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Solubilità e pH. Esercizi svolti

Fabrice Deseaux

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26 Dicembre 2023

Solubilità e pH: Esercizi risolti su sali poco solubili

La solubilità dei sali poco solubili come i solfuri, cianuri e fluoruri varia in base al pH, che influisce sulla concentrazione degli ioni H+ nell’ambiente. Questa relazione è evidente nel caso della solubilità del fluoruro di calcio in funzione del pH. In acqua, l’equilibrio di dissoluzione del fluoruro di calcio è regolato dal prodotto di solubilità (Kps) e si ottiene una solubilità di 0.0011 M a pH neutro.

Quando il pH è acido, avviene la protonazione degli ioni F-, riducendo la loro concentrazione e causando un aumento della concentrazione di Ca2+ per mantenere costante il valore di Kps.

Esercizio 1: Solubilità del benzoato di argento a pH 3.19

Per calcolare la solubilità del benzoato di argento a pH = 3.19 (Kps= 2.5∙ 10-13; Ka= 6.46 ∙10-5) si considera l’equilibrio di dissoluzione del sale in acqua e si ottiene una solubilità di 5.0 ∙ 10-7 M.

Esercizio 2: Solubilità del fluoruro di calcio a pH 1.0

Nel calcolare la solubilità del fluoruro di calcio in una soluzione tamponata a pH = 1.0 (Kps= 5.3 ∙ 10-9; Ka= 6.6 ∙10-4) si tiene in considerazione l’equilibrio complessivo. In questo caso, si ottiene che K = 0.012.

Questi esercizi illustrano come il pH influenzi la solubilità dei sali poco solubili come i solfuri, cianuri e fluoruri, evidenziando le variazioni dovute alle condizioni acide o basiche dell’ambiente circostante.

Nanodiamanti: proprietà

Fabrice Deseaux

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26 Dicembre 2023

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Nanodiamanti: Caratteristiche e Applicazioni nell’Ingegneria e nella Medicina

I nanodiamanti sono oggetto di grande interesse nel campo delle nanotecnologie per la loro straordinaria durezza e resistenza alla frattura, nonché per le potenzialità d’impiego in dispositivi miniaturizzati.

Il diamante, allotropo del carbonio con un reticolo cristallino tetraedrico, si distingue per il suo indice di durezza pari a 10 nella scala di Mohs, rendendolo il minerale più duro conosciuto. Le sue applicazioni spaziano dall’industria gioielliera a settori industriali come la costruzione di attrezzi per taglio, punte di trapani, componenti elettrici e lucidatura di pietre, vetro, marmo e granito.

Per contrastarne l’usura a basse temperature, sono stati sviluppati diamanti sintetici con maggiore stabilità termica o è stata introdotta l’alternativa del nitruro di boro.

Nel corso degli anni, i nanodiamanti di dimensioni nanometriche hanno suscitato crescente interesse, rinvenuti in meteoriti, nebulose protoplanetarie e sedimenti antichi. La loro versatilità emerge nell’impiego per nanocompositi, catalizzatori selettivi, componenti elettronici, materiali biomedici e trasporto di farmaci nelle cellule danneggiate.

I nanodiamanti possono altresì migliorare dispositivi di registrazione magnetica, composti polimerici, utensili abrasivi, lubrificanti e composti per la lucidatura, grazie alla loro duttilità ed efficienza.

Diverse metodologie sintetiche per la produzione di nanodiamanti includono l’utilizzo di esplosivi contenenti carbonio come TNT, RDX e TATB. Altre tecniche coinvolgono il bombardamento di ioni e laser, metodi idrotermici, elettrochimici o ultrasonici.

È fondamentale distinguere i nanodiamanti da detonazione ottenuti tramite esplosivi dagli altri ottenuti con tecniche diverse, poiché ciascuno presenta caratteristiche uniche che li rendono adatti a specifiche applicazioni nell’ingegneria e nella medicina.

