Chimica Generale ed Organica: Struttura Atomica, Legami, Stati della Materia e Composti Organici

Flashcard di vocabolario per lo studio dei concetti fondamentali trattati nelle lezioni di chimica: reazioni dei composti aromatici, alogenuri alchilici, struttura atomica, legami chimici, stati di aggregazione e leggi dei gas.

Sostituzione elettrofila aromatica (SEA)

Principale reazione dei composti aromatici in cui una specie elettrofila si lega all'anello provocando l'apertura temporanea di un doppio legame; successivamente viene espulso uno ione $H^+$ per ristabilire l'aromaticità originaria a tre doppi legami.

Catione nitronio ($NO_2^+$)

Specie elettrofila carica positivamente generata nella reazione di nitrazione del benzene mediante l'azione dell'acido solforico ($H_2SO_4$) come catalizzatore sull'acido nitrico ($HNO_3$).

Alchilazione di Friedel-Crafts

Reazione di sostituzione elettrofila aromatica che introduce un gruppo alchilico ($R$) sull'anello benzenico facendo reagire il benzene con un alogenuro alchilico ($R-X$) in presenza di un catalizzatore acido di Lewis (come $AlCl_3$).

Gruppi orto-para orientanti attivanti

Sostituenti come $-OH$, $-OR$, $-NH_2$ e $-R$ che donano densità elettronica all'anello benzenico, rendendolo più reattivo verso la SEA senza richiedere catalizzatore e orientando il nuovo sostituente nelle posizioni orto e para.

Gruppi meta orientanti

Sostituenti elettron-attrattori come $-NO_2$, $-CH=CH_2$, $-CHO$ e $-COOH$ che stabilizzano e disattivano l'anello benzenico, orientando l'attacco elettrofilo in posizione meta e richiedendo l'uso di un catalizzatore.

Alogenuri alchilici ($R-X$)

Composti organici versatili ed economici in cui un atomo di carbonio con ibridazione $sp^3$ è legato covalentemente a un atomo di alogeno ($X = F, Cl, Br, I$), utilizzati ampiamente come precursori per sintetizzare alcheni, alcoli ed eteri.

Alogenuro alchilico primario ($1^\nu$)

Alogenuro alchilico in cui l'atomo di carbonio direttamente legato all'alogeno è a sua volta legato a un solo altro atomo di carbonio.

Regola di Markovnikov

Regola che governa l'addizione elettrofila di acidi alogenidrici ($HX$) ad alcheni, stabilendo che si forma sempre il carbocatione più stabile (più interno) e lo ione $H^+$ si lega al carbonio del doppio legame con il numero più basso di sostituenti.

Reazione $S_N2$

Sostituzione nucleofila bimolecolare di secondo ordine che avviene in un unico stadio a singolo profilo di reazione, caratterizzata dall'attacco diretto del nucleofilo e tipica degli alogenuri metilici e primari.

Reazione $S_N1$

Sostituzione nucleofila monomolecolare con profilo a doppio stadio, in cui l'alogenuro genera prima un intermedio carbocatione (stadio lento) che subisce poi l'attacco del nucleofilo debole; è favorita negli alogenuri alchilici terziari.

Deidroalogenazione (Eliminazione)

Reazione in cui un atomo di idrogeno e un alogeno situati su atomi di carbonio adiacenti vengono rimossi da un alogenuro alchilico, portando alla formazione di un doppio legame carbonio-carbonio ($C=C$) e generando un alchene.

Numero atomico ($Z$)

Grandezza esclusiva di ciascun elemento chimico che corrisponde al numero esatto di protoni presenti nel nucleo atomico e ne determina la posizione sequenziale nella tavola periodica.

Numero di massa ($A$)

Somma complessiva del numero di protoni e del numero di neutroni (nucleoni) contenuti nel nucleo atomico, formalizzata dall'equazione $A = Z + n^0$.

Livello di valenza

Livello energetico più esterno occupato dagli elettroni in un atomo, responsabile principale delle proprietà chimiche e della reattività dell'elemento.

Principio di indeterminazione di Heisenberg

Principio della fisica quantistica che afferma l'impossibilità di conoscere simultaneamente con precisione assoluta la quantità di moto e la posizione di un elettrone in moto attorno al nucleo.

Orbitale atomico

Regione tridimensionale dello spazio attorno al nucleo caratterizzata da punti con un'elevata probabilità (circa $88,5\%$ - $90\%$) di trovare l'elettrone.

Numero quantico angolare ($l$)

Numero quantico che definisce la forma geometrica dell'orbitale atomico; può assumere tutti i valori interi compresi tra $0$ e $n - 1$ ($s$ sferico, $p$ bilobato, $d$ plurilobato, $f$ esalobato).

