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Polimerizzazione con perossidi organici

Fabrice Deseaux

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6 Dicembre 2023

Polimerizzazione con perossidi organici

La polimerizzazione con perossidi organici è un campo di grande importanza per l’utilizzo di tali composti. I perossidi organici vengono impiegati come iniziatori per la polimerizzazione radicalica, grazie alla loro capacità di generare radicali attraverso riscaldamento o esposizione a raggi UV, dovuta all’instabilità del legame perossidico.

I diversi comportamenti termici dei vari tipi di perossidi li rendono adatti per l’utilizzo a differenti temperature durante il processo di polimerizzazione. I monomeri di partenza sono solitamente composti insaturi, come alcheni e dieni.

Classificazione

I perossidi organici si suddividono in diverse categorie, tra cui idroperossidi, dialchilperossidi, perossiesteri, perossiacidi, diacilperossidi, perossichetali e perossidicarbonati.

Dai perossidi organici che fungono da iniziatori si ottengono diversi tipi di polimeri, tra cui polietilene a bassa densità (LDPE), polivinilcloruro (PVC), polistirene (PS), polimetilmetacrilato (PMMA) e politetrafluoroetilene (PTFE).

Polimerizzazione

La polimerizzazione radicalica inizia con la scissione omolitica del legame perossidico, formando due radicali. Questa reazione a catena, conosciuta come FRP (Free-radical polymerization), porta all’addizione di radicali alla prima unità monomerica dell’iniziatore, seguita dalla fase di propagazione che comporta la crescita delle catene polimeriche.

La fase finale è la terminazione, che può avvenire tramite diverse modalità come la reazione tra due radicali, tra due centri attivi o tra un radicale e un centro attivo. La polimerizzazione radicalica offre vantaggi rispetto a quella cationica e anionica, poiché può essere condotta in solventi polari protici come alcoli e acqua.

Perossidi organici: ossigeno attivo, sintesi, reazioni, usi

Fabrice Deseaux

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6 Dicembre 2023

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Perossidi organici: ossigeno attivo, sintesi, reazioni, usi

I perossidi organici: caratteristiche, sintesi, applicazioni

I perossidi organici sono composti che presentano il caratteristico legame perossidico -O-O-. La loro formula generale è R-O-O-R’ dove R e R’ sono gruppi alchilici o arilici. Nel caso in cui R’ sia un atomo di idrogeno, essi vengono definiti idroperossidi.

A causa della bassa energia di dissociazione del legame ossigeno-ossigeno, i perossidi organici sono suscettibili a reazioni di decomposizione. Queste reazioni possono verificarsi a temperatura ambiente in presenza di calore, sfregamento, urti o contatto con impurità come acidi, metalli pesanti e ammine, e possono generare vapori o gas infiammabili o nocivi.

Ossigeno attivo

I perossidi organici presentano differenti strutture e si decompongono a diverse temperature, generando radicali liberi. Pertanto, la scelta del perossido organico più idoneo dipende dalle sue proprietà, come il contenuto di ossigeno attivo e il tempo di dimezzamento. Questi valori forniscono informazioni sulla velocità di decomposizione e la stabilità del perossido.

Sintesi

I perossidi organici possono essere ottenuti per reazione di un alcol con perossido di idrogeno in ambiente acido o per reazione di un dialchilsolfato con perossido di idrogeno in ambiente basico.

Reazioni

I perossidi organici svolgono un ruolo significativo in diversi processi biologici, come l’irrancidimento dei grassi, la perdita di attività delle vitamine e la bioluminescenza delle lucciole. Inoltre, essi sono utilizzati come iniziatori di polimerizzazioni radicaliche e possono essere ridotti ad alcoli o convertiti in chetoni e alcoli attraverso specifiche reazioni.

Usi

I perossidi organici vengono impiegati nella produzione di polimeri come poliesteri, siliconi, gomma e materiali da costruzione. Trovano inoltre utilizzo in prodotti per il trattamento della pelle e in ambito farmaceutico, dove agiscono come acceleratori, catalizzatori, agenti reticolanti, iniziatori e promotori.

