolosi 732
18-11 Sali che contengono piccoli cationi
fortemente carichi 734
Termini chiave 736
Esercizi 737
19
Equilibri ionici II: soluzioni tampone
e curve di titolazione 743
19-1 Effetto dello ione in comune e soluzioni
tampone 744
19-2 Azione tamponante 750
19-3 Preparazione delle soluzioni tampone 753
CHIMICA IN AZIONE | Giocare con i
carbonati 756
19-4
Indicatori acido-base 757
Curve di titolazione 759
19-5 Curve di titolazione acido forte e
base forte 759
19-6 Curve di titolazione acido debole e base
forte 762
19-7 Curve di titolazione acido debole e base
debole 764
19-8 Riassunto dei calcoli acido-base 765
Termini chiave 766
Esercizi 766
20
Equilibri ionici III: il prodotto di
solubilità 771
20-1 Costanti di solubilità 772
20-2 Determinazione delle costanti di
solubilità 774
20-3 Utilizzo delle costanti di solubilità 776
20-4 Precipitazione frazionata 781
20-5 Equilibri simultanei coinvolgenti composti
poco solubili 784
20-6 Dissoluzione di precipitati 787
Termini chiave 789
Esercizi 790
21
21-1
21-2
Elettrochimica 794
Conduzione elettrica 796
Elettrodi 796
Celle elettrolitiche 796
21-3 L’elettrolisi del cloruro di sodio fuso (la
cella Downs) 797
21-4 L’elettrolisi del cloruro di sodio
acquoso 798
21-5 L’elettrolisi del solfato di sodio
acquoso 799
21-6 Conteggio degli elettroni: Coulombometria
e legge di Faraday dell’elettrolisi 800
21-7 Applicazioni commerciali delle celle
elettrolitiche 803
Celle voltaiche o galvaniche 803
21-8 Costruzione di celle voltaiche
semplici 803
CHIMICA IN AZIONE | Una visione spettacolare di una mole di elettroni 804
21-9 La cella zinco-rame 804
21-10 La cella rame-argento 806
Potenziali di elettrodo standard 808
21-11 L’elettrodo standard a idrogeno (SHE) 808
21-12 La cella zinco-SHE 809
21-13 La cella rame-SHE 810
21-14 Potenziali di elettrodo standard 811
21-15 Uso dei potenziali standard 812
21-16 Potenziali standard di elettrodo di altre
semi-reazioni 814
21-17 Corrosione 816
21-18 Protezione dalla corrosione 817
Influenza delle concentrazioni (o delle
pressioni parziali sui potenziali di
elettrodo) 819
21-19 L’equazione di Nernst 819
21-20 Uso delle celle elettrochimiche per
determinare concentrazioni 823
Approfondimento | Celle di concentrazione
21-21
Relazione tra E 0cella, ΔG0 e K
825
826
Celle voltaiche primarie 828
21-22
Celle a secco 828
Celle voltaiche secondarie 829
21-23 L’accumulatore a piombo 830
21-24 La cella nickel-cadmio (Nicad) 831
21-25 La cella a combustibile idrogenoossigeno 831
Termini chiave 833
Esercizi 834
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Indice generale
22
Metalli I: metallurgia 841
24
Metalli 842
22-1
La distribuzione dei metalli in natura 842
Metallurgia 842
22-2
22-3
22-4
Pretrattamento dei minerali grezzi 843
Riduzione a metallo elementare 845
Raffinazione dei metalli 846
Metallurgia di metalli specifici 848
22-5
22-6
22-7
22-8
22-9
Magnesio 848
Alluminio 849
Ferro 851
Rame 853
Oro 855
Termini chiave 855
Esercizi 856
23
Metalli II: proprietà e
reazioni 859
23-1 Metalli del Gruppo 1A: proprietà e
presenza in natura 860
23-2 Reazioni dei metalli del Gruppo 1A 861
I gas nobili (Gruppo 8A) 880
24-1
24-2
23-3 Usi dei metalli del Gruppo 1A e dei loro
composti 865
I metalli alcalino terrosi
(Gruppo 2A) 866
23-4 Metalli del Gruppo 2A: proprietà e
presenza in natura 866
23-5 Reazioni dei metalli del Gruppo 2A 866
23-6 Usi dei metalli del Gruppo 2A e dei loro
composti 867
I metalli di post-transizione 869
Gruppo 3A: andamenti periodici 869
CHIMICA IN AZIONE | Il metallo più
prezioso del mondo 871
872
23-8 Proprietà generali 872
23-9 Stati di ossidazione 873
23-10 Ossidi di cromo, ossianioni e idrossidi 874
Termini chiave 875
Esercizi 876
Diffusione, usi e proprietà 880
Composti dello xeno 881
Gli alogeni (Gruppo 7A) 882
24-3 Proprietà 882
24-4 Diffusione, produzione e usi 883
24-5 Reazioni degli alogeni 885
24-6 Alogenuri di idrogeno e acidi
alogenidrici 885
24-7 Gli ossiacidi degli alogeni
(o acidi ternari) 887
24-8 Diffusione, usi e proprietà 888
24-9 Reazioni degli elementi del gruppo 6A 890
24-10 Idruri degli elementi del gruppo 6A 890
24-11 Ossidi degli elementi del gruppo 6A 890
24-12 Ossiacidi dello zolfo 892
Azoto e Fosforo 893
24-13
24-14
24-15
CHIMICA IN AZIONE | Gli elementi in
tracce e la vita 862
I metalli di transizione d
Alcuni non-metalli e
metalloidi 879
Zolfo, Selenio, Tellurio 888
I metalli alcalini (Gruppo 1A) 860
23-7
XIX
Diffusione dell’azoto 894
Composti idrogenati dell’azoto 895
Ossidi di azoto 896
CHIMICA IN AZIONE | Gli ossidi di azoto e
lo smog fotochimico 898
24-16 Alcuni ossiacidi di azoto e relativi
sali 898
24-17 Fosforo 900
Silicio 901
24-18
Il silicio e i silicati 901
Termini chiave 902
Esercizi 903
25
25-1
25-2
25-3
25-4
25-5
Composti di coordinazione 907
Composti di coordinazione 908
Complessi ammoniacali 911
Definizioni importanti 912
Nomenclatura 914
Strutture 914
Isomeria nei composti di
coordinazione 916
25-6
25-7
Isomeri strutturali (costituzionali) 916
Stereoisomeri 919
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XX
Indice generale
Legame nei composti di
coordinazione 923
25-8
25-9
Teoria del campo cristallino 924
Colori e serie spettrochimica 926
Termini chiave 928
Esercizi 929
26
Chimica nucleare 934
26-1 Il nucleo 936
26-2 Il rapporto neutroni-protoni e la stabilità
nucleare 936
26-3 La stabilità nucleare e l’energia di
legame 937
26-4 Il decadimento radioattivo 940
26-5 Le equazioni per le reazioni nucleari 941
26-6 Nuclei ricchi di neutroni (sopra la banda
di stabilità) 942
26-7 Nuclei poveri di neutroni (sotto la banda
di stabilità) 942
26-8 Nuclei con numero atomico maggiore
di 83 943
26-9 La rivelazione delle radiazioni 944
26-10 Velocità di decadimento e semivita 946
26-11 Le serie di disintegrazioni 948
26-12 Usi dei radionuclidi 948
26-13 Trasmutazioni artificiali degli elementi 953