Melatonina: struttura, funzioni

Fabrice Deseaux

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26 Dicembre 2023

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Ruolo e Importanza della Melatonina nel Regolare il Sonno

La melatonina, conosciuta come l’ormone del sonno, svolge un ruolo fondamentale nel regolare il ritmo sonno-veglia nel nostro corpo. Questo ormone viene prodotto dalla ghiandola pineale, localizzata nella base del cervello, e il suo rilascio è strettamente legato al ciclo luce-buio.

Composizione e Produzione della Melatonina

La struttura molecolare della melatonina comprende un gruppo N-acetile e un gruppo indolico legato a un gruppo metossi, il che differisce dalla precedente teoria sugli mammiferi. La produzione di melatonina è influenzata dalla percezione della luce attraverso la retina oculare. La presenza di luce inibisce la sua produzione, quindi i livelli di melatonina diminuiscono durante il giorno e aumentano durante la notte, in linea con il ritmo circadiano.

Scoperta e Utilizzo della Melatonina

La melatonina è stata isolata per la prima volta negli anni ’50 dalla ghiandola pineale. Successivamente, è emerso che oltre a regolare il sonno, agisce anche come antiossidante e può essere impiegata nel trattamento dell’insonnia. Sebbene in passato si sia ipotizzato che potesse avere benefici in diverse condizioni come AIDS, cancro, Alzheimer e Parkinson, studi successivi hanno evidenziato che la sua efficacia in tali malattie è limitata. Tuttavia, la melatonina è comunemente utilizzata per contrastare l’insonnia tramite l’assunzione di integratori alimentari.

Rischi e Benefici nell’Assunzione di Melatonina

L’assunzione regolare di melatonina può comportare effetti collaterali, specialmente quando si utilizzano integratori sintetici che potrebbero contenere ingredienti aggiuntivi non del tutto sicuri. Studi recenti suggeriscono che l’efficacia della melatonina nel trattamento dell’insonnia potrebbe derivare in parte dall’effetto placebo. Tuttavia, è emerso che la melatonina può essere particolarmente utile per coloro che lavorano di notte, viaggiano frequentemente o sono anziani, poiché con l’età la produzione naturale di questo ormone tende a diminuire.

In conclusione, nonostante le controversie e gli studi contrastanti, la melatonina può costituire un valido supporto in determinate condizioni, purché ne venga fatto un uso consapevole e seguendo le indicazioni del proprio medico.

Metodo delle approssimazioni successive: esercizi svolti

Fabrice Deseaux

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26 Dicembre 2023

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Metodo delle approssimazioni successive: esercizi svolti

Il metodo delle approssimazioni successive: soluzioni efficienti per equazioni complesse

Il metodo delle approssimazioni successive è una preziosa tecnica matematica che consente di ottenere risultati approssimati in modo semplice e efficiente, evitando calcoli complessi. Questo metodo non si applica solo alle equazioni di secondo grado, ma può essere esteso anche alle equazioni di terzo grado, offrendo soluzioni tramite iterazioni.

Ad esempio, consideriamo il calcolo del pH di una soluzione 0.010 M di HF, con una costante di dissociazione acida di 7.2 ∙ 10^-4. Utilizzando il metodo delle approssimazioni successive, possiamo semplificare il calcolo e ottenere la soluzione desiderata, trascurando la x sottrattiva al denominatore.

In situazioni più complesse, come nel caso di equazioni di grado superiore al secondo, ad esempio quelle che coinvolgono la costante Kc per l’equilibrio NH3, N2 e H2, il metodo delle approssimazioni successive può facilitare notevolmente la risoluzione dell’equazione. Considerando la bassa costante e la lenta dissipazione dell’ammoniaca, si ottengono soluzioni approssimate in modo efficiente.

Infine, anche per equazioni di terzo grado, il metodo delle approssimazioni successive si dimostra efficace nel fornire soluzioni precise attraverso iterazioni successive. Questi esempi evidenziano l’efficienza e la versatilità di questo metodo per una vasta gamma di equazioni matematiche complesse.

Per saperne di più sulle approssimazioni successive e sulle loro applicazioni pratiche in matematica, puoi consultare risorse specializzate come il sito web dell’Università di Cambridge sulle tecniche di approssimazione.