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Composti organici: classificazione, gruppi funzionali

Fabrice Deseaux

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6 Dicembre 2023

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Composti organici: classificazione, gruppi funzionali

Classificazione dei Composti Organici e Gruppi Funzionali

I composti organici sono sostanze che contengono carbonio legato a idrogeno, ossigeno, azoto o altri eteroatomi. I legami covalenti semplici, doppi o tripli sono presenti in questi composti organici, con il carbonio che può avere numeri di ossidazione che variano da -4 a +4.

Non tutti i composti contenenti carbonio sono organici, infatti esistono numerosi composti inorganici del carbonio. In passato, si era soliti distinguere i composti organici da quelli inorganici secondo la loro origine minerale o da organismi viventi. Tuttavia, la scoperta da parte del chimico tedesco Friedrich Wohler nel 1828, della sintesi dell’urea a partire dal cianato di ammonio dimostrò che le sostanze organiche possono essere ottenute in laboratorio, abolendo di fatto questa distinzione.

I composti organici possono essere a catena chiusa o aperta e il carbonio può presentare ibridazione sp3, sp2 o sp. Le catene possono essere costituite da uno a numerosi atomi di carbonio e possono essere lineari o ramificate, generando diversi isomeri. La presenza di eteroatomi aumenta notevolmente il numero di possibili molecole organiche, rendendo difficile la classificazione.

Classificazione

I composti organici possono essere classificati in alifatici, composti aromatici e eterociclici. Gli alifatici sono costituiti da catene lineari o ramificate o da composti ciclici come alcani, alcheni, alchini e cicloalcani. Gli aromatici rispettano la regola di Hückel e presentano strutture di tipo benzenico. Gli eterociclici possono essere alifatici o aromatici e contengono un anello formato da carbonio e uno o più eteroatomi.

Gruppi Funzionali

I composti organici possono essere suddivisi secondo il gruppo funzionale in essi presente. I principali gruppi funzionali includono acidi carbossilici, anidridi, esteri, aldeidi, chetoni, alcoli, alogenuri alchilici, alogenuri acilici, ammidi, ammine, nitrili, fenoli, tioli, tiofenoli, idroperossidi, idrossilammine, fosfine, arsine, composti organometallici, eteri e perossidi.

Questi gruppi funzionali conferiscono al composto una reattività chimica tipica e simile a quella di altri composti contenenti lo stesso gruppo, rappresentando il centro della reattività chimica della molecola.

Acidi diprotici: esempi, equilibrio di dissociazione

Fabrice Deseaux

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6 Dicembre 2023

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Acidi diprotici: esempi, equilibrio di dissociazione

Acidi diprotici: caratteristiche e reazioni

Gli acidi diprotici sono quegli acidi in grado di rilasciare due ioni H₃O⁺ in soluzione acquosa. Secondo la teoria di Arrhenius, un acido è definito come una sostanza capace di generare ioni H₃O⁺ in soluzione. A temperatura e pressione standard, l’acido cloridrico (HCl), noto anche come cloruro di idrogeno, esiste allo stato gassoso, ma in soluzione acquosa agisce come acido, reagendo con l’acqua secondo la seguente equazione:

HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl^–

L’acido cloridrico è un esempio di acido diprotico.

Equilibrio di dissociazione
Un acido diprotico può essere rappresentato con la formula H₂A ed è soggetto a due equilibri di dissociazione:

H₂A + H₂O ⇄ H₃O⁺ + HA^– (regolato dalla costante di equilibrio K_a1)
HA^– + H₂O ⇄ H₃O⁺ + A^2- (regolato dalla costante di equilibrio K_a2)

Il valore della prima costante di dissociazione è maggiore rispetto a quello della seconda, poiché il primo protone che viene liberato è più acido rispetto al secondo. In soluzione, sia HA^– che A^2- sono sempre presenti in diverse quantità.