26-14 La fissione nucleare 956
26-15 Reattori per la fissione nucleare 958
26-16 La fusione nucleare 961
CHIMICA IN AZIONE | Gestire le scorie
nucleari 962
Termini chiave 965
Esercizi 966
27
Alcani e cicloalcani 973
Nomenclatura degli idrocarburi saturi 978
Idrocarburi insaturi 982
27-3
Alcheni 982
CHIMICA IN AZIONE | Petrolio 983
27-4
Alchini 987
Idrocarburi aromatici 989
27-5
27-6
27-7
Benzene 989
Altri idrocarburi aromatici 991
Idrocarburi: sommario 993
Gruppi funzionali 993
27-8 Alogenuri organici 994
27-9 Alcoli e fenoli 996
27-10 Eteri 999
27-11 Aldeidi e chetoni 1000
27-12 Ammine 1002
27-13 Acidi carbossilici 1004
CHIMICA IN AZIONE | La chimica dei pigmenti degli artisti 1006
27-14 Alcuni derivati degli acidi
carbossilici 1008
CHIMICA IN AZIONE | Burro, margarina e
grassi trans 1012
27-15
Sommario dei gruppi funzionali 1013
Classi fondamentali di reazioni
organiche 1014
27-16
27-17
27-18
27-19
Reazioni
Reazioni
Reazioni
Reazioni
di
di
di
di
sostituzione 1014
addizione 1017
eliminazione 1019
polimerizzazione 1020
Termini chiave 1025
Esercizi 1026
28
Chimica organica II:
strutture, reazioni scelte
e biopolimeri 1035
Strutture delle molecole organiche 1036
28-1
28-2
Chimica organica I: formule, nomi
e proprietà 970
Idrocarburi saturi 973
27-1
27-2
CHIMICA IN AZIONE | Nanotecnologia
990
Isomeri costituzionali 1036
Stereoisomeri 1037
CHIMICA IN AZIONE | Lo sviluppo di solventi più ecocompatibili 1040
28-3
Conformazioni 1041
Reazioni Scelte 1042
28-4 Reazioni di acidi e basi di
Brønsted-Lowry 1043
28-5 Reazioni di ossido-riduzione 1045
CHIMICA IN AZIONE | La comunicazione
chimica 1046
28-6 Formazione di derivati degli acidi
carbossilici 1050
28-7 Idrolisi degli esteri 1051
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Indice generale
Biopolimeri 1052
28-8
28-9
Carboidrati 1053
Polipeptidi e proteine 1057
CHIMICA IN AZIONE | Le cannucce delle
cellule 1061
28-10
Acidi nucleici 1062
Termini chiave 1064
Esercizi 1065
Appendice A | Alcune operazioni matematiche
A-1
Appendice B | Configurazioni elettroniche degli
atomi degli elementi A-5
Appendice C | Unità comuni, equivalenze e fattori di conversione A-8
Appendice D | Costanti fisiche A-11
Appendice E | Alcune costanti fisiche di
sostanze comuni A-12
XXI
Appendice F | Costanti di ionizzazione di acidi
deboli a 25°C A-14
Appendice G | Costanti di ionizzazione di basi
deboli a 25°C A-16
Appendice H | Costanti dei prodotti di solubilità
di alcuni composti inorganici a
25°C A-17
Appendice I | Costanti di dissociazione di
alcuni ioni complessi A-19
Appendice J | Potenziali standard di riduzione
in soluzioni acquose a
25°C A-20
Appendice K | Valori termodinamici scelti a
298.15 K A-23
Appendice L | Risposte agli esercizi numerici
scelti di numero pari A-25
Indice delle equazioni E-1
Glossario/Indice analitico I-1
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Al docente
Questo testo di Chimica generale, nona edizione, è adatto ai Corsi di Chimica per studenti di Chimica, Biologia, Geologia, Fisica, Ingegneria, etc. Per lo studente può
essere utile possedere già qualche nozione fondamentale di Chimica, ma in generale non sono richieste conoscenze chimiche specifiche, poiché i testi presentano in
modo completo i fondamenti della Chimica. Lo scopo è quello di dare agli studenti
le basi per comprendere gli aspetti dinamici e mutevoli della Chimica nel mondo
moderno. Questo testo fornisce un metodo col quale gli studenti possano sviluppare una profonda comprensione dei concetti fondamentali della chimica; la loro
capacità di risolvere i problemi si dovrà basare su questa comprensione.
Abbiamo cercato, nella presente revisione del testo, di fornire agli studenti gli
strumenti più adatti alla comprensione dei concetti fondamentali della Chimica, incorporando ed espandendo gli approcci che meglio li possano guidare negli aspetti
più impegnativi degli studi di Chimica.
Caratteristiche di questa Nona Edizione
Struttura atomica, periodicità e reazioni chimiche
Si è enfatizzata maggiormente la struttura atomica come fondamento della chimica,
spostandone il relativo capitolo verso l’inizio, al Capitolo 4. Questo capitolo include una preliminare, seppur breve, introduzione alla tavola periodica. Il concetto
chiave della periodicità chimica viene poi elaborato molto più in dettaglio nel Capitolo 5. Dato che la gran parte della chimica si occupa di reazioni, abbiamo introdotto le reazioni chimiche con un approccio semplificato ma sistematico già nel Capitolo 6. Questa disposizione ci permette di costruire solidamente sulle idee della
struttura atomica e della periodicità che provengono dai due capitoli precedenti.
RAGIONAMENTO
MOLECOLARE
Ragionamento molecolare
Nel suo profondo, la chimica è lo studio degli atomi e delle molecole delle sostanze,
di come il comportamento delle sostanze dipenda dalle proprietà molecolari e da
come quegli atomi e molecole interagiscano a formare nuove sostanze. L’obiettivo
nell’insegnamento della chimica deve essere far capire agli studenti le dinamiche ed
il ragionamento che sta alla base di ciò che succede a livello molecolare. Abbiamo
continuato a costruire questo testo attorno al tema del ragionamento molecolare. Il
Paragrafo 1-2 sugli atomi e le molecole introduce queste idee fin dall’inizio.
Il tema del ragionamento molecolare si manifesta in molti modi in questo libro. Paragrafi ed obiettivi che ne fanno uso sono chiaramente indicati da apposite icone nella
lista degli argomenti e degli obiettivi, oltre che accanto al titolo dei paragrafi all’interno di ogni capitolo. Anche molte figure sono contrassegnate dall’icona del ragionamento molecolare. Per aiutare gli studenti ad acquisire dimestichezza con il ragionamento molecolare, l’icona viene associata anche a molti esempi all’interno del capitolo
e a parecchi esercizi alla fine del capitolo.
