Chimie

Flacoane Ranvier care conțin substanțe obținute prin procese chimice

„Nimic nu este creat, nimic nu este distrus, dar totul este transformat”.

Chimia (din kemà , cartea secretelor artei egiptene, din care arabul " al-kimiaa " "الكيمياء") este știința care studiază compoziția materiei la nivel molecular și comportamentul acesteia pe baza acestei compoziții ^[2] , numit și „ știința centrală ” (în engleză „știința centrală”) deoarece conectează celelalte științe ale naturii , cum ar fi „ astronomia , fizica , biologia și geologia . ^[3] ^[4]

Descriere

Chimia a interesat, tot din motive practice derivate din aplicațiile sale tehnologice , nenumăratele populații ale umanității din cele mai vechi timpuri. Din secolul al II-lea î.Hr. alchimia a dezvoltat, începând din Egiptul Ptolemaic , un set de cunoștințe despre materie și transformările sale legate de convingerile filosofice și ezoterice ; de la aceasta a derivat chimia modernă (în urma revoluției științifice și mai precis a revoluției chimice de la sfârșitul secolului al XVIII-lea ). Chiar și în perioada următoare, chimia a continuat să evolueze, deoarece tot mai multe descoperiri noi și-au extins domeniile de interes și metodele utilizate.

Obiectele de studiu ale chimiei sunt în principal:

proprietățile constituenților materiei ( atomilor );
proprietățile entităților moleculare , de exemplu ioni sau molecule , constând din atomi unici sau combinația mai multor atomi;
proprietățile speciilor chimice (fiecare dintre acestea fiind caracterizată de un tip specific de entitate moleculară și de proprietăți particulare care o disting de alte specii chimice);
proprietățile amestecurilor și materialelor constând din una sau mai multe specii chimice.

Acest studiu al materiei nu se limitează la proprietățile și structura sa la un moment dat, ci privește și transformările sale, numite reacții chimice (care implică ruperea legăturilor care țin împreună atomii aparținând aceleiași entități moleculare și formarea de noi legături.să dea naștere la noi entități moleculare). ^{[N 1]}

Efectele acestor proprietăți și interacțiunile dintre componentele materiei asupra celor ale obiectelor și materiei cu care ne ocupăm în mod obișnuit și relațiile dintre ele sunt, de asemenea, studiate, ceea ce determină o largă importanță practică a acestor studii. Prin urmare, este un domeniu de studiu foarte larg, ale cărui sectoare sunt în mod tradițional împărțite în funcție de tipul de subiect pe care îl tratează sau tipul de studiu.

Cunoașterea structurii electronice a atomilor este baza chimiei convenționale, în timp ce cunoașterea structurii nucleului atomic și a transformărilor sale spontane și induse este baza chimiei nucleare .

Istorie

Același subiect în detaliu: Istoria chimiei .

Laborator alchimic (ilustrare de Pieter Bruegel cel Bătrân ).

Au existat două școli principale de gândire ale filozofiei naturale dezvoltate de greci : Democrit a susținut că natura a fost formată din corpusculi indivizibili ( atomi ) care se unesc și se separă într-un spațiu gol, în timp ce Aristotel a emis ipoteza structurii continue a materiei rezultată din combinația de elemente apă , aer , pământ și foc .

Între secolele al II - lea și al V-lea d.Hr. s-a dezvoltat alchimia în Alexandria din Egipt , care și-a păstrat originile filosofice combinate cu o puternică conotație ezoterică . În acest context, alchimistul , sau „magicianul natural”, s-a plasat ca intermediar între macrocosmos și microcosmos , divin și uman. Au existat două obiective fundamentale ale alchimiștilor, care trebuie atinse cu ajutorul pietrei filosofale : transmutarea metalelor în aur , care corespundea, de asemenea, înălțării spre perfecțiunea calităților spirituale umane și posibilitatea vindecării tuturor tipurilor de boli și crearea vieții. ^[2] În secolul al XVI-lea ramura numită iatrochimie și-a asumat propria autonomie, care a avut contribuții majori în Paracelsus și Jean Baptiste van Helmont și care și-a propus să coreleze procesele chimice care apar în organismul uman cu stările patologice și cu posibilele remedii .

Bazele dezvoltării chimiei moderne au stat în secolul al XVII-lea , cu prima definiție a reacțiilor chimice (în Tyrocinium Chymicum a lui Jean Béguin ) și dezvoltarea treptată a metodei experimentale, datorită mai multor oameni de știință, printre care se remarcă Robert Boyle . Bazinul hidrografic simbolic dintre alchimie și chimie poate fi considerat anul 1661 , odată cu lansarea cărții The Boy sceptic chimic (The Skeptical Chymist), în care conceptele sunt introduse element chimic și compus chimic . ^[5]

Ulterior, opera lui Antoine Lavoisier , care a fost primul care a enunțat legea conservării masei și a infirmat teoria flogistului , a marcat depășirea definitivă a alchimiei. În 1807, Jöns Jacob Berzelius a fost unul dintre primii care a folosit termenul „ chimie organică ” în referință la chimia care a caracterizat compușii produși de regnul animal , spre deosebire de cei de origine minerală și care aparțin chimiei anorganice ; Friedrich Wöhler va demonstra în 1828 că compușii organici pot fi obținuți și prin sinteză în laborator, reușind să sintetizeze ureea pornind de la substanțe anorganice.

