Come docenti di Chimica di Base, le nostre lezioni sono per molti aspetti diverse da quelle tradizionali. A partire dalla prima settimana di corso fino alla fine del semestre, affrontiamo una sequenza di argomenti che ci permette di spiegare i fenomeni macroscopici da una prospettiva molecolare. Questo approccio enfatizza una comprensione dei concetti, rispetto alla soluzione “algoritmica” di problemi. Per aiutare gli studenti a sviluppare questo apprendimento, usiamo immagini, animazioni, video ed esperimenti dimostrativi. Circa un terzo di ogni corso è dedicato alla spiegazione di fenomeni chimici da una prospettiva concettuale. Nel resto del tempo, gli studenti lavorano in gruppo per discutere e risolvere problemi concettuali e numerici.
Il nostro obiettivo è quello di creare un testo che interpreti il nostro metodo basato sui concetti e che faccia tesoro dei risultati delle ricerche sui meccanismi di apprendimento degli studenti. Sulla base di queste ricerche sono stati ottimizzati la sequenza di argomenti, il contesto, l’enfasi sui concetti e gli esercizi numerici fortemente centrati sui concetti. in tutto il testo, ci siamo sforzati di fare riferimento alle vite quotidiane degli studenti, per mostrare loro come la chimica consenta di capire i fenomeni—sia semplici che complessi— che incontriamo ogni giorno. Il primo approccio degli studenti con i fenomeni chimici fa riferimento alla loro esperienza personale, per contestualizzare i concetti astratti che verranno trattati in seguito. Questo testo presenta presto i fenomeni chimici macroscopici ed usa contesti familiari per sviluppare le spiegazioni microscopiche.
Questo libro di testo è adatto a corsi introduttivi di Chimica, che non richiedono conoscenze pregresse di chimica e può supportare un corso di uno o due semestri. Il libro si rivolge a corsi introduttivi per studenti di discipline che non richiedano il rigore di un corso di Chimica Generale come quello per la Laurea in Chimica, ma che comunque necessitino di una preparazione chimica di base. Possono trarre giovamento da questo libro anche studenti delle scuole superiori, per acquisire una padronanza della Chimica che li prepari ai futuri studi universitari.caratteristiche di questo testo La teoria dell’apprendimento indica che si deve prima iniziare con il concreto e macroscopico mondo dell’esperienza come base per partire verso la comprensione di concetti astratti e microscopici. Questo testo segue una sequenza di argomenti tipica dei tradizionali libri di Chimica Generale. Le idee macroscopiche sul comportamento chimico vengono cioè discusse prima delle descrizioni dei concetti astratti ed a livello molecolare associati alla struttura elettronica. Le idee macroscopiche che aprono i capitoli o le sezioni sono basate su esperienze di vita reale. Quando ritenuto appropriato, la progressione dal livello macroscopico a quello molecolare viene svolta all’interno del capitolo o della sezione stessa, oltre che nell’ambito della sequenza generale dei capitoli.
Ogni capitolo inizia con un sommario e con un’immagine di apertura che personalizzi il contenuto attraverso una storia sui fenomeni chimici incontrati da degli studenti. Queste applicazioni sono intese a dare un’idea agli studenti di quanto la chimica sia presente nelle loro vite quotidiane.
Il capitolo offre poi alcune domande, dal titolo In questo capitolo risponderemo a, che servano da guida nello sviluppo degli argomenti lungo il capitolo. Le note a margine contengono ulteriori spiegazioni ed applicazioni chimiche, combinate con elementi visuali, per aiutare gli studenti a concettualizzare le lezioni.
Siamo convinti che un testo di chimica di base debba mantenere l’attenzione sulla chimica, più che sulla matematica. L’interesse degli studenti deve essere catturato subito, se si vuole che perseverino nello studio.
Introduciamo presto in questo libro le reazioni chimiche da una prospettiva macroscopica. Una conoscenza generale e fondamentale del comportamento chimico a livello macroscopico facilita l’ulteriore sviluppo delle idee a livello molecolare, come la struttura atomica. Pensiamo che il miglior approccio per incorporare la matematica coinvolga la sua introduzione quandonecessario, enfatizzando i concetti che i problemi cercano di illustrare. Questo testo integra le idee matematiche necessarie ed importanti per i chimici all’interno delle discussioni concettuali. I riquadri Strumenti matematici comprendono una spiegazione più approfondita della matematica con esempi, problemi risolti e problemi pratici.