XXII
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Al docente
Come icona per identificare il ragionamento molecolare, abbiamo scelto la molecola d’acqua, sia per la sua semplicità, sia per la sua enorme importanza nel mondo
della chimica. Nessun’altra molecola potrebbe sottolineare meglio l’enfasi che si pone
in questo testo sulla relazione tra la struttura molecolare e le proprietà chimico/fisiche, che tutti i chimici considerano la vera essenza della chimica. Ciò porge al docente
la possibilità di presentare fin da subito e spesso queste relazioni. Discuteremo questa
icona e l’importanza dell’acqua nel Paragrafo “Allo studente”.
Energia di legame
Un paragrafo su energie e distanze di legame è stato inserito nel Capitolo 7. Questo
permette al docente di approfondire il concetto di legame, mentre il corso procede
verso la struttura molecolare, la VSEPR e gli altri argomenti dei capitoli successivi.
Veste grafica rinnovata
Già la precedente edizione si era contraddistinta per un rinnovamento della parte
grafica, e questo lavoro è continuato in questa nona edizione. Sono stati inclusi
nuovi modelli molecolari generati al computer con software moderni, per poter più
efficacemente concentrarsi sul tema del ragionamento molecolare. Molti modelli
(sia ball-and-stick che space-filling) sono stati ridisegnati per rappresentare con più
accuratezza il mondo molecolare ed aumentare la comprensione dei concetti da
parte dello studente. Sono state incluse nuove superfici del potenziale di carica elettrostatica. Queste rappresentazioni, che illustrano la distribuzione di carica all’interno delle molecole, aiutano gli studenti a visualizzare gli effetti della distribuzione
di carica sulle proprietà molecolari e sulle interazioni intermolecolari. Per enfatizzare la comprensione dei concetti, a molte di queste superfici sono stati sovrapposti dei modelli molecolari ball-and-stick. A queste superficie viene spesso abbinata
una legenda dei colori per una più immediata interpretazione.
Entropia
Il trattamento dell’entropia enfatizza il concetto fondamentale di dispersione dell’energia tra gli stati molecolari. La parte centrale del Capitolo 15 presenta una serie di concetti alla base di questo critico e sottile aspetto della termodinamica chimica: (1) il concetto di spontaneità; (2) i concetti di dispersione dell’energia e della
materia; (3) collegamento con l’entropia, la sua tabulazione ed il suo calcolo; (4) la
seconda legge della termodinamica e la sua relazione con entropia e spontaneità.
Altre caratteristiche di rilievo
Come nelle precedenti edizioni, abbiamo rivisto l’intero testo, per aumentarne la
leggibilità.
Abbiamo incluso un utile indice delle equazioni, che elenca le equazioni importanti e di uso più comune presentate nel testo.
Gli esercizi concettuali alla fine dei Capitoli sottolineano la comprensione dei
concetti fondamentali piuttosto che i calcoli. Sono stati aggiunti circa 180 esercizi concettuali, molti dei quali ad opera del Prof. James A. Petrich del San Antonio College.
Per attenerci al tema del ragionamento molecolare, è stata curata l’efficacia delle
rappresentazioni grafiche, per aumentare la capacità dello studente di visualizzare gli
aspetti molecolari delle proprietà e dei concetti chimici.
Le note a margine fermati e rifletti mettono in guardia lo studente da errori comuni ed enfatizzano come riconoscerli ed evitarli. Queste note, assieme al testo ed agli
Esempi, ricordano allo studente, con gentilezza, che sono possibili degli equivoci su
certi argomenti o procedure, e sottolineano punti che spesso vengono trascurati dagli
studenti.
XXIII
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XXIV
Al docente
Fermati e rifletti serve anche ad aiutare gli studenti a sviluppare l’abilità di effettuare un controllo qualitativo della ragionevolezza delle soluzioni degli Esempi.
All’inizio di ogni capitolo c’è la lista degli argomenti e degli obiettivi, il che dà
allo studente un’idea del capitolo prima di leggerlo e lo aiuta a farsi delle aspettative
sul capitolo stesso. Gli obiettivi che coinvolgono il tema del ragionamento molecolare
sono contrassegnati da una piccola icona del ragionamento molecolare.
Note ai margini danno riferimenti storici e ulteriori informazioni, sottolineando
i punti più importanti e richiamando argomenti già studiati. Servono inoltre ad indicare gli argomenti più rilevanti e che meritano più attenzione.
Le parole-chiave indicate in grassetto nel testo vengono poi definite alla fine del
capitolo, il che dovrebbe rafforzare sia la terminologia che i concetti studiati.
Ove utile, le figure sono state ridisegnate per migliorarne la comprensione, e sono state
aggiunte nuove interessanti fotografie per illustrare punti importanti e attirare l’interesse.
Suggerimenti sono presenti in quasi tutti i Capitoli. Essi guidano gli studenti in
argomenti complicati, e sono basati sull’esperienza degli autori del libro, che conoscono le difficoltà incontrate dagli studenti e gli sbagli fatti di solito. Questi suggerimenti si integrano con le note fermati e rifletti.
I riquadri chimica in azione, che hanno avuto successo nelle edizioni precedenti,
sono stati conservati, con parecchie novità.
Gli approfondimenti forniscono ulteriori dettagli su alcuni argomenti, ma possono essere tralasciati senza alcun danno.
Ogni esempio è caratterizzato da un titolo per guidare gli studenti all’argomento
e ai concetti, cosa utile nella preparazione dell’esame. Una nota alla fine degli esempi
spinge gli studenti ad affrontare gli esercizi a fine capitolo più adatti a rafforzare alcuni
concetti. Un’impostazione contenuta nell’esempio spiega la logica utilizzata nella risoluzione del problema.
Gli esercizi alla fine dei capitoli sono stati tutti riesaminati controllati e rivisti.
Più di un quarto sono nuovi o modificati. Quelli del tipo esercizi di verifica, che chiedono agli studenti l’applicazione di nozioni studiate nei Capitoli precedenti, aiutano
così la memoria e mostrano che la Chimica è una scienza unitaria.
Nell’indice analitico c’è poi un glossario, sicché lo studente può trovare il termine
che cerca sia alla fine del libro che nella lista delle parole-chiave alla fine del capitolo.
Sono state conservate nella presente edizione molte idee e tecniche di insegnamento delle edizioni precedenti.
Non abbiamo trascurato il fatto che la chimica è una scienza sperimentale e che la
teoria gioca in essa un ruolo importante, e molti degli esperimenti chimici classici sono
stati interpretati e spiegati con riferimenti allo sviluppo del pensiero scientifico. I termini nuovi sono stati definiti più accuratamente possibile, illustrando poi immediatamente il significato pratico. Ogni capitolo inizia ad un livello davvero fondamentale,
per proseguire poi con stadi successivamente più complessi, illustrati da Esempi connessi agli Esercizi di fine capitolo. Anche gli esempi iniziali sono i più semplici, mentre più difficili sono quelli finali.