În 1869, Dmitrij Mendeleev și Julius Lothar Meyer au ordonat elementele chimice aranjându-le în cadrul tabelului periodic , ordonate în funcție de greutatea lor atomică . În 1937 , italianul Emilio Segrè a descoperit tehneciul , primul element chimic artificial, iar în anii următori vor fi sintetizate artificial multe alte elemente noi care vor îmbogăți tabelul periodic.

Principalele concepte de chimie

Atomi și molecule

Același subiect în detaliu: Atom , moleculă și tabelul periodic al elementelor .

O formă moleculară singulară de carbon: fullerena

Cristale de sulfat de cupru (II)

În natură există 92 de elemente și la acestea se adaugă (deocamdată) alte 28 create artificial. Fiecare dintre ele corespunde unui atom cu un anumit număr de protoni și are structură și proprietăți diferite.

Când atomii se combină între ei, se generează molecule . ^[6] Acestea din urmă pot fi alcătuite din atomi identici, formând ceea ce sunt definite ca substanțe simple (de exemplu N ₂ , O ₂ și S ₈ ), în timp ce moleculele formate din atomi diferiți sunt caracteristice substanțelor compuse ( de exemplu , de exemplu , H ₂ O , C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ și H ₂ SO ₄ ).

„ Alunița ” este utilizată pentru a indica cantitatea de substanță. ^[7] Un mol de substanță este alcătuit dintr-un număr de entități moleculare (de exemplu atomi sau molecule) egale cu valoarea numerică a constantei Avogadro (6,02214179 x 10 ²³ ) ^[8] . Având în vedere că un mol de apă cântărește aproximativ 18 grame , este ușor de înțeles că materia din jurul nostru este alcătuită dintr-un număr imens de particule elementare.

Legături chimice și forțe de atracție intermoleculare

Același subiect în detaliu: Chemical Bond și Van der Waals Force .

Atomii se pot lega împreună, iar forța electrostatică care îi leagă împreună se numește legătură chimică . Această legătură, caracterizată printr-o intensitate diferită în raport cu compusul pe care îl dă naștere, este fundamentală în conferirea reactivității și stabilității specifice a compusului în sine, precum și în determinarea structurii și geometriei sale moleculare caracteristice.

Există, de asemenea, forțe intermoleculare, de intensitate mai mică decât legătura chimică, care atrag atomi și molecule unul către celălalt. Aceste forțe au originea a ceea ce se numește în mod obișnuit legătură chimică secundară și joacă un rol important în determinarea stării de agregare a unei substanțe pentru anumite condiții de temperatură și presiune . Ei sunt, de asemenea, responsabili de structura secundară , terțiară și cuaternară a proteinelor .

State și agregarea materiei

Același subiect în detaliu: starea materiei , faza (chimia) și amestecul (chimia) .

Compușii chimici pot apărea în diferite stări de agregare , inclusiv solid , lichid , gazos și în final plasmă .

Temperatura unui corp este direct legată de mișcarea microscopică (sau mai bine de energia cinetică microscopică) ^{[N 2]} a particulelor elementare (molecule): în special la temperatură scăzută moleculele sunt atrase una de cealaltă prin legături mai energetice, astfel încât singura mișcare la care pot fi supuși este cea vibrațională; starea materiei asociată cu această condiție este starea solidă .

Pe măsură ce temperatura crește, moleculele dobândesc energie deoarece sunt legate de legături mai puțin energetice, astfel că au capacitatea de a exprima trei tipuri de mișcare: translațională, rotațională și vibrațională; starea materiei asociată cu această afecțiune este starea lichidă .

O creștere suplimentară a temperaturii slăbește și mai mult legăturile dintre molecule, astfel încât distanțele dintre molecule și, prin urmare, volumul ocupat de întregul sistem crește în continuare; ^{[N 3]} starea materiei asociate cu această afecțiune este starea aeriformă .

În cele din urmă, ionizând un gaz, obținem plasmă , despre care se crede că reprezintă 99% din materia din Univers .

De asemenea, vorbim de „ fază ” pentru a indica o porțiune omogenă a unui sistem termodinamic . În funcție de starea de agregare, vorbim de „fază solidă”, „fază lichidă” sau „fază gazoasă”. Conceptele de „fază” și „stare de agregare” nu trebuie confundate: de fapt un sistem poate fi într-o anumită stare de agregare, dar poate avea mai multe faze. Un exemplu este dat de lichidele nemiscibile (cum ar fi apa și uleiul ), care au aceeași stare de agregare (adică lichidă), dar sunt relevante pentru două faze distincte (de fapt, uleiul, dacă este turnat într-un recipient care conține apă, formează un strat pe suprafața lichidului, împărțit îngrijit de apa de dedesubt).

Prin urmare, un sistem compus dintr-o singură fază este omogen , în timp ce un sistem compus din mai multe faze este eterogen .

Compuși chimici și amestecuri

Același subiect în detaliu: compus chimic .

Când atomii sunt legați împreună în proporții definite și constante, se obțin compuși chimici . De exemplu, apa este un compus chimic reprezentat de industria chimica formula H ₂ O, care este format de hidrogen și atomi de oxigen într - un raport de 2: 1. Compușii, pe lângă faptul că au o compoziție chimică diferită de substanțele originale care i-au produs, au și proprietăți chimice și fizice diferite față de aceste substanțe.