Esempi
Tra gli esempi di acidi diprotici più comuni troviamo l’acido solforoso (H₂SO₃), l’acido carbonico (H₂CO₃), l’acido solfidrico (H₂S), l’acido cromico (H₂CrO₄), e l’acido selenico (H₂SeO₄). Inoltre, esistono acidi diprotici anche all’interno dei composti organici, come l’acido ascorbico, l’acido tartarico, l’acido ossalico, l’acido malonico, l’acido succinico e tutti gli acidi bicarbossilici. L’acido solforico, in particolare, è considerato completamente dissociato nella prima dissociazione, poiché presenta un elevato valore di K_a1, mentre il valore di K_a2 è relativamente alto. Questi acidi dimostrano una grande varietà di reazioni e sono ampiamente presenti in diversi ambiti della chimica.

Ora che hai una migliore comprensione degli acidi diprotici e del loro equilibrio di dissociazione, puoi approfondire ulteriormente la loro importanza e il loro ruolo nella chimica.

Acidità degli alcoli e dei tioli: equilibri di dissociazione

Fabrice Deseaux

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6 Dicembre 2023

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Acidità degli alcoli e dei tioli

Gli alcoli sono composti organici che presentano il gruppo funzionale –OH, mentre i tioli, noti anche come mercaptani, sono simili agli alcoli ma presentano il gruppo funzionale –SH.

Entrambi gli alcoli e i tioli sono considerati acidi deboli. Nonostante lo zolfo sia meno elettronegativo dell’ossigeno e il legame S-H sia meno polare del legame O-H a causa delle maggiori dimensioni dello zolfo, i tioli sono generalmente più acidi degli alcoli. La loro acidità è paragonabile a quella dei fenoli, in cui l’anione fenossido è stabilizzato per risonanza.

L’equilibrio di dissociazione dei tioli è più spostato a destra rispetto a quello degli alcoli. Questo perché nell’anione RS^–, la carica negativa viene portata da un atomo di dimensioni maggiori, dispersa su un volume maggiore.

La preparazione degli alcossidi avviene partendo dagli alcoli per reazione con un idruro, in modo quantitativo e irreversibile, in quanto l’idrogeno gassoso si allontana dalla soluzione. Diversamente, i tioli, essendo più acidi, possono essere convertiti nelle loro basi coniugate per reazione con una base o un alcossido. Uno dei metodi per ottenere i tiolati consiste nel far reagire un tiolo con un alcossido, reazione che giunge a completezza grazie alla sua costante dell’ordine di 10⁵.

Solfuri inorganici: proprietà, metodi di preparazione

Fabrice Deseaux

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6 Dicembre 2023

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Solfuri inorganici: proprietà, metodi di preparazione

Solfuri inorganici: proprietà e preparazione

I sali binari chiamati solfuri inorganici sono composti in cui lo zolfo ha un numero di ossidazione -2, rappresentato dall’anione S^2-. Questi solidi composti chimici reagiscono con vari agenti ossidanti, come ossidi, acidi inorganici, perossidi e epossidi, essendo essi stessi agenti riducenti.

I solfuri reagiscono con l’ossigeno a elevate temperature, producendo specie in cui lo zolfo ha un numero di ossidazione maggiore, come il biossido di zolfo. Ad esempio, lo zinco reagisce con l’ossigeno, formando ossido di zinco e anidride solforosa secondo la reazione: ZnS(s) + O2(g) → ZnO(s) + SO2(g).

Inoltre, essi reagiscono con gli alogeni (ad eccezione del fluoro), producendo zolfo e un alogenuro metallico, come mostra la reazione: 8 MgS + 8 I2 → S8+ 8 MgI2.

Metodi di preparazione

– Reazione tra gli elementi: Be + S → BeS
– Reazione tra un ossido metallico e solfuro di idrogeno: CaO + H2S → CaS + H2O
– Reazione tra un carbonato metallico e solfuro di idrogeno: Li2CO3 + H2S → Li2S + H2O + CO2
– Riduzione di un solfuro con un metallo ad alto numero di ossidazione con un idruro: 2 Ce2S3 + 2 CeH3 → 6 CeS + 3 H2
– Reazione tra un idruro e solfuro di idrogeno: 2 UH3 + 4 H2S → 2 US2 + 7 H2
– Riduzione di un solfato: BaSO4 + 4 C → BaS + 4 CO
– Reazione tra un alogenuro metallico e solfuro di idrogeno: 2 LaCl3 + 3 H2S → La2S3 + 6 HCl

I solfuri metallici sono solitamente poco solubili, come ad esempio CdS, CoS, CuS, FeS, PbS, MnS, HgS, NiS, Ag2S e ZnS.

