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Esercizi sui legami chimici

Atomi, molecole e legami chimici

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Esercizi sui legami chimici

Questo articolo presenta un insieme di 11 esercizi sui legami chimici, concepiti per studenti di chimica, biologia, ingegneria e fisica, nonché per coloro che intendono approfondire le proprie conoscenze in preparazione agli esami di chimica generale e inorganica.

Curato da Nicolò Gullo e revisionato da Joan Pasqual Guilabert, il materiale proposto si distingue per il rigore scientifico e la chiarezza espositiva, affrontando tematiche fondamentali quali:

  • Meccanica quantistica: analisi dell’energia e della massa dei fotoni attraverso le equazioni di Planck e De Broglie.
  • Isotopia e peso atomico: determinazione della distribuzione isotopica e del peso atomico medio.
  • Configurazione elettronica: assegnazione degli elettroni negli orbitali atomici in base ai principi di Aufbau, Pauli e Hund.
  • Numeri quantici: identificazione e descrizione delle caratteristiche quantiche degli elettroni di valenza.
  • Proprietà atomiche e ioniche: valutazione del potenziale di ionizzazione, della carica nucleare effettiva e del raggio atomico.

Questi esercizi sui legami chimici offrono un’opportunità di applicazione concreta delle leggi fondamentali della chimica e della fisica, fornendo un supporto essenziale per l’analisi del comportamento atomico e subatomico.

Per un approfondimento teorico, si invita alla consultazione dell’articolo completo sui legami chimici.

 

Esercizi sui legami chimici: autori e revisori

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Autore: Nicolò Gullo .  


 

Esercizi sui legami chimici: testi degli esercizi

 

Esercizio 1 (\bigstar\bigstar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar). Calcolare l’energia reticolare del bromuro di potassio sapendo che questo composto ha la stessa struttura del NaCl e che la distanza tra uno ione \text{K}^+ e uno ione \text{Br}^- è 330 \, \text{pm}.

Svolgimento.

Per risolvere l’esercizio, possiamo applicare la seguente formula:

\[ E_r = -M \frac{N z^2}{4 \pi \varepsilon_0 d} \]

dove

  • M è la costante di Madelung, dipendente dal tipo di struttura cristallina e dal numero di coordinazione dei singoli ioni;
  • N è il numero di Avogadro;
  • z è la carica dello ione;
  • \varepsilon_0 è la costante dielettrica nel vuoto;
  • d è la distanza tra gli ioni.

Poiché il KBr e il NaCl hanno la stessa struttura cristallina, il valore della costante di Madelung sarà lo stesso, M = 1{,}748, per cui:

\[\boxcolorato{chimica}{ E_r = -1{,}748 \frac{\left( 6{,}02 \cdot 10^{23} \, \text{mol}^{-1} \right) \cdot \left( 1{,}6 \cdot 10^{-19} \, \text{C} \right)^2}{4 \cdot 3{,}14 \cdot \left( 8{,}85 \cdot 10^{-12} \, \text{C}^2 \, \text{m}^{-1} \, \text{J}^{-1} \right) \cdot \left( 330 \cdot 10^{-12} \, \text{m} \right)} = -734 \, \text{kJ} \cdot \text{mol}^{-1}}\]

 

Esercizio 2 (\bigstar\bigstar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar). Determinare la formula delle seguenti sostanze ioniche

  1. cloruro di calcio
  2. solfuro di sodio
  3. ossido di alluminio.

Svolgimento.

Per ricavare le formule di queste sostanze bisogna tenere conto del fatto che ogni composto deve essere elettricamente neutro. Dalla posizione degli elementi nella tavola periodica è possibile dedurre quale configurazione elettronica di gas nobile sarà raggiunta e quindi si può vedere la carica dello ione corrispondente.

1) Cloruro di calcio

Il cloro appartiene al gruppo 17 (VII A) per cui tenderà ad assumere la configurazione elettronica dell’argon diventando \text{Cl}^-. Il calcio invece, appartenendo al gruppo 2 (II A), tenderà a perdere due elettroni dando il catione \text{Ca}^{2+}.

Per bilanciare la carica del \text{Ca}^{2+} occorreranno due ioni \text{Cl}^-. La formula del composto sarà quindi \text{CaCl}_2.

2) Solfuro di sodio

Lo zolfo appartiene al gruppo 16 (VI A) per cui tenderà ad acquistare due elettroni dando lo ione \text{S}^{2-}. Il sodio appartiene al gruppo 1 (I A) e darà lo ione \text{Na}^+.

Per bilanciare la carica dello ione \text{S}^{2-} occorreranno due ioni \text{Na}^+. La formula del composto sarà quindi \text{Na}_2\text{S}.

3) Ossido di alluminio

L’ossigeno appartiene al gruppo 16 (VI A) e darà lo ione \text{O}^{2-}, mentre l’alluminio, che appartiene al gruppo 13 (III A), darà luogo al catione \text{Al}^{3+}.

Occorreranno due ioni \text{Al}^{3+} per bilanciare la carica dei tre ioni \text{O}^{2-} per cui la formula sarà \text{Al}_2\text{O}_3.

 

Esercizio 3 (\bigstar\bigstar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar). Scrivere la formula di struttura dell’acido nitroso, HNO_2

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