Cristallizzazione: chimica in cucina

Fabrice Deseaux

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26 Dicembre 2023

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Il Processo di Cristallizzazione in Cucina e il Suo Ruolo nei Preparati Alimentari

La cristallizzazione è un processo di separazione e purificazione spesso impiegato in ambito industriale e scientifico, caratterizzato dalla formazione di strutture cristalline attraverso l’aggregazione di atomi, ioni o molecole. Questo fenomeno è fortemente influenzato dalla temperatura e dalla solubilità di un composto in un solvente in specifiche condizioni.

Nelle preparazioni alimentari, la cristallizzazione riveste un ruolo cruciale nella raffinazione e nella conservazione dei cibi. Utilizzato per modificare la consistenza di alimenti come gelato, fondente, caramelle e cioccolato, questo processo è essenziale per controllare la formazione dei cristalli durante il raffreddamento. Ad esempio, nel cioccolato, il burro di cacao assume forme cristalline diverse a seconda dei tempi di raffreddamento, conferendo al prodotto finale brillantezza e consistenza ottimale.

Anche nel settore alimentare di largo consumo, come nel caso del miele di colza, tarassaco ed edera, la cristallizzazione è un fenomeno comune dovuto all’alto contenuto di glucosio in questi prodotti. Allo stesso modo, il processo di retrogradazione dell’amido è un esempio di cristallizzazione che porta all’indurimento del pane raffermo.

In conclusione, la cristallizzazione svolge un ruolo imprescindibile nelle preparazioni alimentari, influenzando la consistenza, la brillantezza e la conservazione di vari alimenti e prodotti.

Azine: sintesi, reazioni

Fabrice Deseaux

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26 Dicembre 2023

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Sintesi e proprietà delle azine

Le azine sono composti organici derivati dalla condensazione di aldeidi o chetoni con idrazina. Questi composti appartengono alla classe degli eterocicli a sei atomi di carbonio che contengono azoto, simili alla piridina, pirimidina, pirazina e piridazina.

Sintesi delle azine

Le azine possono essere sintetizzate in laboratorio utilizzando un composto carbonilico e idrazina monoidrato. A livello industriale, la sintesi coinvolge la reazione di chetoni con ammoniaca e perossido di idrogeno.

Un esempio di azina, come la dimetilchetazina, può essere ottenuto dalla reazione tra acetone e idrazina.

Reazioni delle azine

Le azine possono reagire con idrazina a 100°C per formare gli idrazoni R₂C=N-NH₂. Gli idrazoni, in ambiente basico con HgO, possono dare origine a diazocomposti.

Le azine includono anche le ossazine, composti eterociclici insaturi a sei membri contenenti ossigeno e azoto, e le tiazine, composti eterociclici insaturi a sei membri contenenti zolfo e azoto. Questi composti possono presentarsi in diverse forme isomere a seconda della posizione degli eteroatomi.

PFAS: inquinamento, stabilità, usi, tossicità

Fabrice Deseaux

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26 Dicembre 2023

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PFAS: inquinamento, stabilità, usi, tossicità

PFAS: impatto ambientale e rischi per la salute umana

Le sostanze PFAS, ossia perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche, sono composti sintetici noti per la loro stabilità e scarsa biodegradabilità. Queste molecole persistono nell’ambiente e si diffondono negli esseri viventi, potenzialmente danneggiando la salute umana. L’assorbimento avviene principalmente attraverso acqua, alimenti, e suoli contaminati, oltre che tramite il contatto diretto e l’inalazione di polveri contenenti PFAS.

Impatto ambientale e utilizzi industriali dei PFAS

I PFAS sono comunemente impiegati in vari settori industriali per conferire resistenza ai grassi e all’acqua a materiali come tessuti, carta e rivestimenti alimentari. Trovano impiego anche in prodotti per la casa come rivestimenti antiaderenti per pentole, detergenti e impermeabilizzanti per tessuti e abbigliamento. Data la diffusione di tali composti, esiste il rischio di contaminazione ambientale e di danni alla salute umana.