Idrossidi

Composti ionici a carattere basico (secondo Arrhenius) formati dall'unione stechiometrica tra un catione metallico e uno o più ioni ossidrile ($OH^-$).

Idracidi

Composti binari a legame covalente formati dall'idrogeno combinato con un alogeno o non metallo (quali $HCl$, $HBr$, $HI$ e $HF$), capaci di dissociarsi liberando ioni $H^+$ in soluzione acquosa.

Regola dell'ottetto

Criterio di stabilità atomica secondo cui gli atomi tendono a perdere, acquistare o condividere elettroni per completare il proprio guscio esterno di valenza con un totale di $8$ elettroni.

Legame covalente puro (omopolare)

Legame chimico formato dalla condivisione simmetrica di coppie di elettroni tra atomi identici aventi differenza di elettronegatività nulla ($\Delta E = 0$).

Legame ionico

Legame intramolecolare forte che si instaura quando la differenza di elettronegatività è elevata ($\Delta E > 1,9$), caratterizzato dal trasferimento netto di elettroni da un metallo a un non metallo e dall'attrazione elettrostatica in un reticolo di ioni.

Teoria VSEPR

Modello di repulsione delle coppie elettroniche di valenza che consente di prevedere la geometria molecolare e l'ibridazione dell'atomo centrale minimizzando la repulsione reciproca tra i domini elettronici.

Legame metallico

Legame che si forma tra atomi metallici uguali, costituito da un reticolo rigido di soli cationi fissi immersi in una nuvola diffusa di elettroni mobili ('mare di Fermi').

Forze di London

Interazioni intermolecolari deboli a corto raggio causate dall'attrazione tra un dipolo istantaneo e un dipolo indotto temporaneo; rappresentano l'unica forza attrattiva possibile tra molecole apolari.

Legame a idrogeno

Interazione elettrostatica intermolecolare dipolo-dipolo particolarmente intensa, che si forma esclusivamente quando l'idrogeno è legato covalentemente ad atomi di volume piccolo e fortemente elettronegativi come fluoro, ossigeno o azoto ($F, O, N$).

Solvatazione

Processo fisico-chimico in cui le molecole di un solvente polare circondano, separano e stabilizzano le particelle cariche o polari del soluto; prende il nome specifico di idratazione quando il solvente è l'acqua.

Polimorfismo

Fenomeno per cui una medesima sostanza chimica può dare origine, a differenti temperature di cristallizzazione, a strutture reticolari cristalline completamente distinte (come nel caso di grafite e diamante per il carbonio).

Viscosità

Proprietà dello stato liquido che quantifica la resistenza interna offerta dal fluido allo scorrimento reciproco dei propri strati, dipendente direttamente dall'intensità delle forze intermolecolari.

Tensione superficiale

Forza per unità di lunghezza che agisce sulla superficie libera di un liquido, originata dalla forza di coesione non bilanciata diretta verso l'interno che attrae le molecole superficiali verso il corpo del fluido.

Principio di Avogadro

Principio dei gas secondo cui volumi identici di gas differenti, misurati nelle medesime condizioni di temperatura e pressione, racchiudono esattamente lo stesso numero di molecole.

Volume molare dei gas (condizioni normali)

Volume pari a $22,414\,\text{L}$ occupato da esattamente $1\,\text{mol}$ di qualsiasi gas ideale alla temperatura di $0\,^\circ\text{C}$ ($273\,\text{K}$) e alla pressione di $1\,\text{atm}$.

Legge di Boyle

Legge termodinamica dei gas validata per trasformazioni isoterme ($T = \text{costante}$), la quale stabilisce che il prodotto tra pressione e volume di un gas ideale rimane costante: $P \cdot V = \text{costante}$.

Legge di Charles

Legge dei gas a pressione costante ($P = \text{costante}$, isobara) secondo cui il volume occupato da un gas è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta: $\frac{V}{T} = \text{costante}$.

Legge di Gay-Lussac

Legge dei gas a volume costante ($V = \text{costante}$, isocora) secondo la quale la pressione esercitata da un gas ideale è direttamente proporzionale alla sua temperatura assoluta: $\frac{P}{T} = \text{costante}$.

Equazione di stato dei gas perfetti

Relazione unificata delle leggi dei gas formulata come $P \cdot V = n \cdot R \cdot T$, dove $R$ rappresenta la costante universale dei gas pari a $0,0821\,\text{L}\cdot\text{atm}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$.

Struttura 'a sandwich' del benzene

Configurazione elettronica del benzene ($C_6H_6$) in cui l'anello esagonale planare formato da sei carboni ibridati $sp^2$ è racchiuso superiormente e inferiormente da due nubi continue di elettroni $\pi$ delocalizzati.