Sistemele constând din mai multe substanțe chimice (simple sau compuse) se numesc amestecuri . ^[9] ^{[N 4]} Substanțele care alcătuiesc un amestec se numesc „constituenți”. ^[9] Amestecurile pot fi la rândul lor omogene sau eterogene. Un tip particular de amestec omogen sunt soluțiile , formate dintr-un solvent (constituent prezent într-o cantitate mai mare) și unul sau mai mulți substanțe dizolvate (constituent prezent într-o cantitate mai mică).

Reacții chimice

Același subiect în detaliu: Reacția chimică .

Reacție chimică între acidul clorhidric și amoniac , cu producția de clorură de amoniu .

O reacție chimică este un proces chimic prin care atomii, ionii sau moleculele care alcătuiesc substanțele inițiale (numite reactanți ) interacționează între ele, dând naștere substanțelor finale (numite produse ). Compoziția și proprietățile fizico-chimice ale produselor sunt diferite de cele ale reactanților.

Reactanții iau parte la reacție conform unor rapoarte de masă bine stabilite, pe bazacoeficientului lorstoichiometric ; stoechiometria de reacție permite calcularea cantității teoretice de produse obținute ^{[N 5]} .

O reacție care apare prin producerea căldurii se numește exotermă , în timp ce o reacție care are loc prin absorbția căldurii din mediul extern se numește endotermă .

În timp ce termochimia ne permite să stabilim dacă o anumită reacție poate apărea spontan în anumite condiții, cinetica chimică se preocupă de analiza mecanismului de reacție și de a determina dacă o anumită reacție chimică poate avea o viteză de reacție acceptabilă. Multe reacții spontane nu ar avea loc fără prezența unui catalizator , tocmai pentru că altfel ar avea o viteză foarte mică. Prezența catalizatorului este necesară pentru a depăși un „perete” energetic care împiedică reacția să aibă loc. Odată ce reacția a început, poate, în anumite cazuri, să se „autoalimenteze”, astfel încât prezența catalizatorului nu mai este necesară dintr-un anumit moment. Un mecanism similar are loc în reacțiile de ardere : acestea au nevoie, de fapt, de o aprindere inițială (de exemplu, o scânteie), dar odată ce combustia a început, se produce căldură care auto-alimentează reacția în sine.

Câteva exemple de reacții chimice sunt:

Reduceri de oxid

de exemplu: K ₂ Cr ₂ O ₇ + 6 FeSO ₄ + 7 H ₂ SO ₄ → Cr ₂ (SO ₄ ) ₃ + K ₂ SO ₄ + 3 Fe ₂ (SO ₄ ) ₃ + 7 H ₂ O

Reacții acido-bazice

de exemplu: NaOH + HCl → NaCl + H ₂ O

Descompunere

de exemplu: CaCO ₃ → CaO + CO ₂

Dublu schimb

de exemplu: KCl + NH ₄ NO ₃ → KNO ₃ + NH ₄ Cl

Precipitare

de exemplu: AgNO ₃ + NaCl → NaNO ₃ + AgCl ↓

Complexitate

de exemplu: CuCl ₂ + NH ₃ → [Cu (NH ₃ ) ₄ ] Cl ₂

Reacții organice

de exemplu acetilarea acidului salicilic cu anhidridă acetică pentru a forma acid acetilsalicilic și acid acetic :

C ₇ H ₆ O ₃ + C ₄ H ₆ O ₃ → C ₉ H ₈ O ₄ + C ₂ H ₄ O ₂

Săgeata spre dreapta (→) indică direcția în care are loc reacția. În acest caz, este, de asemenea, necesar să se specifice condițiile în care funcționează (inclusiv temperatura și presiunea ), deoarece reacția inversă (adică de la dreapta la stânga) poate fi favorizată pentru anumite condiții. În cel mai general caz, reactanții (primul membru) și produsele (al doilea membru) sunt separate prin semnul " $\rightleftarrows$ ${\ displaystyle \ rightleftarrows}$ ${\ displaystyle \ rightleftarrows}$ „care indică reversibilitatea reacției.

Simbolul săgeții în jos (↓) indică o substanță precipitată ca un corp inferior. Cu toate acestea, precipitațiile nu apar dacă condițiile în care este operată sunt de natură să facă solubilitatea produsului în soluție suficient de ridicată. În notația chimică, simbolul unei săgeți în sus (↑) este de asemenea folosit uneori, indicând faptul că produsul este gazos în condițiile în care are loc reacția.

Echilibru chimic

Același subiect în detaliu: Echilibrul chimic .

Echilibrul chimic este o condiție de echilibru dinamic care apare atunci când produsele unei reacții chimice reacționează la rândul lor, reformând reactanții de pornire.

O reacție de echilibru este indicată prin utilizarea săgeților duble îndreptate în direcția opusă ( $\rightleftharpoons$ ${\ displaystyle \ rightleftharpoons}$ $\ rightleftharpoons$ ), în loc să utilizați săgeata clasică care indică de la reactivi spre produse. Un exemplu este următorul:

aA+bB\rightleftharpoons cC+dD

{\ displaystyle aA + bB \ rightleftharpoons cC + dD}

aA + bB \ rightleftharpoons cC + dD

În teorie, toate reacțiile chimice pot fi considerate echilibru, dar în practica obișnuită, cele caracterizate printr-o valoare constantă de echilibru foarte mare sunt considerate reacții de „finalizare” (adică au loc într-o singură direcție). Constanta de echilibru K este definită de raportul operației de multiplicare a concentrațiilor substanțelor produse, fiecare ridicat la coeficientul său stoichiometric, în raport cu operația de multiplicare a concentrațiilor substanțelor care reacționează. Având în vedere exemplul anterior de doi reactanți și două produse, relația se menține:

K={\frac {[C]^{c}[D]^{d}}{[A]^{a}[B]^{b}}}

{\ displaystyle K = {\ frac {[C] ^ {c} [D] ^ {d}} {[A] ^ {a} [B] ^ {b}}}}

K = {\ frac {[C] ^ {c} [D] ^ {d}} {[A] ^ {a} [B] ^ {b}}}

Constanta de echilibru K este o constantă în condiții de temperatură constantă (și presiune constantă, în cazul gazelor ). Constanta de echilibru poate fi exprimată și în termeni de raporturi între presiuni parțiale sau chiar fracții molare . ^[10]

Legile chimiei și fizicii

Animație care explică legea Boyle-Mariotte

Animație care explică prima lege Gay-Lussac

Toate reacțiile chimice și transformările fizice au loc conform legilor fizico-chimice. Mai jos este o listă a afirmațiilor unor legi de o importanță deosebită în domeniul chimiei.

Legile gazelor
- Legea gazului ideal : raportează funcțiile de stare , cantitatea de substanță, presiunea , volumul și temperatura unui gaz ideal .
- Legea presiunilor parțiale : presiunea totală exercitată de un amestec ideal de gaze ideale este egală cu suma presiunilor parțiale care ar fi exercitate de gaze dacă acestea ar fi prezente singure într-un volum egal.
- Legea Boyle-Mariotte : în condiții de temperatură constantă, presiunea unui gaz este invers proporțională cu volumul acestuia.
- Prima lege a lui Gay-Lussac : în condiții de presiune constantă, volumul unui gaz crește liniar cu creșterea temperaturii.
- A doua lege a lui Gay-Lussac : în condiții de volum constant, presiunea unui gaz crește liniar cu creșterea temperaturii.
- Legea Van der Waals : raportează funcțiile de stare, cantitatea de substanță, presiunea, volumul și temperatura unui gaz real .
- Legea lui Henry : la temperatura constantă, cantitatea de gaz care trece în soluție într-un lichid dat este direct proporțională cu presiunea parțială a gazului în echilibru cu lichidul în sine.
Citiți-le
- Legea conservării masei sau legea lui Lavoisier: într-o reacție chimică, masa reactanților este exact egală cu masa produselor.
- Legea proporțiilor definite sau legea lui Proust: într-un anumit compus chimic în stare pură, elementele care îl formează stau împreună în proporții definite și constante de masă.
- Legea proporțiilor multiple sau legea lui Dalton: atunci când două elemente se combină în moduri diferite pentru a forma compuși diferiți, o anumită masă a unui element se combină cu masele celuilalt care se află între ele într-o relație care poate fi exprimată cu fracții simple.
Legea acțiunii în masă : viteza unei reacții chimice este proporțională cu concentrația substanțelor care participă la aceasta.
Principiul lui Le Châtelier : fiecare sistem în echilibru tinde să reacționeze la o schimbare impusă asupra sa din exterior, minimizând efectele sale.
Legea lui Raoult : raportează presiunea de vapori a unui lichid în soluție cu presiunea sa de vapori în stare pură și concentrația sa în termeni de fracție molară .
Legea lui Hess : schimbarea entalpiei unei reacții chimice este independentă de calea intermediară prin care produsele sunt obținute din reactanți.
Legea Debye-Hückel : definește coeficientul mediu de activitate al soluțiilor de electroliți .
Legea mobilității independente a ionilor : conductanța echivalentă a unei soluții a unui electrolit la diluție infinită este egală cu suma mobilității cationului și a anionului din care este format electrolitul, mobilitate care la diluarea infinită nu influențează fiecare alte.
Legea Lambert-Beer : raportează cantitatea de lumină absorbită de o substanță cu natura sa chimică, concentrația sa și grosimea mediului prin care trece.

Mecanica cuantică

Același subiect în detaliu: mecanica cuantică .

Mecanica cuantică a fost sectorul chimiei fizice (o disciplină mărginită cu fizica ) care a dat cel mai mare impuls dezvoltării chimiei moderne, explicând structura și caracteristicile atomilor și creând premisele de bază pentru tratamentul matematic al legăturii chimice.

Ideea inițială a fost dată de De Broglie, care în 1924 a emis ipoteza posibilității de a asocia o particulă în mișcare, cum ar fi electronul, cu o undă de lungime de undă. $\lambda$ ${\ displaystyle \ lambda}$ $\ lambda$ se poate obține din relația:

\lambda ={h \over \ mv}

{\ displaystyle \ lambda = {h \ over \ mv}}

\ lambda = {h \ over \ mv}

unde este $h$ ${\ displaystyle h}$ $h$ reprezintă constanta Planck în timp ce produsul $m v$ ${\ displaystyle mv}$ $mv$ este impulsul . Prin urmare, conform lui De Broglie, o particulă în mișcare are o natură de undă corpusculară dublă și cu cât masa este mai mică , cu atât este mai mare lungimea de undă a undei asociate cu masa însăși: cu titlu de exemplu pentru un electron (masa 9 x 10 ⁻³¹ kg și viteza de rotație în jurul miezului de 2 x 10 ⁶ m / s ) obținem o $\lambda$ ${\ displaystyle \ lambda}$ $\ lambda$ = 3,68 Å , în timp ce un balon cântărind 500 g care se deplasează la o viteză de 30 m / s corespunde unei unde cu $\lambda$ ${\ displaystyle \ lambda}$ $\ lambda$ = 4,4 x 10 ⁻³⁵ m.