Rischi per la salute umana e casi di contaminazione

Gli effetti tossici dei PFAS sugli esseri umani sono ancora oggetto di studi contrastanti, tuttavia ricerche condotte su animali hanno dimostrato una certa pericolosità. Un caso noto di contaminazione da PFAS è quello avvenuto a Parkersburg, in Virginia, causato da una fuoriuscita dalla fabbrica chimica DuPont. Tale evento ha generato disturbi gravi, principalmente nei bambini e nei bovini, oltre che sintomi come nausea e vomito tra i lavoratori. In Italia, invece, sono state riscontrate presenze di PFAS in acque potabili, sotterranee e superficiali, con livelli di esposizione fino a otto volte superiori in alcune regioni come il Veneto.

Conclusioni e azioni necessarie

L’inquinamento da PFAS rappresenta una minaccia reale per l’ambiente e la salute pubblica. È cruciale adottare misure preventive per limitare la diffusione di tali sostanze e proteggere la salute umana. La sensibilizzazione e l’implementazione di politiche attive a tutti i livelli sono essenziali per affrontare efficacemente questa problematica.

Mandragola negli spinaci: composizione

Fabrice Deseaux

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26 Dicembre 2023

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La scoperta della presenza di mandragola nei prodotti alimentari surgelati ha destato preoccupazione in seguito al ricovero di una famiglia milanese a causa del consumo di spinaci contenenti tracce della pianta dalle proprietà magiche. I sintomi manifestati dalla famiglia, tra cui confusione mentale, amnesia e allucinazioni, sono stati attribuiti alla presenza di mandragola nelle confezioni di spinaci.

Le proprietà afrodisiache e curative attribuite alla mandragola sono note fin dall’antichità, sebbene alcune specie della pianta siano tossiche. Gli alcaloidi tropanici presenti nella radice di mandragola, come la iosciamina e l’ioscina, sono responsabili dei suoi effetti allucinogeni, confermando la sua fama millenaria.

La comparsa di mandragola nei prodotti alimentari è preoccupante per la salute pubblica, in quanto la pianta può contaminare le colture destinate al consumo umano. Nonostante le tracce trovate nei lotti di spinaci siano state limitate, la ditta produttrice ha prontamente richiamato i prodotti dal mercato come misura precauzionale.

Il caso della famiglia milanese ricoverata per aver consumato spinaci contenenti mandragola evidenzia l’importanza del controllo e della sicurezza alimentare nella filiera produttiva. La presenza accidentale di sostanze tossiche nei prodotti alimentari sottolinea la necessità di rigorosi controlli e standard qualitativi per garantire la salute dei consumatori.

Effetto della coppia inerte: stabilità dei numeri di ossidazione

Fabrice Deseaux

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26 Dicembre 2023

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Effetto della coppia inerte: stabilità dei numeri di ossidazione

Influenza della coppia inerte sulla stabilità dei numeri di ossidazione

L’influenza della coppia inerte, fenomeno riscontrabile negli elementi più pesanti dei gruppi 13, 14, 15 e 16 della tavola periodica, è stato coniato da Nevil Sidgwick nel 1927. Questo effetto evidenzia come gli elettroni più esterni al nucleo siano fortemente attratti dallo stesso, riducendo la propensione alla ionizzazione o alla formazione di legami covalenti.

Una delle conseguenze principali di questa peculiarità è la maggiore stabilità dei numeri di ossidazione, che risultano due unità inferiori al massimo possibile per gli elementi di tali gruppi.

Gli elettroni di valenza ns^2, come ad esempio 5s^2 e 6s^2 degli elementi metallici, mostrano minor reattività e una maggiore resistenza alla ionizzazione. Elementi come indio, tallio, piombo, stagno, antimonio, e talvolta tellurio e polonio, presentano un numero di ossidazione più stabile, ridotto di due unità rispetto agli altri elementi del gruppo.

Pertanto, nonostante il numero di ossidazione più comune per il Gruppo 13 sia +3, il tallio, essendo l’elemento più pesante del gruppo, di solito mostra un numero di ossidazione più comune di +1. Questo comportamento è determinato non solo dalla carica nucleare effettiva ma anche da proprietà periodiche come il raggio atomico e l’energia di ionizzazione.