Maggiori Informazioni
Autore
Bauer; Birk James P.; Marks
Editore
Piccin Editore
Anno
2010
Tipologia
Libro
Lingua
Italiano
Indice
1 Materia ed energia 2 1.1 | La materia e le sue cl ass ificazioni 4 Composizione della materia 4 Rappresentazioni della materia 10 Stati della materia 12 1.2 | Tr asform azioni chimiche e fisiche e pr opr ietà dell a materia 14 Proprietà fisiche 15 Trasformazioni fisiche 24 Proprietà chimiche 25 Trasformazioni chimiche 25 1.3 | Energia e trasform azioni dell ’energia 28 1.4 | La ricerc a sc ientifica 31 Osservazioni 31 Ipotesi 32 Leggi 33 Teorie 33 La ricerca scientifica in pratica 34 Sommario 35 Strumenti matematici 1.1 Notazione scientifica 36 Strumenti matematici 1.2 Cifre significative 38 Strumenti matematici 1.3 Unità e conversioni 41 Relazioni chiave 45 Parole chiave 45 Quesiti e problemi 45 2 Atomi, ioni e la tavola periodica 52 2.1 | teoria atomica di Dalton 54 2.2 | Struttura dell ’Atomo 56 Particelle subatomiche 56 L’atomo nucleare 58 Isotopi, numero atomico e numero di massa 60 2.3 | Ioni 65 2.4 | mass a Atomica 68 2.5 | la tavola Periodica 71 Classificazione degli elementi 71 Ioni e tavola periodica 74 Sommario 76 Parole chiave 76 Quesiti e problemi 77 3 Composti chimici 84 3.1 | comp osti Ionici e Molecolari 86 3.2 | ioni Monoatomici e Poliatomici 91 Ioni monoatomici 91 Ioni poliatomici 93 3.3 | Form ule dei comp osti Ionici 96 3.4 | Nomencl atura dei comp osti Ionici 99 3.5 | Nomencl atura e scr ittura di comp osti molecolari 104 3.6 | Ac idi e Basi 107 3.7 | Previsione dell e pr opr ietà e nomencl atura dei comp osti 111 Sommario 112 Parole chiave 113 Quesiti e problemi 113 4 Composizione chimica 120 4.1 | comp osizione perc entuale 123 4.2 | quantità in Moli 125 Moli e particelle 125 Massa molare 128 4.3 | Determ inazione dell e form ule emp iriche e molecolari 133 Formule empiriche e molecolari 133 Determinazione delle formule empiriche 135 Formule empiriche a partire dalla composizione percentuale 136 Formule empiriche di composti contenenti più di due elementi 137 Formule empiriche con rapporti molari frazionari 139 Formule molecolari a partire dalle formule empiriche 140 Determinazione della composizione percentuale 141 4.4 | Comp osizione chimica dell e soluzioni 143 Concentrazione 143 Percentuale in massa 144 Molarità 145 Diluizione 149 Sommario 151 Relazioni chiave 152 Parole chiave 152 Quesiti e problemi 152 5 Reazioni ed equazioni chimiche 158 5.1 | Cos’è una reazione chimica? 160 5.2 | Come ci acc orgiamo che sta avvenendo una reazione chimica? 161 5.3 | Scr ivere le equazioni chimiche 163 5.4 | Previsioni sull e reazioni chimiche 169 Reazioni di decomposizione 173 Reazioni di combinazione 175 Reazioni di scambio singolo 177 Reazioni di doppio scambio 180 Reazioni di combustione 185 5.5 | Rappr esentazione di reazioni in soluzione acquosa 187 Sommario 189 Parole chiave 190 Quesiti e problemi 190 6 Quantità nelle reazioni chimiche 200 6.1 | Il significato di un’equazione bilanciata 203 6.2 | Convers ioni Mole-Mole 204 6.3 | Convers ioni Mass a-Mass a 206 6.4 | reagenti Limitanti 209 6.5 | Perc ent Yield 219 6.6 | Tr asferimento e trasform azione dell ’energia 221 Legge di conservazione dell’energia 221 Energia scambiata nelle reazioni chimiche 222 Quantità di calore 224 6.7 | sc amb i di calore nell e reazioni chimiche 230 Sommario 233 Relazioni chiave 234 Parole chiave 234 Quesiti e problemi 234 7 Struttura elettronica dell’atomo 244 7.1 | radiazione El ettromagnetica ed energia 246 Proprietà della radiazione elettromagnetica 247 Spettri atomici 251 7.2 | il modell o di BOH R dell ’atomo di idrogeno 252 7.3 | il Moderno Modell o dell ’Atomo 255 Diagrammi orbitali per atomi multielettronici 257 Configurazioni elettroniche 261 7.4 | PERIODI CIT à dell e