Riteniamo che i concetti centrali delle reazioni chimiche vengano compresi più facilmente partendo da basi termodinamiche (è la reazione diretta o quella inversa che è favorita termodinamicamente?) ed a questo inizio fa seguito quello cinetico (quanto veloce
è la reazione?) ed infine quello di equilibrio (qual è il grado di reazione?). Questo schema
è ben esemplificato nei capitoli da 15 a 17.
Molte figure sono colorate, per facilitare la lettura e la comprensione del testo,
come spiegato nella sezione dell’Introduzione rivolta agli studenti.
Per quanto riguarda le Unità di misura, sono state usate sia quelle SI che quelle tradizionali anglosassoni, dato che queste ultime sono spesso utilizzate in certe aree della
pratica professionale come la medicina, le scienze biologiche, l’agricoltura e il tessile.
Ma nei calcoli energetici si usa il joule e non la caloria. Abbiamo suggerito l’uso dei logaritmi naturali nei calcoli e nei problemi, eccettuati i casi in cui i logaritmi decimali
sono ormai affermati, come per il pH e per l’equazione di Nernst.
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Al docente
Organizzazione
Il testo contiene 28 capitoli.
Per enfatizzare e sottolineare l’aspetto del ragionamento molecolare alla base di
questo libro, introduciamo atomi e molecole nel Capitolo 1. Qui discutiamo la teoria
di Dalton, le particelle fondamentali dell’atomo e i modelli di molecole.
La Stechiometria (Capitoli 2 e 3) è presentata prima della struttura atomica e dei legami (Capitoli da 4 a 9) il che dovrebbe facilitare la parte pratica di laboratorio. Si tratta
di capitoli che stanno a sé, e se ne può benissimo modificare l’ordine studiando prima
la Struttura atomica e i Legami.
Dato che la Chimica si occupa soprattutto di reazioni chimiche, il loro studio inizia
già dal capitolo 6 in modo assai semplice. Questa collocazione ci permette di costruire
solidamente sulle idee della struttura atomica e della periodicità chimica provenienti
dai due capitoli precedenti. La nostra presentazione semplificata, ma sistematica, delle
reazioni chimiche nel Capitolo 6 poggia infatti sui concetti della struttura atomica (Capitolo 4) e della periodicità chimica (Capitolo 5). La descrizione di formule ed equazioni formula, ioniche, totali e nette, verrà poi utilizzata nel resto del testo. Nel capitolo sono pure chiariti i principi della solubilità ed è descritta la nomenclatura dei composti inorganici, introduzione alla successiva nomenclatura sistematica.
Abbiamo cercato di aiutare il più possibile gli studenti che trovano difficile l’organizzazione e l’uso delle informazioni inserendo nel testo frequenti rassegne ed esempi
illustrativi sotto forma di tabelle. L’idea fondamentale della periodicità chimica si trova
fin dall’inizio (Capitoli 4 e 5) e la classificazione semplificata di acidi e basi introdotta
nel Capitolo 6 viene ampliata nel Capitolo 10, dopo che lo studente ha fatto pratica con
i capitoli su struttura e legami. Nel resto del testo continuano poi i riferimenti ad acidi
e basi e alle regole di solubilità per sottolineare l’importanza di sistematizzare ed usare
le informazioni imparate in precedenza. Il Capitolo 11 tratta la stechiometria delle soluzioni di acidi e basi e delle reazioni redox.
Dopo aver trattato i gas e la teoria cinetica (Capitolo 12), i liquidi e i solidi (Capitolo 13) e le soluzioni (Capitolo 14) gli studenti sono in grado di affrontare molti esperimenti di laboratorio. Questi capitoli forniscono inoltre una efficace presentazione
delle basi molecolari del comportamento fisico della materia. Seguono i capitoli sulla
termodinamica chimica (Capitolo 15) e sulla cinetica (Capitolo 16). La discussione
dell’entropia include i concetti di dispersione della materia e dell’energia (disordine).
Viene discussa a fondo la distinzione tra il ruolo che l’energia libera di Gibbs standard
e quella non standard giocano nel predire la spontaneità delle reazioni chimiche. Il Capitolo 15 è strutturato in modo che i primi 15 paragrafi, che coprono la termochimica
e le energie di legame, possano essere presentati anche molto prima nel corso delle lezioni. Il Capitolo 16 sulla cinetica sottolinea le basi sperimentali di questo argomento.
Al Capitolo 17, in cui sono trattati a fondo gli equilibri chimici, seguono tre capitoli sugli equilibri in soluzioni acquose. Segue il Capitolo 21 sull’Elettrochimica che
completa il nucleo centrale del testo, mentre il Capitolo 26 sulla Chimica nucleare è
didatticamente isolato e può essere affrontato quando si ritenga opportuno farlo.
Di seguito si trovano capitoli sostanzialmente descrittivi. Il Capitolo 22 Metalli I:
Metallurgia, e il Capitolo 23 Metalli II: Proprietà e reazioni descrivono a fondo la chimica dei metalli. Non Metalli e Metalloidi sono trattati nel Capitolo 24 e la Chimica
dei composti di coordinazione è descritta nel Capitolo 25. In questa parte del testo
sono spesso applicati i principi studiati nei Capitoli precedenti.
I Capitoli 27 e 28 riguardano la Chimica organica. Il primo dei due presenta le
classi di composti, e la loro struttura e nomenclatura, con enfasi particolare sui principali gruppi funzionali e su alcune classi di reazioni organiche. Il secondo descrive isomerismo e geometria delle molecole, alcuni tipi specifici di reazioni, e biopolimeri.
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XXVI
Al docente
Una presentazione flessibile
Il testo è stato reso piuttosto flessibile, in modo tale che il docente possa utilizzarlo
nell’ordine a lui più congeniale. Ecco alcuni esempi:
1. Come nelle edizioni precedenti se si desidera fare la Termochimica (da 15-1 a
15-9) dopo la Stechiometria (Capitoli 2 e 3), parte del Capitolo 15, Termodinamica Chimica, può essere posticipata.
2. Il capitolo 6 è basato sulla legge periodica e tratta le reazioni chimiche subito dopo
la stechiometria. Le reazioni sono classificate come (a) di ossido-riduzione, (b) di
combinazione, (c) di decomposizione, (d) di spostamento, (e) di metatesi (di due
tipi) e (f ) reazioni che formano gas. Se necessario, il materiale in questo capitolo
può essere presentato anche in una fase più avanzata del corso.
3. Alcuni docenti preferiscono parlare dei gas (Capitolo 12) dopo la stechiometria
(Capitoli 2 e 3) e perciò il Capitolo 12 è pure mobile.
4. I Capitoli 4 (Struttura degli atomi), il Capitolo 5 (Periodicità chimica) ed il Capitolo 7 (Legame chimico) trattano approfonditamente questi argomenti fondamentali. L’introduzione alle energie e distanze di legame in questa fase aiuta
a comprendere meglio i dettagli del legame chimico.
5. Come nelle Edizioni precedenti nel Capitolo 8 (Struttura molecolare e teorie
del legame covalente) si descrivono le molecole semplici sia con la teoria
VSEPR che con quella VB, un metodo che ha ricevuto buona accoglienza. Se
il docente preferisce una presentazione separata troverà suddivisioni numerate
che gli faciliteranno il compito e suggerimenti adatti all’inizio del Capitolo.