Ad esempio, l’andamento degli elementi del Gruppo 13 può essere osservato nella tabella che comprende la configurazione elettronica e le energie di ionizzazione. È evidente che l’energia di prima ionizzazione e la somma delle prime tre energie di ionizzazione diminuiscono per boro e alluminio, ma aumentano per gli elementi successivi. Ciò suggerisce che gli elettroni di gallio, indio e tallio, nonostante siano meno facilmente schermati dagli orbitali d e f, sono più difficili da ionizzare a causa di una maggiore attrazione nucleare.

Geochimica forense: tecniche utilizzate

Fabrice Deseaux

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26 Dicembre 2023

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Indagini Forensi Geochimiche: Approfondimento sulle Tecniche Utilizzate

L’ambito della geochimica forense si concentra sull’analisi dettagliata degli elementi organici e inorganici al fine di risolvere crimini ambientali e fornire supporto alle indagini criminali. Le tecniche analitiche impiegate consentono ai ricercatori di identificare importanti elementi di prova come sabbia e frammenti di materiali rinvenuti sulla scena del crimine.

In linea con l’obiettivo di apportare nuove informazioni, la geochimica forense non si propone direttamente di individuare i responsabili, ma di offrire cruciali indizi riguardanti il contesto del delitto. Un aspetto significativo è la capacità di escludere o confermare la presenza di un corpo sulla scena del crimine o in una diversa località. Tra le metodologie impiegate, l’analisi del terreno rappresenta un’importante risorsa investigativa.

Analisi del Terreno

L’analisi del terreno consiste nell’identificazione dei principali macroelementi, nella valutazione della sostanza organica, nei rapporti tra differenti elementi e nel rilevamento di microelementi quali ferro, manganese, boro, rame e zinco. Il calcolo del pH, la misurazione della conducibilità elettrica, e la rilevazione di carbonati completano il quadro analitico. La comparazione dei dati raccolti con quelli di terreni noti permette di determinare la provenienza del campione.

Composizione Isotopica

Un’altra approfondita analisi è rappresentata dalla composizione isotopica che fornisce dettagli sulla provenienza del campione esaminato. Le indagini chimiche facilitano l’identificazione dell’origine di campioni di terreno e sedimenti mediante il confronto con campioni già noti, fornendo informazioni rilevanti per tracciare la provenienza di piante e animali.

Tecniche e Strumenti

Le tecniche impiegate nella geochimica forense variano a seconda del campione oggetto di analisi e della natura della ricerca in corso. Tra le metodologie più utilizzate possiamo citare la spettroscopia di assorbimento atomico, la spettrometria di massa, la spettroscopia atomica di emissione, la spettrofotometria XRF, la spettroscopia LIBS, la microscopia elettronica QEMSCAN, la spettroscopia EDX, la spettrometria di massa isotopica IRMS, la gascromatografia-spettrometria di massa GC-MS, la spettroscopia IR a trasformata di Fourier e la cromatografia HPLC.

Grazie a queste avanzate tecniche e ai moderni strumenti analitici impiegati, è possibile raccogliere dati precisi e affidabili per supportare le indagini forensi e risolvere casi di crimini ambientali in modo efficace.

Processi termodinamici: tipi di processi

Fabrice Deseaux

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26 Dicembre 2023

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Processi termodinamici: tipi di processi

Processi Termodinamici: Tipologie e Caratteristiche

I processi termodinamici rappresentano un’importante area di studio in ambito fisico-chimico, in cui vengono analizzate le trasformazioni che coinvolgono le proprietà di sistemi termodinamici. Durante tali processi, una o più grandezze rimangono costanti, permettendo di identificare cambiamenti di stato e variazioni di parametro come pressione, volume e temperatura.