configurazion elettroniche 262 7.5 | ELEttroni di valenza degli elementi dei grupp i pr incipali 267 7.6 | CONFIGU RAzION i elettroniche degli ioni 269 7.7 | Propr ietà periodiche degli atomi 271 Reattività chimica e configurazioni elettroniche 271 Energia di ionizzazione 273 Dimensioni degli atomi 277 Dimensioni degli ioni 278 Sommario 280 Relazioni chiave 281 Parole chiave 281 Quesiti e problemi 281 8 Il legame chimico 286 8.1 | Tipi di legame 288 Legami ionici e covalenti 289 Legami covalenti polari e non polari 291 Elettronegatività 291 8.2 | legame Ionico 294 Simboli di Lewis 294 Strutture dei cristalli ionici 296 8.3 | legame Covalente 297 La regola dell’ottetto 298 Formule di Lewis di elementi biatomici 298 Elettroni di valenza e numero di legami 299 Strutture delle molecole covalenti 301 Eccezioni alla regola dell’ottetto 306 Legame nei composti del carbonio 307 8.4 | form e dell e Molecole 310 La teoria Valence-Shell Electron-Pair Repulsion 310 Polarità delle molecole 316 Sommario 319 Parole chiave 319 Quesiti e problemi 320 9 Lo stato gassoso 326 9.1 | Il comp ortamento dei gas 329 Temperatura e densità 329 Pressione 330 9.2 | Fattori che influisc ono sull e pr opr ietà dei gas 333 Volume e pressione 333 Volume e temperatura 337 Volume, pressione e temperatura 340 La legge di Gay-Lussac dei volumi di combinazione 342 L’ipotesi di Avogadro 342 9.3 | la legge dei gas Ideali 345 Calcoli con la legge dei gas ideali 346 Legge di Dalton delle pressioni parziali 348 9.4 | teoria cinetico-Molecolare dei Gas 350 Postulati della teoria cineticomolecolare 350 Diffusione ed effusione 352 9.5 | Gas e reazioni chimiche 353 Volume dei prodotti a partire dal volume dei reagenti 353 Moli e massa dal volume 355 Sommario 356 Strumenti matematici 9.1 I grafici 357 Strumenti matematici 9.2 Risolvere semplici equazioni algebriche 359 Relazioni chiave 361 Parole chiave 361 Quesiti e problemi 361 10 Gli stati liquido e solido 372 10.1 | Camb iamenti di stato 375 Transizioni di fase liquido-gas 377 Transizioni di fase liquido-solido 380 Transizioni di fase solido-gas 381 Curve di raffreddamento e riscaldamento 383 Cambiamenti di energia 384 10.2 | Forze Interm olecolari 388 Forze di dispersione di London 388 Forze dipolo-dipolo 390 Legame idrogeno 391 Andamenti nelle forze intermolecolari 394 10.3 | Propr ietà dei Liquidi 397 Densità 397 Viscosità 398 Tensione superficiale 398 10.4 | Propr ietà dei solidi 401 Cristalli e reticoli cristallini 401 Tipi di solidi cristallini 401 Sommario 409 Relazioni chiave 409 Parole chiave 409 Quesiti e problemi 410 11 Soluzioni 416 11.1 | La comp osizione dell e soluzioni 418 11.2 | Il pr ocess o di diss oluzione 422 11.3 | Fattori che influenzano la solubilità 426 Struttura 426 Temperatura 428 Pressione 429 11.4 | Misurazione dell e concentrazioni dell e soluzioni 430 Percentuale in massa 432 Percentuale in volume 434 Percentuale massa/volume 434 Parti per milione e parti per miliardo 435 Molarità 436 Molalità 437 11.5 | Quantità nell e reazioni che avvengono in soluzione 438 Reazioni di precipitazione 438 Titolazioni acido-base 442 11.6 | pr opr ietà Coll igative 444 Pressione osmotica 444 Abbassamento della pressione di vapore 446 Innalzamento del punto di ebollizione 447 Depressione del punto di congelamento 448 Proprietà colligative ed elettroliti forti 449 Sommario 450 Relazioni chiave 451 Parole chiave 451 Quesiti e problemi 451 12 Velocità di reazione ed equilibrio chimico 458 12.1 | velocità di Reazione 461 12.2 | teoria dell e Coll isioni 462 12.3 | Condizioni che influisc ono sull e velocità di reazione 465 Concentrazione ed area superficiale 466 Temperatura 466 Catalizzatori 468 12.4 | Equilibr io Chimico 473 12.5 | la costante di Equilibr io 474 L’espressione della costante di