6. Il capitolo 9 (Orbitali molecolari nel legame chimico) è “isolato” e può essere
omesso o spostato senza difficoltà.
7. I capitoli 10 (Reazioni in soluzioni acquose I: acidi, basi e sali) e il successivo 11
(Reazioni in soluzioni acquose II: Calcoli) discutono a fondo le reazioni acidobase e quelle redox, oltre ai calcoli stechiometrici relativi.
Ringraziamenti
Vogliamo ancora render conto del ruolo fondamentale alla riuscita di questo libro
giocato dal nostro editor e amico di vecchia data, lo scomparso John Vondeling.
Lunga è la lista degli altri collaboratori all’evoluzione del presente lavoro. Per
prima cosa ringraziamo i professori cui la nostra educazione deve moltissimo (alcuni di loro non sono più tra noi). Si tratta dei Professori Arnold Gilbert, M. L.
Bryant, del defunto W. N. Pirkle e Alta Sproull, C. N. Jones, S. F. Clark, R. S.
Drago (KWW); della scomparsa Dorothy Vaughn, del defunto David Harker, e
dello scomparso Calvin Vanderwerf; del defunto Ralph N. Adams, F. S. Rowland,
A. Tulinsky, e William von E. Doering (RED); dei Professori R. O’ Connor, del
defunto G. L. Baker, W. B. Cook, dello scomparso G. J. Hunt, del defunto A. E.
Martell, e del defunto M. Passer (MLP); e dei Professori Richard Eisenberg, del defunto F. Albert Cotton, e del defunto John A. Osborn, e il Dr. Jerry Unruh (GGS).
Lo staff di Cengage Learning ha contributo in modo incommensurabile al successo di questo libro. Lisa Lockwood ci ha guidato con mano ferma e ci ha traghettato attraverso la tabella di marcia massacrante dell’edizione di un libro. Teri
Hyde, nostro Developmental Editor, ha coordinato i molti dettagli legati ai commenti dei revisori, alla programmazione, e alla preparazione del manoscritto. Gli
siamo grati per la pazienza e per i molti contributi invisibili che ha dato e per la
ferma guida dell’attività complessiva.
Come nelle edizioni precedenti, ma alquanto più rapidamente, la nostra ricercatrice-fotografa Dena Digilio-Betz ha raccolto pazientemente e ingegnosamente
molte eccellenti fotografie. Eccellente è stato il lavoro di Teresa Trego, Project
Manager della Cengage Learning, e siamo a lei molto grati per i risultati raggiunti
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Al docente
nella qualità complessiva del libro. Come Project Manager di Free-Press PMG, Jared Sterzer ha curato con grande efficacia gli infiniti dettagli della produzione del
testo, apprezziamo il suo occhio attento ai dettagli. Kami Bevington, il nostro copy
editor, ha fatto molto per raffinare la nostra presentazione. Il design raffinato ed efficiente di questa edizione di Ellen Pettengill ne aumenta il valore pedagogico. John
Walker, Creative Director, ha controllato la produzione del progetto relativamente
a disegni, fotografie e schemi che perfezionano aspetto e sostanza del lavoro. Ringraziamo anche Ashley Summers, Assistant Editor, che ha coordinato la preparazione dei sussidi didattici, e Liz Woods, Editorial Assistant, che ha risolto una miriade di problemi e dettagli di cui siamo felici di non essere mai venuti a conoscenza. Il contributo artistico di Greg Gambino di 2064 Design è un enorme arricchimento di questa edizione. La sua abilità nel convertire i nostri schizzi bidimensionali in splendide immagini 3D non finirà mai di impressionarci. Infine, l’esperienza editoriale di Lisa Weber, Senior Media Editor, ha contribuito moltissimo
allo sviluppo ed implementazione di metodi didattici alternativi in questa edizione.
Le fotografie originali del testo sono di Jim Morgenthaler (Athens), Charles
Steele (Austin), e Charles D. Winters (Oneonta).
Particolari ringraziamenti vanno a Gary Riley (St. Louis College of Pharmacy)
e a Fitzgerald B. Bramwell (University of Kentucky) per il loro controllo dell’accuratezza del testo e degli esercizi.
James Petrich (San Antonio College) ha scritto molti nuovi esercizi concettuali
che appaiono alla fine dei Capitoli. Gli esercizi sono stati molto migliorati grazie al
controllo ed ai suggerimenti di Wendy Keeny-Kennicutt (Texas A&M University)
e Vickie Williamson (Texas A&M University).
Per concludere, dobbiamo molto ai nostri familiari: Betty, Andy, e Kathryn
Whitten; Sharon e Brian Davis; Angela Wampler e Laura Kane; Sandy Peck, Molly
Levine, e Marci Culp; Sally Hunter, Bruce Tandy (e famiglia), George (Sr.), Jenifer, Ted ed Eric Stanley. Ci hanno aiutato nei molti anni di lavoro al testo, ed il loro
incoraggiamento ed aiuto ci hanno permesso di continuare.
Revisori della Nona Edizione
L’edizione è stata rivista preliminarmente e commentata da parecchi esperti, i cui
commenti si sono rivelati utili e che qui ricordiamo e ringraziamo.