Esistono diversi tipi di processi termodinamici, ognuno caratterizzato da specifiche grandezze costanti. Tra i principali tipi di processi termodinamici troviamo:

– Adiabatico
– Isoentalpico
– Isoentropico
– Isobaro
– Isocoro
– Isotermo
– Politropico
– Reversibile

Il processo termodinamico adiabatico si distingue per lo scambio nullo di calore con l’ambiente esterno, mentre l’energia è trasferita sotto forma di lavoro. Questo tipo di processo è spesso utilizzato per descrivere rapidi cambiamenti di stato all’interno di sistemi come motori o compressori.

Il processo isoentalpico avviene senza variazioni di entalpia, mantenendo costante il calore scambiato con l’esterno e il lavoro di volume. Durante un processo isoentalpico, l’entropia aumenta spontaneamente, mantenendo la temperatura costante in un gas ideale.

Il processo isoentropico, invece, si contraddistingue per la mancanza di variazione di entropia, senza scambi di calore o materia con l’ambiente esterno. Questo processo adiabatico è reversibile, mantenendo il sistema in equilibrio.

Nei processi isobari, la pressione rimane costante e variazioni di volume avvengono senza scambi di calore che alterano l’energia interna del sistema.

Per quanto riguarda i processi isocori, non si ha variazione di volume, quindi non si compie lavoro né lo si subisce.

Durante un processo isotermico, la temperatura rimane costante, consentendo di calcolare il lavoro compiuto dal sistema grazie alla variazione dell’energia interna proporzionale alla temperatura.

Il processo politropico si caratterizza per la relazione pV^n = costante, in cui l’indice politropico n definisce il tipo di trasformazione termodinamica di interesse.

Infine, un processo reversibile è in grado di riportare il sistema e l’ambiente alle condizioni iniziali, richiedendo un tempo infinito per essere completato.

In definitiva, lo studio dei processi termodinamici fornisce una panoramica dettagliata sulle trasformazioni all’interno dei sistemi, consentendo di comprendere meglio le variazioni di stato e le grandezze coinvolte.

Regola dell’ottetto: legame ionico, legame covalente

Chimica

Fabrice Deseaux

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26 Dicembre 2023

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Regola dell’ottetto: legame ionico, legame covalente

Regola dell’Ottetto: Legame Ionico e Covalente

La regola dell’ottetto stabilisce che gli atomi raggiungono maggiore stabilità quando il loro livello esterno contiene otto elettroni, evitando di formare ulteriori legami chimici.

Nel 1904, il chimico Richard Wilhelm Heinrich Abegg propose la regola di Abegg, secondo la quale la differenza tra il numero di ossidazione maggiore e minore di un elemento è spesso di 8. Questo concetto anticipò la regola dell’ottetto di Gilbert Newton Lewis del 1916.

La regola dell’ottetto prevede che gli atomi cercano di avere 8 elettroni nel loro guscio di valenza per raggiungere la stabilità, diventando isoelettronici con i gas nobili. Questo processo riguarda gli atomi del blocco s e p della tavola periodica.

Legame Ionico

Il legame ionico si forma tra elementi con elevata differenza di elettronegatività, causando l’attrazione elettrostatica tra ioni di carica opposta. I non metalli tendono a guadagnare elettroni diventando ioni negativi, mentre i metalli tendono a cederli diventando ioni positivi.

Ad esempio, il cloro (configurazione elettronica 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p5) con sette elettroni nel suo livello esterno può guadagnarne uno diventando un ione Cl- con configurazione simile al gas nobile argon. Il sodio può perdere un elettrone ottenendo la stessa configurazione del neon. Entrambi rispettano la regola dell’ottetto diventando isoelettronici con un gas nobile.

Legame Covalente

Il legame covalente si forma quando atomi con elettronegatività simili (covalente puro) o diversa (covalente polare) condividono elettroni.

Ad esempio, nella molecola CCl4, il carbonio con quattro elettroni di valenza si lega a quattro atomi di cloro. Il carbonio condivide elettroni con il cloro, permettendogli di avere 8 elettroni attorno a sé, mentre il cloro arricchisce i suoi livelli energetici.

Esistono tuttavia eccezioni alla regola dell’ottetto, specialmente in presenza di un numero dispari di elettroni di valenza o quantità non ottimali di elettroni.