Inoltre, i solfuri sono considerati basi forti a seguito dell’idrolisi dello ione solfuro e del successivo equilibrio chimico: S^2- + H2O ⇌ HS^- + OH^- e HS^- + H2O ⇌ H2S + OH^-. La solubilità dei solfuri metallici poco solubili è influenzata dal pH, aumentando al diminuire del pH (all’aumentare della concentrazione degli ioni H+).

Composti litio-organici: proprietà, sintesi, reazioni

Fabrice Deseaux

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6 Dicembre 2023

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Composti litio-organici: proprietà, sintesi, reazioni

Composti litio-organici: caratteristiche, formazione e reazioni

I composti litio-organici, noti anche come reattivi di Grignard insieme ai composti organici del magnesio, sono conosciuti per la loro alta reattività come nucleofili. Sono solubili in eteri, composti alifatici e aromatici, e hanno la capacità di polimerizzare nel tetraidrofurano. Nelle soluzioni, possono formare aggregati come dimeri, tetrameri ed esameri, il che influisce sulla loro reattività. La presenza di complessanti forti come la tetrametiletilendiammina può aumentare la reattività dei composti litio-organici rompendo la struttura degli aggregati.

I composti litio-organici come il n-butillitio, il metillitio e il t-butillitio trovano impiego come basi forti, nucleofili, riducenti, in reazioni di metallazione, come iniziatori e/o catalizzatori nelle polimerizzazioni e come catalizzatori nelle sintesi organiche.

La sintesi dei composti litio-organici avviene mediante la reazione tra un cloruro alchilico e litio in benzene o in un idrocarburo alifatico, ad esempio: R-Cl + 2 Li → R-Li + LiCl. Tra i composti litio-organici più importanti, il n-butillitio può essere ottenuto dalla reazione tra l’1-bromobutano e il litio secondo l’equazione: C4H9Br + 2 Li → C4H9Li + LiBr. Inoltre, molti composti litio-organici possono essere preparati a partire dal n-butillitio o da altri composti alchillitio tramite reazioni di metallazione, in cui un metallo viene introdotto in una molecola organica sostituendo un atomo di idrogeno con un metallo.

I composti litio-organici mostrano decomposizione termica, producendo alcheni e idruro di litio. Inoltre, in presenza di acqua formano alcano e idrossido di litio, mentre in presenza di ossigeno danno luogo alla formazione di un alcossido.

Dal punto di vista delle reazioni, i composti litio-organici attaccano i composti contenenti un gruppo carbonilico tramite attacco nucleofilo del carbanione, producendo alcoli primari, secondari o terziari a seconda del composto di partenza. La reazione del biossido di carbonio con un composto litio-organico porta alla formazione di un acido carbossilico. Inoltre, i composti litio-alchilici possono sottostare al riarrangiamento [1,2] di Witting con gli eteri, producendo alcoli secondo un meccanismo radicalico, e ad una reazione sigmatropica detta riarrangiamento [2,3] di Witting con gli eteri allilici, producendo alcoli allilici.

Un’applicazione importante dei composti litio-organici, in particolare del n-butillitio, è nel campo industriale come catalizzatori nella polimerizzazione anionica di polimeri come polibutadiene, poliisoprene e polistirene.

Acidi minerali: acido nitrico, solforico, cloridrico

Fabrice Deseaux

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6 Dicembre 2023

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Acidi minerali: acido nitrico, solforico, cloridrico

Acidi minerali: utilizzo e scoperta

Gli acidi minerali sono sostanze inorganiche senza carbonio, ampiamente utilizzate come materia prima nell’industria. Furono scoperti da figure come Abū Mūsā Jābir ibn Ḥayyān al-Azdī, noto come Gerber, durante l’VIII secolo grazie alla loro capacità di sciogliere metalli.