În 1926, Erwin Schrödinger , bazat pe teoria lui De Broglie, a descris o ecuație (ecuația Schrödinger , de fapt) care reprezintă propagarea undei materiale tridimensionale asociate cu un electron care orbitează nucleul unui atom de tip hidrogen . Soluțiile matematice ale acestei ecuații constituie funcția de undă ; sunt acceptabile fizic toate acele funcții de undă ale căror numere cuantice ( n , l , m ) care le caracterizează sunt supuse regulilor de cuantizare dictate de mecanica cuantică. Orbitalul este definit formal ca proiecția funcției de undă pe baza poziției , adică reprezintă componenta spațială a funcției de undă. Conform principiului incertitudinii lui Heisenberg , nu este posibil să se cunoască poziția și impulsul electronului simultan cu aceeași precizie. Aproximativ, orbitalul este considerat regiunea spațiului în care probabilitatea (90%) de a găsi electronul este cea mai mare. Achiziționarea sau emiterea a ce energie este probabil ca electronul să treacă la niveluri de energie mai mari sau mai mici, respectiv.

Discipline fundamentale ale chimiei

Chimie anorganică

Același subiect în detaliu: Chimie anorganică .

Chimia anorganică se ocupă cu studiul compușilor anorganici , adică a compușilor care nu sunt formați din atomi de carbon (chiar dacă în realitate o clasă restrânsă de compuși ai carbonului este considerată anorganică) ^{[N 6]} . Se ocupă cu studiul legăturii chimice și al simetriei moleculelor ; el se concentrează pe caracterizarea structurală și energetică a solidelor cristaline și metalice . Chimia elementelor este descrisă sistematic, grupând elementele chimice în funcție de grupele din tabelul periodic . Reacțiile sunt studiate oxidare-reducere , acid-bazică și sinteza și caracterizarea compușilor de coordonare și a compușilor organometalici (care conțin o legătură metal-carbon) ^[2] . În cele din urmă, chimia bioinorganică se ocupă de rolul elementelor metalice în procesele vieții ^[11] .

Chimie organica

Același subiect în detaliu: Chimia organică .

Chimia organică studiază compușii carbonului . Sistematica grupează clasele de compuși organici pe baza prezenței anumitor grupe funcționale , studiind proprietățile lor chimico-fizice, metodele de sinteză și reacțiile caracteristice. Stereochimia și mecanismele de reacție sunt un domeniu fundamental de studiu în chimia organică. Această disciplină include, de asemenea, compuși aromatici , compuși ciclici cu stabilitate deosebită și biomolecule precum carbohidrați , aminoacizi , proteine , lipide și acizi nucleici ( ADN și ARN ). Polimerii organici sunt o clasă variată de compuși de mare interes industrial și cu aplicații practice diferite. Metodele fizice aplicate chimiei organice ( RMN , spectroscopie IR , spectrometrie de masă , spectroscopie UV ) permit recunoașterea principalelor grupe funcționale și a structurii moleculare.

Chimie Fizica

Același subiect în detaliu: chimia fizică .

Chimia fizică își propune să studieze și să descrie reacțiile și fenomenele chimice folosind metodologiile și instrumentele fizicii . Se studiază fazele materiei și tranzițiile de fază , cu accent pe legile care guvernează starea gazoasă , pe structura solidelor cristaline și pe diagramele de fază . Termodinamica este tratată în detaliu, precum și implicațiile sale în contextul reacțiilor chimice ( termochimie ), stabilind spontaneitatea sau nu a unei reacții pe baza calculului energiei libere a reacției Gibbs . Factorii capabili să influențeze echilibrul chimic și termodinamica amestecurilor și soluțiilor sunt analizați în mod similar. Partendo dalle basi della meccanica quantistica , si giunge a descrivere il legame chimico in modo rigoroso su basi matematiche.

Appositi modelli risultano utili nello studio del potenziale dovuto alle interazioni intermolecolari (legami chimici secondari). Dalla struttura atomica si passa alla struttura molecolare , determinata applicando l' approssimazione di Born-Oppenheimer . La spettroscopia e le varie tecniche spettroscopiche vengono trattate evidenziandone i fondamenti fisici, piuttosto che le applicazioni pratiche. Altro campo di studio della chimica fisica è rappresentato dai fenomeni di trasporto . L' elettrochimica si occupa dello studio dell'interconversione tra energia chimica ed energia elettrica e di tutto ciò che ne viene implicato. La cinetica chimica si occupa del calcolo della velocità di reazione e della formulazione dei singoli processi elementari di cui si compone una reazione ( meccanismi di reazione ), mentre la dinamica molecolare applica i principi della dinamica ai sistemi atomici e molecolari. Infine la fotochimica studia l'influenza della luce sulla reattività chimica .

Chimica analitica

Lo stesso argomento in dettaglio: Chimica analitica .