Shuhsien Wang Batamo, Houston Community College
Fereshteh Billiot, Texas A&M University at Corpus Christi
Simon Bott, University of Houston
Julio F. Caballero, San Antonio College
William M. Davis, University of Texas at Brownsville
Randall Davy, Liberty University
Travis D. Fridgen, Wilfrid Laurier University
Marilyn Hart, Minnesota State University at Mankato
Donna S. Hobbs, Augusta State University
Milton Johnston, University of South Florida
Olivier Marcq, American University
Toni McCall, Angelina College
Rosalyn Meadows, Wallace State Community College
Stephanie Myers, Augusta State University
Kathy Nabona, Austin Community College – Northridge
Brent Olive, University of North Alabama
Stephen J. Paddison, University of Alabama at Huntsville
Scott W. Reeve, Arkansas State University
Shashi Rishi, Greenville Technical College
Jimmy R. Rogers, University of Texas at Arlington
XXVII
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XXVIII
Al docente
Alka Shukla, Houston Community College
Shyam S. Shukla, Lamar University
Cyriacus Chris Uzomba, Austin Community College – Rio Grande
Thomas R. Webb, Auburn University
Revisori delle prime otto edizioni
Edwin Abbott, Montana State University; Ed Acheson, Millikin University;
David R. Adams, North Shore Community College; Carolyn Albrecht;
Steven Albrecht, Ball State University; Dolores Aquino, San Jacinto College
Central; Ale Arrington, South Dakota School of Mines; George Atkinson,
Syracuse University; Charles Atwood, University of Georgia; Jerry Atwood,
University of Alabama; William G. Bailey, Broward Community College;
Major Charles Bass, United States Military Academy; J. M. Bellama, University of Maryland; Carl B. Bishop, Clemson University; Muriel B. Bishop,
Clemson University; James R. Blanton, The Citadel; George Bodner, Purdue
University; Fitzgerald B. Bramwell, University of Kentucky; Joseph Branch,
Central Alabama Community College; Greg Brewer, The Citadel; Clark
Bricker, University of Kansas; Robert Broman, University of Missouri;
William Brown, Beloit College; Robert F. Bryan, University of Virginia;
Barbara Burke, California State Polytechnic, Pomona; L. A. Burns, St. Clair
County Community College; James Carr, University of Nebraska, Lincoln;
Elaine Carter, Los Angeles City College; Ann Cartwright, San Jacinto College Central; Thomas Cassen, University of North Carolina; Martin Chin,
San Jose State University; Evelyn A. Clarke, Community College of
Philadelphia; Kent Clinger, David Lipscomb University; Lawrence Conroy,
University of Minnesota; Mark Cracolice, University of Montana; Julian
Davies, University of Toledo; John DeKorte, Glendale Community College
(Arizona); Mark Draganjac, Arkansas State University; George Eastland, Jr.,
Saginaw Valley State University; Harry Eick, Michigan State University;
Mohammed El-Mikki, University of Toledo; Dale Ensor, Tennessee Technological University; Lawrence Epstein, University of Pittsburgh; Sandra
Etheridge, Gulf Coast Community College; Darrell Eyman, University of
Iowa; Nancy Faulk, Blinn College; Wade A. Freeman, University of Illinois,
Chicago Circle; Mark Freilich, Memphis State University; Richard Gaver,
San Jose State University; Dr. Lucio Gelmini, Grant MacEwan College;
Gary Gray, University of Alabama, Birmingham; Robert Hanrahan, University of Florida; Alton Hassell, Baylor University; Jack D. Hefley, Blinn College–Bryan Campus; Henry Heikkinen, University of Maryland; Forrest C.
Hentz, North Carolina State University; R. K. Hill, University of Georgia;
Bruce Hoffman, Lewis and Clark College; Larry Houck, Memphis State
University; Arthur Hufnagel, Erie Community College, North Campus;
Wilbert Hutton, Iowa State University; Albert Jache, Marquette University;
William Jensen, South Dakota State University; M. D. Joeston, Vanderbilt
University; Stephen W. John, Lane Community College; Andrew Jorgensen,
University of Toledo; Margaret Kastner, Bucknell University; Wendy
Keeney-Kennicutt, Texas A&M University; Philip Kinsey, University of
Evansville; Leslie N. Kinsland, University of Southwestern Louisiana; Donald Kleinfelter, University of Memphis; Marlene Kolz; Bob Kowerski, College of San Mateo; Larry Krannich, University of Alabama, Birmingham; Peter Krieger, Palm Beach Community College; Charles Kriley, Grove City
College; Charles Kriley, Purdue University, Calumet; James Krueger, Oregon State University; Norman Kulevsky, University of North Dakota;
Robert Lamb, Ohio Northern University; Alfred Lee, City College of San
Romane.qxd 22-09-2009 17:28 Pagina XXIX
Al docente
Francisco; Patricia Lee, Bakersfield College; William Litchman, University
of New Mexico; Ramon Lopez de la Vega, Florida International University;
Joyce Maddox, Tennessee State University; Gilbert J. Mains, Oklahoma State
University; Ronald Marks, Indiana University of Pennsylvania; William
Masterton, University of Connecticut; William E. McMullen, Texas A&M
University; Clinton Medbery, The Citadel; Joyce Miller, San Jacinto College; Richard Mitchell, Arkansas State University; Stephanie Morris, Pellissippi State Technical Community College; Kathleen Murphy, Daemen College; Joyce Neiburger, Purdue University; Deborah Nycz, Broward Community College; Barbara O’Brien, Texas A&M University; Christopher Ott,
Assumption College; James L. Pauley, Pittsburgh State University; John
Phillips, Purdue University, Calumet; Richard A. Pierce, Jefferson College;
William Pietro, University of Wisconsin, Madison; Ronald O. Ragsdale,
University of Utah; Susan Raynor, Rutgers University; Randal Remmel;
Gary F. Riley, St. Louis College of Pharmacy; Don Roach, Miami Dade
Community College; Eugene Rochow, Harvard University; Roland R.
Roskos, University of Wisconsin, La Crosse; John Ruff, University of Georgia; George Schenk, Wayne State University; James M. Schlegal, Rutgers
University, Newark; Mary Jane Schultz, Tufts University; William Scroggins, El Camino College; Curtis Sears, Georgia State University; Diane Sedney, George Washington University; Mahesh Sharma, Columbus College;
Cheryl Snyder, Schoolcraft College; C. H. Stammer, University of Georgia;
Yi- Noo Tang, Texas A&M University; John Thompson, Lane Community
College; Margaret Tierney, Prince George’s Community College; Henry
Tracy, University of Southern Maine; Janice Turner, Augusta College; James
Valentini, University of California, Irvine; Douglas Vaughan; Victor Viola,
Indiana University; W. H. Waggoner, University of Georgia; Mona Wahby,
Macomb Community College; Susan Weiner, West Valley College; Donald
Williams, Hope College; Vickie Williamson, Texas A&M University; David
Winters, Tidewater Community College; Wendy S. Wolbach, Illinois Wesleyan University; Kevin L. Wolf, Texas A&M University; Marie Wolff, Joliet Junior College; James Wood, Palm Beach Community College; Robert
Zellmer, Ohio State University; and Steve Zumdahl, University of Illinois.
Kenneth W. Whitten
Raymond E. Davis
M. Larry Peck
George G. Stanley
XXIX
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XXX
Allo studente
Il testo dovrebbe aiutare chi studia la Chimica, una scienza fondamentale che alcuni
ritengono essere addirittura la “scienza centrale”. Nelle loro varie carriere professionali gli studenti troveranno certamente che il vocabolario studiato ed i concetti
della Chimica incontrati in questo testo sono utili più frequentemente di quanto si
possa immaginare.
Il testo comincia con vocabolario e idee fondamentali, che cambiano poi evolvendo a concetti e nozioni utili e necessarie sia nelle altre scienze, fisiche e biologiche, che nelle scienze applicate come medicina, odontoiatria, ingegneria, agricoltura, economia domestica.
I primi Capitoli sono sostanzialmente autosufficienti, sicché il docente può inserirli
nel Corso anche in ordine diverso da quello del libro, o saltarne qualcuno.
Di solito nel testo sono presentate dapprima le basi sperimentali dell’argomento
studiato, basi che sono costituite da esperimenti ed osservazioni dei fenomeni più importanti per il successivo sviluppo concettuale. Ciò è seguito dall’appropriata spiegazione.
La Chimica è una scienza sperimentale, e di conseguenza ciò che sappiamo lo sappiamo solo perché migliaia di ricercatori l’hanno osservato. Una teoria di successo
spiega poi i fatti con completezza ed accuratezza, e permette di predire risultati di
esperimenti non ancora completati. Non bisogna dimenticare che esperimento e teoria sono strettamente legati tra loro, e che sono parte dei nostri sforzi tesi a capire e a
spiegare i fenomeni naturali.