Un importante alchimista spagnolo del XIV secolo, attribuì la scoperta dell’acido solforico e si interessò agli acidi forti, aprendo la strada per la produzione di altri acidi minerali, come l’acido nitrico e l’acido cloridrico.

L’alchimista pseudo-Gerber spiegò il processo per ottenere l’acido solforico riscaldando composti contenenti zolfo, con la formazione di zolfo e un gas contenente ossigeno. Raffreddando questo gas in presenza di acqua, si ottiene un liquido oleoso, noto come acido solforico acquoso, in grado di sciogliere i metalli.

L’acido nitrico è stato ottenuto dal nitro, oggi noto come nitrato di potassio, e l’acqua regia, utile per sciogliere l’oro, è stata scoperta attraverso la miscelazione di un sale ammoniacale, ovvero il cloruro di ammonio, con l’acido nitrico.

Attualmente, gli acidi minerali sono utilizzati in numerose reazioni industriali per la produzione di sostanze sia organiche che inorganiche, sfruttando le loro proprietà corrosive. Tra i principali acidi minerali si trovano l’acido solforico, l’acido nitrico e l’acido cloridrico, ma vi sono anche molti altri acidi, dai superacidi agli acidi deboli.

Solubilità dei composti organici: test di solubilità

Fabrice Deseaux

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6 Dicembre 2023

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Solubilità dei composti organici: test di solubilità

Test di solubilità nei composti organici: Importanza e influenze

La solubilità dei composti organici gioca un ruolo critico nella loro purificazione e isolamento da altre sostanze. Questo fenomeno è strettamente legato alla struttura molecolare dei composti stessi, e pertanto, è possibile prevedere la loro solubilità in differenti solventi sulla base di questa conoscenza.

La solubilità dei composti organici è un aspetto di fondamentale importanza per le applicazioni sintetiche, in quanto i reagenti e i substrati devono essere adeguatamente solubili per permettere le reazioni chimiche.

Influenza dei fattori sulla solubilità

La solubilità è influenzata dalle forze intermolecolari che agiscono tra le molecole del soluto e del solvente. Tali forze possono variare considerevolmente, da deboli, come le interazioni dipolo-indotto, a forti, come i legami a idrogeno. Una regola base, basata sulla polarità delle molecole, stabilisce che le molecole polari si solubilizzano meglio in solventi polari, come l’acqua o gli alcoli, mentre le molecole apolari si solubilizzano in solventi apolari, come l’esano o il benzene.

La polarità delle molecole organiche è principalmente determinata dalla presenza di atomi ad alta elettronegatività, come azoto o ossigeno, che possono essere parte di specifici gruppi funzionali.

Eseguire test di solubilità

È possibile eseguire dei test di solubilità in diverse soluzioni, ad esempio in acqua, in idrossido di sodio al 5%, in bicarbonato di sodio al 5%, e in acido cloridrico al 5%. Questi test forniscono importanti informazioni sulla polarità delle molecole e sulla presenza di specifici gruppi funzionali.

Solubilità degli acidi carbossilici e dei fenoli

I composti come gli acidi carbossilici e i fenoli mostrano comportamenti specifici in relazione alla solubilità. Ad esempio, l’acido benzoico, scarsamente solubile in acqua, diventa solubile quando trattato con una soluzione di idrossido di sodio al 5%, a causa della formazione di benzoato di sodio, il quale è solubile in acqua.

Rilevare la presenza di gruppi funzionali

La solubilità in specifici solventi può fornire evidenze sperimentali sulla presenza o assenza di determinati gruppi funzionali nelle molecole organiche. Ad esempio, la solubilità in acqua può indicare la presenza di gruppi polari come -OH, -NH2 o -COOH, mentre la reazione con acidi o basi può rivelare la formazione di specie ioniche.

La comprensione della solubilità dei composti organici è fondamentale per la chimica sintetica e analitica, consentendo la previsione e il controllo delle interazioni molecolari.