La chimica analitica applica un insieme di tecniche, strumentali e non, allo scopo di riconoscere e quantificare un dato analita . Nello specifico l' analisi qualitativa si occupa del riconoscimento della sostanza oggetto di indagine, mentre l' analisi quantitativa determina la quantità di sostanza presente in un dato campione . In passato l'analisi qualitativa era condotta manualmente in modo sistematico, sfruttando opportuni reattivi; oggigiorno le tecniche strumentali quali quelle spettroscopiche hanno soppiantato tale approccio sistematico e puramente manuale da parte dell'analista. Nell'ambito dell'analisi quantitativa invece convivono tecniche puramente affidate all'operatore, quali le classiche titolazioni , con svariate tecniche strumentali automatizzate. Queste ultime, come già detto, possono più comunemente essere spettroscopiche, cromatografiche , elettroanalitiche , o termiche (come l' analisi termica differenziale , la calorimetria differenziale a scansione , la termogravimetria ). Occorre sottolineare che la chimica analitica si occupa anche della corretta elaborazione statistica del dato analitico, nonché della qualità e affidabilità di tale dato.

Biochimica

Lo stesso argomento in dettaglio: Biochimica .

La biochimica studia i composti ei processi chimici che contraddistinguono gli organismi viventi . Essa si occupa della biosintesi delle biomolecole , del loro ruolo e funzionalità biologica: acidi nucleici e informazione genetica , proteine , lipidi e carboidrati . Studia inoltre gli enzimi e la catalisi enzimatica , fino a giungere alla cinetica di Michaelis-Menten . La biochimica si concentra sugli aspetti chimici del metabolismo , del trasporto di ossigeno tramite emoglobina e mioglobina , della respirazione cellulare , della fotosintesi clorofilliana , dell' omeostasi e della trasduzione del segnale all'interno delle cellule . I canali di membrana e le pompe ioniche consentono il passaggio di ioni e molecole attraverso la membrana cellulare . La biosintesi degli anticorpi e la loro interazione con l' antigene ha un ruolo fondamentale nell'ambito della risposta immunitaria .

Altre discipline

Applicazioni della chimica

Chimica e industria

Impianto di distillazione a doppio effetto

La chimica industriale si occupa della sintesi su vasta scala di prodotti chimici destinati a vari utilizzi, ottimizzando il rapporto costi / benefici dell'intero ciclo produttivo chimico. In particolare, disponendo delle opportune materie prime , tramite un insieme di processi realizzati all'interno di un impianto chimico , si giunge a ottenere semilavorati o prodotti finiti in grado di soddisfare le specifiche ei requisiti tecnici richiesti per il loro utilizzo pratico. A titolo di esempio, per indicare alcuni dei processi chimici industriali più noti, si cita il processo Haber-Bosch per la sintesi dell'ammoniaca e il processo Ostwald per la sintesi dell' acido nitrico . L' industria petrolchimica e dei polimeri sintetici è un altro vasto campo molto attivo.

Chimica e medicina

Il principio attivo di un farmaco rappresenta la molecola che possiede attività biologica

La chimica farmaceutica costituisce il campo di ricerca per la sintesi e applicazione terapeutica dei nuovi farmaci . Pone le sue basi sullo studio teorico delle proprietà chimico-fisiche delle molecole e sui modelli di interazione farmacologica con l'organismo. Si giunge quindi a formulare una conveniente strategia di sintesi, sfruttando anche l'approccio della chimica combinatoria , e il nuovo farmaco ottenuto può iniziare la fase di sperimentazione che se culminerà con esito positivo potrà permettergli l'immissione sul mercato. Oltre questi aspetti farmacologici, la chimica risulta un utile ausilio in medicina diagnostica grazie alla possibilità di effettuare appositi esami chimico clinici di laboratorio. Isotopi radioattivi vengono utilizzati in medicina nucleare .

Chimica e ambiente

La crescente sensibilità verso un basso impatto ambientale e la necessità di applicare politiche di sviluppo sostenibile hanno condotto alla nascita della cosiddetta chimica verde . Questa disciplina si propone di ridurre l'impatto dei processi chimici mettendo in pratica concetti quali l'utilizzo di materie prime ricavate da fonti rinnovabili , la riduzione di reflui e scarti, l'utilizzo di composti biosostenibili ed ecosostenibili . D'altra parte la chimica ambientale è focalizzata sullo studio del chimismo e biochimismo implicato nell'ambito ambientale: si interessa della chimica delle acque dolci e marine , della chimica del suolo e dell'atmosfera . Non si limita a comprendere i fondamenti chimici, ma estende il proprio campo di studio e ricerca ai fenomeni legati all' inquinamento e all'effetto dei tossici rilasciati in ambiente proponendosi di trovare un rimedio.

Chimica e beni culturali

La chimica applicata ai beni culturali si occupa dei materiali utilizzati in ambito artistico e delle tecniche analitiche, invasive e non, utilizzate per le indagini strumentali sulle opere d'arte ^[12] . Si interessa inoltre della datazione dei reperti, dei metodi di restauro e di conservazione. Studia i meccanismi ei fattori che contribuiscono al degrado dei manufatti artistici cercando di rimediare al loro effetto.

Filosofia della chimica

Lo stesso argomento in dettaglio: Filosofia della chimica .