In questo libro, vedremo frequentemente le icone
e
. Questi simboli
sono le icone del “ragionamento molecolare”, per attirare l’attenzione su una discussione od un’applicazione nella quale le proprietà di atomi e molecole sono legate al
comportamento, sia chimico che fisico, della materia – la vera essenza della chimica.
Una parola riguardo le icone del ragionamento molecolare: i chimici considerano
le relazioni tra la struttura molecolare e le proprietà chimico/fisiche come la vera essenza della chimica. Il simbolo che usiamo per identificare il ragionamento molecolare
è un semplice, comune modello della molecola d’acqua. L’acqua è certamente la sostanza più importante del pianeta. Le sue peculiari caratteristiche fisiche e chimiche
sono alla base di tutte le forme di vita conosciute, che sfruttano la sua abilità di dissolvere un’enorme quantità di soluti ed il suo caratteristico comportamento acido/base.
Molti programmi di ricerca di vita extraterrestre si focalizzano sulla ricerca di prove
della presenza di acqua liquida. Sotto questo aspetto, essa è più importante dell’ossigeno, ci sono infatti forme di vita anaerobiche, che non richiedono ossigeno, ma non
ne esiste nessuna che possa fare a meno dell’acqua. È anche un fattore fondamentale
per il controllo del clima e della temperatura sul nostro pianeta. La Terra ha l’escursione termica più moderata tra tutti i pianeti (un requisito essenziale per la vita come
noi la conosciamo) e ciò è dovuto principalmente al calore specifico insolitamente alto
ed alle altre proprietà termiche dell’acqua. Ognuna di queste importanti proprietà, assieme a molte altre, è dovuta alla struttura molecolare dell’acqua. Abbiamo pensato che
nessun’altra molecola potesse sottolineare meglio la nostra enfasi sulle relazioni tra
struttura molecolare e proprietà chimico/fisiche.
RAGIONAMENTO
MOLECOLARE
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Allo studente
XXXI
“Qual è il modo migliore di studiare la Chimica?” ci chiedono spesso gli studenti.
Non c’è una risposta unica a questa domanda, ma alcuni suggerimenti possono essere
utili, come indicherà il professore. Spesso lo studente sottovaluta l’importanza di scrivere mentre si studia, ed è utilissimo prendere invece anche delle note scritte. Quando
si legge, non si deve semplicemente sottolineare il testo. È necessario scrivere note e
spiegazioni anche quando si risolvono i problemi, magari in una parte specifica del quaderno di lavoro. Scrivere vi obbliga alla concentrazione su ciò che state studiando o facendo, ed è un ottimo modo di imparare, anche se poi non ritornate più su ciò che avete
annotato. Tuttavia le note fatte sono evidentemente utili per gli ultimi riassunti da farsi
in vista dell’esame. Sarebbe necessario dare sempre un’occhiata al materiale da studiare
prima che esso venga trattato in classe, perché questo aiuta a riconoscere i concetti durante la successiva spiegazione data dal docente. Utilissimo è prendere note durante la
lezione, note che andrebbero ricopiate appena possibile, nel giorno stesso della lezione,
aggiungendo quanto si può ricordare sull’argomento e cercando di riandare agli esempi
illustrati dal professore prima ancora di verificarne gli esiti sulle note stesse. Una rilettura del materiale, e la stesura di altre note, aiuta moltissimo ad imparare.
Raccomandabile è dare un’occhiata alla parole-chiave alla fine del capitolo per controllarne gli esatti significati, ed inoltre studiare a fondo gli Esempi nel testo, accompagnando il tutto con altre note. Bisognerebbe sempre iniziare tentando di risolvere gli
esempi senza guardare le soluzioni. Se proprio dovete ricorrere alle soluzioni, guardatele
una riga alla volta, ed usate quell’informazione per cercare di risolvere il resto dell’esempio. Le risposte agli esempi sono rappresentate su sfondo celeste. Al termine di molti
esempi, suggeriamo degli esercizi, tra quelli alla fine del capitolo, correlati per argomento.
Dovreste lavorare su questi esercizi quando vi viene proposto. Fate attenzione a leggere i
suggerimenti e le note a margine (denominate fermati e rifletti), eviterete così di commettere gli errori più comuni, arrivando prima a capire anche i concetti più difficili.
Nelle Appendici sono raccolte molte informazioni utili, ed è bene utilizzarle spesso.
Le risposte a molti problemi sono raccolte alla fine del testo.
Modelli molecolari
Questa edizione pone grande enfasi sul ragionamento molecolare. Il ragionamento
molecolare viene illustrato con molti nuovi modelli molecolari, spesso ottenuti via
computer. Ecco alcuni esempi in cui i modelli molecolari vengono impiegati.
1. Strutture o reazioni. L’uso di modelli facilita la comprensione e l’interpretaReagenti
Prodotti
O
H
O
H
C
H
H
O
O
+
O
O
C
O
O
H
H
+
CH4
2O2
O
H
H
H
+
+
CO2
H
2H2O
O
O
H
C
H
H
+
O
O
C
O
O
O
H
1C, 4H, 4O atomi
H
+
1C, 4H, 4O atomi
H
Figura 3-1
Tre
diverse rappresentazioni della reazione
del metano con
l’ossigeno per formare diossido di
carbonio e acqua. I
legami chimici si
rompono e nuovi legami si formano in
ciascuna delle rappresentazioni. Le
rappresentazioni utilizzate per illustrare
la reazione sono: (a)
il modello a sfere e
bastoncini; (b) le
formule chimiche;
(c) il modello a
spazi pieni.
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XXXII
Allo studente
Br2()
Cl2(g)
© Cengage Learning/Charles Steele
I2(s)
Proprietà
Solido
Liquido
Gas
Rigidità
Rigido
Espansione
al riscaldamento
Compressibilità
Modesta
È fluido ed assume la
forma del contenitore
Modesta
Riempie completamente
ogni contenitore
Si espande infinitamente
Modesta
Modesta
Facilmente comprimibile
Figura 1-7
Confronto tra alcune proprietà fisiche dei tre stati della materia.
(sinistra) Iodio, un elemento solido. (centro) Bromo, un elemento liquido. (destra)
Cloro, un elemento gassoso.
H F or H F
zione di una equazione chimica bilanciata.
2. Figure macro-micro. I modelli sono mostrati assieme alla fotografia di un campione o a un esperimento chiarificatore.
3. Figure che illustrano il potenziale di carica elettrostatica (ECP). La distribuzione di carica entro la molecola è rappresentata a colori. Questo aiuta a visualizzare gli effetti della distribuzione di carica sulle proprietà molecolari e sulle
interazioni intermolecolari. Ora sono state incluse anche delle legende che ci
ricordano che il rosso indica più carica negativa, il verde una zona neutra e il
blu un accumulo di carica positiva. Molte di queste superfici sono state migliorate, inserendovi dei modelli ball-and-stick per indicare più chiaramente dove risiedono le varie cariche. Nella figura seguente sono confrontati etanolo, acqua
e fenolo, e le superfici di potenziale di carica elettrostatica mostrano un aumento della polarità del legame O-H, che si correla ad un aumento dell’acidità
di questi composti.