equilibrio 475 Previsione della direzione di una reazione 478 Equilibrio eterogeneo 480 12.6 | il pr incipio di le Chatelier 483 Concentrazione di reagenti e prodotti 483 Volume del recipiente di reazione 485 Temperatura 488 Catalizzatori 490 Aumento della resa di prodotto 490 Sommario 491 Relazioni chiave 492 Parole chiave 492 Quesiti e problemi 492 13 Acidi e basi 500 13.1 | cosa sono acidi e basi? 502 Definizioni di acido e base 502 Coppie coniugate acido-base 504 Atomi di idrogeno acidi 506 13.2 | Ac idi e Basi forti e deboli 506 Acidi forti 507 Basi forti 507 Acidi deboli 508 Basi deboli 510 13.3 | forze Relative di acidi deboli 513 Costanti di ionizzazione degli acidi 513 Acidi poliprotici 514 13.4 | soluzioni Ac ide, Basiche e Neutre 516 Il prodotto ionico dell’acqua 516 Calcolo delle concentrazioni degli ioni H3O+ e OH– 517 13.5 | la sc alda del pH 520 Calcolo del pH 520 Calcolo del pOH 523 Calcolo delle concentrazioni dal pH o dal pOH 524 Misurazione del pH 526 13.6 | soluzioni tamp one 527 Sommario 531 Strumenti matematici 13.1 Funzioni logaritmo e inverso del logaritmo 531 Relazioni chiave 534 Parole chiave 534 Quesiti e problemi 534 14 Reazioni di ossidoriduzione 540 14.1 | Cos’è una reazione di oss idoriduzione? 543 14.2 | numeri di oss idazione 547 14.3 | Batterie 552 14.4 | Bilanciamento di sempl ici equazioni di oss idoriduzione 559 14.5 | Bilanciamento di equazioni di oss idoriduzione compl ess e 563 14.6 | El ettrochimica 568 Celle voltaiche 569 Celle elettrolitiche 571 14.7 | pr evenzione dell a Corr osione 574 Sommario 576 Parole chiave 576 Quesiti e problemi 577 15 Chimica nucleare 584 15.1 | Radioattività 586 Decadimento nucleare 586 Radiazione 587 15.2 | reazioni Nucl eari 588 Equazioni delle reazioni nucleari 588 Acceleratori di particelle 595 Prevedere le reazioni di decadimento nucleare spontaneo 595 15.3 | Velocità di decadimento radioattivo 599 Rivelazione della radiazione 599 Semi-vite 600 Datazione archeologica 602 Datazione geologica 603 15.4 | Appl icazioni degli isotopi in camp o medico 604 Fonti di energia 604 Diagnosi mediche 604 Tomografia ad emissione di positroni 605 Terapia del cancro 606 15.5 | Effetti biologici dell e radiazioni 606 Esposizione alla radiazione 606 Radon 608 15.6 | energia Nucl eare 609 Fissione dell’uranio-235 609 Reazioni a catena 610 Reattori di fissione 611 Reattori di fusione 612 Sommario 614 Parole chiave 615 Quesiti e problemi 615 16 Chimica organica 620 16.1 | Rappr esentazione dell e molecole organiche 624 16.2 | idrocarb uri 628 Classi di idrocarburi 628 Petrolio 630 16.3 | idrocarb uri Ac icl ici 631 Alcani 631 Alcheni ed alchini 637 16.4 | idrocarb uri cicl ici 641 Cicloalcani e cicloalcheni 641 Idrocarburi aromatici 642 16.5 | Alc ooli ed Eteri 645 Alcooli 645 Eteri 647 16.6 | Al deidi e chetoni 647 Aldeidi 647 Chetoni 648 16.7 | acidi carb oss ilici ed Es teri 648 Acidi carbossilici 648 Esteri 649 16.8 | Amm ine 652 16.9 | nomencl atura Or ganica 653 Alcani 653 Alcheni ed alchini 653 Idrocarburi aromatici 654 Altre convenzioni di nomenclatura 654 Sommario 655 Parole chiave 655 Quesiti e problemi 656 17 Biochimica 662 17.1 | Proteine 665 Composizione delle proteine 665 Idrolisi delle proteine 672 Struttura delle proteine 674 Denaturazione delle proteine 679 17.2 | acidi Nucl eici 679 Struttura degli acidi nucleici 680 L’acido deossirbonucleico e la replicazione 683 Acido ribonucleico, trascrizione e traduzione 684 17.3 | Carb oidrati 688 Carboidrati semplici 689 Carboidrati complessi 691 17.4 | Lipidi 695 Sommario 700 Parole chiave 701 Quesiti e problemi 701 Appendici A-1 A | Inform azioni di riferimento utili A -1 B | strumenti matematici A -3 C | Soluzioni dei pr obl emi pr atici A -4 D | Soluzioni di quesiti e pr obl emi selezionati A -9