Note

Annotazioni

^ Non bisogna confondere le trasformazioni di tipo chimico da quelle di tipo fisico. La differenza principale tra i due tipi di trasformazione risiede nell'entità delle interazioni che si realizzano tra i costituenti della materia: nel caso di rottura e/o creazione di legami meno energetici (quali ad esempio legami di van der Waals e forze di London ) si parla di trasformazione fisica (ad esempio miscelazione , assorbimento gas-liquido , distillazione , adsorbimento fisico ), mentre nel caso di rottura e/o creazione di legami più energetici (quali ad esempio legami covalenti e legami ionici) si parla di trasformazione chimica.
^ Si parla di energia cinetica microscopica per distinguerla dall'energia cinetica macroscopica. La prima compete al movimento di singole molecole, mentre la seconda compete al movimento del corpo nella sua globalità (ad esempio moto di traslazione e rotazione di un corpo rigido ).
^ All'aumentare della temperatura, il sistema aumenta il proprio volume, per qualsiasi tipo di stato (solido, liquido o aeriforme). L'aumento del volume (a parità di pressione e temperatura iniziale e finale) è però molto evidente negli aeriformi rispetto ai liquidi e più evidente nei liquidi rispetto ai solidi. Dal punto di vista quantitativo, l'aumento del volume può essere espresso dal coefficiente di dilatazione termica .
^ Esempi di miscele con cui abbiamo spesso a che fare sono: la cioccolata, la birra, l'aria, la benzina e le leghe metalliche.
^ Si parla di "quantitativo teorico" in quanto si tratta del massimo quantitativo ottenibile dal punto di vista termodinamico , cioè all' equilibrio . Nella pratica intervengono inoltre altri fenomeni, che vengono studiati nell'ambito della cinetica chimica (quali ad esempio la presenza di catalizzatori o inibitori della reazione).
^ Ad esempio, composti come il solfuro di carbonio , l' anidride carbonica , il monossido di carbonio ei carburi sono considerati inorganici.

Fonti

^ In Histoire et Dictionnaire de la Révolution Française , Parigi, Éditions Robert Laffont, 1998.
^ ^a ^b ^c Chimica , su treccani.it , Enciclopedia Treccani online. URL consultato il 28 aprile 2015 .
^ Theodore L. Brown, H. Eugene Lemay, Bruce Edward Bursten, H. Lemay. Chemistry: The Central Science . Prentice Hall; 8 edition (1999). ISBN 0-13-010310-1 . Pages 3-4.
^ Carsten Reinhardt. Chemical Sciences in the 20th Century: Bridging Boundaries . Wiley-VCH, 2001. ISBN 3-527-30271-9 . Pages 1-2.
^ The Cambridge Dictionary of Scientists .
^ IUPAC Gold Book, "molecule"
^ IUPAC Gold Book, "mole"
^ IUPAC Gold Book, "Avogadro constant"
^ ^a ^b IUPAC Gold Book, "mixture"
^ IUPAC Gold Book, "equilibrium constant"
^ Ivano Bertini e Paola Turano, Chimica bioinorganica , su treccani.it , Enciclopedia Italiana - VII Appendice (2006). URL consultato il 29 maggio 2015 .
^ Costanza Miliani, Il colore nella pittura: la chimica di pigmenti e coloranti ( PDF ), su ciam.unibo.it - sito web del Dipartimento di Chimica dell' Università di Bologna . URL consultato il 29 maggio 2015 (archiviato dall' url originale il 21 aprile 2015) .

Bibliografia

P. Atkins, L. Jones, Chemical Principles , su whfreeman.com . URL consultato il 21 marzo 2010 (archiviato dall' url originale il 3 gennaio 2010) . , 5th ed., WH Freeman, 2010.
IJ Solov'ev, L'Evoluzione del pensiero chimico - Dal '600 ai giorni nostri , su hoepli.it . , Mondadori, 1976.
( EN ) The Cambridge Dictionary of Scientists - "Boyle, Robert (1627 - 1691)" , Cambridge, Cambridge University Press, 2002.

Stampa specializzata

Voci correlate

Chimici illustri

Premio Nobel per la chimica

Atomi e molecole

La struttura dell'atomo
La tavola periodica degli elementi
Numero atomico , peso atomico , numero di massa
Elettronegatività , energia di ionizzazione e affinità elettronica
Metalli , non metalli , semimetalli , gas nobili
La molecola e la struttura molecolare
Gli ioni , anioni e cationi
I radicali
Formula chimica , isomeria , chiralità
IUPAC , nomenclatura chimica

Legami chimici e forze di attrazione

Composti chimici

Stati di aggregazione

Equilibrio chimico

Meccanica quantistica

Termodinamica

Cinetica chimica

Elettrochimica

Storia della chimica

Altre

Altri progetti

Wikiquote contiene citazioni sulla chimica
Wikibooks contiene testi o manuali di chimica
Wikizionario contiene il lemma di dizionario « chimica »
Wikiversità contiene risorse sulla chimica
Wikinotizie contiene notizie di attualità sulla chimica
Wikimedia Commons contiene immagini o altri file sulla chimica

Collegamenti esterni

Chimica , su Treccani.it – Enciclopedie on line , Istituto dell'Enciclopedia Italiana .
( IT , DE , FR ) Chimica , su hls-dhs-dss.ch , Dizionario storico della Svizzera .
( EN ) Chimica , su Enciclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
( EN , FR ) Chimica , su Enciclopedia canadese .
( EN ) Opere riguardanti Chimica , su Open Library , Internet Archive .
Corso di chimica generale ed inorganica , su corsochimica.altervista.org .
Guide sulla chimica, con stratagemmi Mnemonici per ricordarla meglio , su mnemochimica.it.
Glossario di chimica , su apertisverbis.it .
Articoli di chimica , su apertisverbis.it .
Società Chimica Italiana , su soc.chim.it .
Origine della parola "Chimica" , su icapsira.com . URL consultato il 12 gennaio 2007 (archiviato dall' url originale il 12 marzo 2007) .
Come un grande psicologo si è innamorato della Chimica , su ilpalo.com . URL consultato il 18 settembre 2007 (archiviato dall' url originale il 21 ottobre 2007) .
Chimica ( PDF ) ^{[ collegamento interrotto ]} , su med.unipi.it:8080 .
Raccolta di quiz di autovalutazione , su chimica-online.it .
Raccolta di test di autovalutazione , su divini.net . URL consultato il 20 novembre 2010 (archiviato dall' url originale il 25 agosto 2010) .