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Allo studente
Etanolo, C2H5OH
Acqua, H2O
Fenolo, C6H5OH
Codici dei colori utilizzati nel testo
Oltre alle fotografie ed ai disegni, l’uso costante di determinati colori serve ad identificare in modo sistematico i concetti teorici e le tecniche pratiche più importanti
del testo.
1. I concetti importanti, i rapporti matematici e gli indici dei vari capitoli
hanno uno sfondo beige, come quello che segue.
Durante una reazione chimica o una trasformazione fisica non si osserva nessuna variazione della quantità di materia.
2. Le risposte negli esempi sono similmente evidenziate in azzurro. I passaggi
intermedi (passaggi logici, aiuti e così via) sono evidenziati in beige scuro.
Esempio 1-11 Conversione tra misure anglosassoni e metriche
Esprimere 1.0 galloni in millilitri.
Impostazione
Chiediamoci __
? mL 1.0 gal e quindi moltiplichiamo per i fattori appropriati.
gallone 88n quarto 88n litro 88n millilitro
Soluzione
1000 mL
4 qt
1L
__
? mL 1.0 gal 3.8 103 mL
1 gal
1.06 qt
1L
Svolgere ora l’Esercizio 40.
XXXIII
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XXXIV
Allo studente
3. Le proprietà acide e basiche sono contraddistinte in rosa (acide) e azzurro
(basiche). Sali o soluzioni neutre sono indicate in lilla.
TABELLA 6-5
Legame, solubilità, caratteristiche dell’elettrolita, e forme predominanti dei soluti a contatto
con l’acqua
Acidi
Acidi
forti
Esempi
I composti puri sono
ionici o molecolari?
Solubili o insolubili
in acqua?
100% ionizzati o
dissociati in soluzione
acquosa diluita?
Nelle equazioni ioniche
sono scritti come
Basi
Acidi
deboli
Basi
forti
Sali
Basi
insolubili
Basi
deboli
Sali
solubili
Sali
insolubili
HCl
CH3COOH
HF
HNO3
Molecolari Molecolari
NaOH
Mg(OH)2
Ca(OH)2 Al(OH)3
Ionici
Ionici
NH3
CH3NH2
Molecolari
KCl, NaNO3,
NH4Br
Ionici
BaSO4, AgCl,
Ca3(PO4)2
Ionici
Solubili*
Solubili*
Solubili
Insolubili
Solubili†
Solubili
Insolubili
Sì
No
Sì
(nota‡ )
No
Sì§
(nota‡)
Ioni
separati
Molecole
Ioni
separati
Formule
complete
Molecole
Ioni
separati
Formule
complete
*La maggior parte degli acidi inorganici comuni e gli acidi organici (–COOH) a basso peso molecolare sono idrosolubili.
† Le ammine a basso peso molecolare sono idrosolubili.
‡ Idrossidi metallici “insolubili” in concentrazioni molto basse e sali insolubili in soluzioni acquose sature sono quasi completamente dissociati.
§ Ci sono alcune eccezioni. Alcuni sali solubili sono composti molecolari (e non ionici).
4. Il rosso e l’azzurro sono utilizzati per le reazioni di ossido-riduzione e per
l’elettrochimica.
(a) i numeri di ossidazione sono posti in un cerchio rosso, per evitare di
confonderli con le cariche ioniche. L’ossidazione è indicata in azzurro e
la riduzione in rosso
1
5 2
2
0
5 2
0
888n
8n
88
8888
888
2[Ag(aq) NO3(aq)] Cu(s) 88n [Cu2(aq) 2NO3(aq)] 2Ag(s)
2 888
888888888
1
88
888888888888888888888888888888888888888888888888888888
Gli ioni nitrato, NO3–, sono ioni spettatori ed eliminandoli da entrambe le parti
si ottiene l’equazione ionica netta:
1
0
2
0
2Ag(aq) Cu(s) 88n Cu2(aq) 2Ag(s)
Questa è una equazione redox. Il numero di ossidazione dell’argento diminuisce da
1 a zero; lo ione argento si riduce ed è quindi l’agente ossidante. Il numero di ossidazione del rame aumenta da zero a 2; il rame si ossida ed è pertanto l’agente riducente.
(b) Nell’elettrochimica (Capitolo 21), si apprende che l’ossidazione avviene all’anodo; l’anodo e la semireazione corrispondente sono indicati in azzurro.
La riduzione avviene al catodo; il catodo e la semireazione corrispondente
sono indicati in rosso.
2Cl
e
2Na 2Cl
⎧
⎪
⎪
⎪
⎨
⎪
⎪
⎪
⎩
2[Na
2NaCl()
88n
88n
88n
Cl2 (g) 2e
Na()]
2Na() Cl2(g)
(anodo, semireazione di ossidazione)
(catodo, semireazione di riduzione)
(reazione complessiva di cella)
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Allo studente
XXXV
5. I modelli molecolari space-filling e ball-and-stick usano un codice di colori
consistente nel corso del libro (che segue quello usato in chimica organica).
H
C
N
O
F
Si
P
S
Cl
Br
I
Metionina, C5H11NO2S
6. Gli orbitali atomici sono raffigurati in blu (o in blu e viola se si vogliono
enfatizzare le differenze di fase).
Orbitali molecolari
Sovrapposizione
fuori fase
Orbitali atomici
(sottrazione)
Orbitali atomici
p*2pz o p*2py
(antilegante)
Energia
Sovrapposizione
in fase
(somma)
2pz o 2py
2pz o 2py
2pz o 2py
2pz o 2py
p2pz o p2py
(legante)
Figura 9-4 Orbitali molecolari 2p e 2p
* ottenuti per sovrapposizione di una coppia di orbitali atomici 2p (per esempio, orbitali 2py). Ci può essere una coppia
identica di orbitali molecolari ad angolo retto da questi, generata da un’altra coppia di orbitali p sugli stessi due atomi (in questo caso, gli orbitali 2pz).
7. Gli schemi di ibridazione e gli orbitali ibridi sono raffigurati in verde.
120°
2p
B
2s
Tre orbitali ibridi sp2
Rappresentazione semplificata di tre
orbitali ibridi sp2 su un atomo di B
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XXXVI
Allo studente
8. I potenziali di carica elettrostatica sono raffigurati in modo da evidenziare
la distribuzione di carica nella molecola. In questi disegni la carica è raffigurata con una gamma cromatica che va dal rosso (la più negativa) al verde
(neutra) al blu (più positiva).
δ
Citosina
δ
Guanina
Legame idrogeno tra due basi del DNA
δ
δ
Carica
più
positiva
Carica
più
negativa
9. Le tavole periodiche a colori raffigurano la classificazione degli elementi
suddivisi in metalli(blu), non-metalli (giallo) e metalloidi (verde). Studiare
attentamente la tavola periodica all’interno della copertina, con lo schema
dei colori.

Tavola internazionale dei Pesi Atomici

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