Concetti di base

Problemi di Chimica 1.0 Esercizi sui concetti base che seguono possono essere effettuati utilizzando il software didattico gratuito

Chimica Generale

( EN ) IUPAC Nomenclature Home Page , su chem.qmw.ac.uk .
( EN ) Programma didattico di simulazione chimica , su xeon.concord.org:8080 . URL consultato il 5 agosto 2007 (archiviato dall' url originale l'11 ottobre 2007) .
Chimica , in Treccani.it – Enciclopedie on line , Istituto dell'Enciclopedia Italiana.

Controllo di autorità	Thesaurus BNCF 788 · LCCN ( EN ) sh85022986 · GND ( DE ) 4009816-3 · BNF ( FR ) cb119704650 (data) · BNE ( ES ) XX524410 (data) · NDL ( EN , JA ) 00564393

Portale Chimica : il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia

[5] Non bisogna confondere le trasformazioni di tipo chimico da quelle di tipo fisico. La differenza principale tra i due tipi di trasformazione risiede nell'entità delle interazioni che si realizzano tra i costituenti della materia: nel caso di rottura e/o creazione di legami meno energetici (quali ad esempio legami di van der Waals e forze di London ) si parla di trasformazione fisica (ad esempio miscelazione , assorbimento gas-liquido , distillazione , adsorbimento fisico ), mentre nel caso di rottura e/o creazione di legami più energetici (quali ad esempio legami covalenti e legami ionici) si parla di trasformazione chimica.

[10] Si parla di energia cinetica microscopica per distinguerla dall'energia cinetica macroscopica. La prima compete al movimento di singole molecole, mentre la seconda compete al movimento del corpo nella sua globalità (ad esempio moto di traslazione e rotazione di un corpo rigido ).

[11] All'aumentare della temperatura, il sistema aumenta il proprio volume, per qualsiasi tipo di stato (solido, liquido o aeriforme). L'aumento del volume (a parità di pressione e temperatura iniziale e finale) è però molto evidente negli aeriformi rispetto ai liquidi e più evidente nei liquidi rispetto ai solidi. Dal punto di vista quantitativo, l'aumento del volume può essere espresso dal coefficiente di dilatazione termica .

[13] Esempi di miscele con cui abbiamo spesso a che fare sono: la cioccolata, la birra, l'aria, la benzina e le leghe metalliche.

[14] Si parla di "quantitativo teorico" in quanto si tratta del massimo quantitativo ottenibile dal punto di vista termodinamico , cioè all' equilibrio . Nella pratica intervengono inoltre altri fenomeni, che vengono studiati nell'ambito della cinetica chimica (quali ad esempio la presenza di catalizzatori o inibitori della reazione).

[16] Ad esempio, composti come il solfuro di carbonio , l' anidride carbonica , il monossido di carbonio ei carburi sono considerati inorganici.

[1] In Histoire et Dictionnaire de la Révolution Française , Parigi, Éditions Robert Laffont, 1998.

[enciclopediatreccani-2] Chimica , su treccani.it , Enciclopedia Treccani online. URL consultato il 28 aprile 2015 .

[Central_Science-3] Theodore L. Brown, H. Eugene Lemay, Bruce Edward Bursten, H. Lemay. Chemistry: The Central Science . Prentice Hall; 8 edition (1999). ISBN 0-13-010310-1 . Pages 3-4.

[20th_Century-4] Carsten Reinhardt. Chemical Sciences in the 20th Century: Bridging Boundaries . Wiley-VCH, 2001. ISBN 3-527-30271-9 . Pages 1-2.

[6] The Cambridge Dictionary of Scientists .

[7] IUPAC Gold Book, "molecule"

[8] IUPAC Gold Book, "mole"

[9] IUPAC Gold Book, "Avogadro constant"

[M03949-12] IUPAC Gold Book, "mixture"

[15] IUPAC Gold Book, "equilibrium constant"

[17] Ivano Bertini e Paola Turano, Chimica bioinorganica , su treccani.it , Enciclopedia Italiana - VII Appendice (2006). URL consultato il 29 maggio 2015 .

[18] Costanza Miliani, Il colore nella pittura: la chimica di pigmenti e coloranti ( PDF ), su ciam.unibo.it - sito web del Dipartimento di Chimica dell' Università di Bologna . URL consultato il 29 maggio 2015 (archiviato dall' url originale il 21 aprile 2015) .

[1]

[2]

[3]

[4]

[N 1]

[5]

[6]

[7]

[8]

[N 2]

[N 3]

[9]

[N 4]

[N 5]

[10]

[N 6]

[11]

[12]

V · D · M Scienze naturali
Astronomia · Biologia · Chimica · Fisica · Scienze della Terra
Categoria delle voci correlate