Alcoli: acidità, effetto induttivo, solvatazione

Fabrice Deseaux

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6 Dicembre 2023

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Alcoli: acidità, effetto induttivo, solvatazione

Acidità e Effetto Induttivo negli Alcoli

Gli alcoli sono composti organici che contengono il gruppo funzionale –OH legato a un atomo di carbonio e sono caratterizzati da bassa acidità. L’elettronegatività dell’ossigeno è superiore a quella del carbonio e a quella di altri elementi. Questo rende il legame –C-O- e il legame –O-H polari, conferendo all’atomo di ossigeno una maggiore ricchezza di elettroni. Di conseguenza, gli alcoli sono considerati acidi più forti rispetto agli alcani e agli eteri. Tuttavia, sono acidi più deboli rispetto all’acqua.

Il valore di pKa degli alcoli, generalmente compreso tra 15 e 20, è superiore al pKw dell’acqua che è di 14. L’equilibrio acido-base di un alcol può essere rappresentato come segue: R-OH + OH- ⇌ R-O- + H2O. La base coniugata dell’alcol, R-O-, è chiamata ione alcossido.

La stabilità della base coniugata è determinante per l’acidità di una specie. La base coniugata di un alcol può essere stabilizzata sia per risonanza che per effetto induttivo. Ad esempio, il cicloesanolo ha un pKa pari a 16, mentre il fenolo ha un pKa pari a 10. La maggiore acidità del fenolo è attribuita alla stabilizzazione per risonanza del suo ione fenossido.

L’effetto induttivo è un altro fattore che influenza l’acidità degli alcoli. Ad esempio, il 2,2,2-trifluoroetanolo è più acido dell’etanolo a causa della maggiore elettronegatività del fluoro. Inoltre, gli alcoli primari sono generalmente più acidi rispetto agli alcoli secondari, che a loro volta sono più acidi degli alcoli terziari.

Inoltre, l’ordine di acidità degli alcoli può variare a seconda dello stato fisico. In fase gassosa, l’ordine di acidità degli alcoli è opposto rispetto a quello in soluzione a causa dell’effetto della solvatazione, dove gli alcossidi di dimensioni minori possono interagire con un maggior numero di molecole di acqua.

In conclusione, l’acidità degli alcoli dipende dalla stabilità della base coniugata, dall’effetto induttivo e dall’effetto della solvatazione, fenomeni che influenzano notevolmente le proprietà chimiche di questi composti.

Acidi forti: caratteristiche, esempi, costanti di equilibrio

Fabrice Deseaux

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6 Dicembre 2023

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Acidi forti: caratteristiche, esempi, costanti di equilibrio

Acidi Forti: Caratteristiche, Esempi e Costanti di Equilibrio

Gli acidi forti si distinguono per la completa dissociazione in soluzione, determinando un pH corrispondente al logaritmo negativo della concentrazione dell’acido. Secondo la teoria di Arrhenius, gli acidi sono capaci di liberare ioni H⁺ in soluzione, mentre secondo la teoria di Brönsted-Lowry, gli acidi fungono da donatori di protoni. La maggior parte degli acidi considerati acidi di Arrhenius sono anche considerati acidi forti.

A differenza degli acidi deboli, gli acidi forti sono in minor numero sia inorganici che organici.

Caratteristiche degli Acidi Forti

Gli acidi forti spiccano per la loro elevata costante di equilibrio K_a, che li rende capaci di avere un pH inferiore a zero quando sono molto concentrati. Ad esempio, l’acido cloridrico, caratterizzato da una costante dell’ordine di 10⁶, avrà un pH inferiore a zero se la sua concentrazione supera 1 M.

La concentrazione degli ioni H⁺ in soluzione coincide con la concentrazione dell’acido. Ad esempio, per l’acido cloridrico, la sua dissociazione in acqua può essere espressa come: HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl^–. Quindi, se la concentrazione di HCl è 0,10 m, avremo [H₃O⁺] = 0,10 e il pH sarà 1,0.

Valori delle Costanti di Equilibrio

Ecco un elenco di alcuni acidi forti, ordinati in base all’acidità decrescente, e le rispettive costanti di dissociazione (K_a):

– Acido perclorico (HClO₄), K_a = 10¹⁰
– Acido iodidrico (HI), K_a = 10^9,3
– Acido bromidrico (HBr), K_a = 10^8,7
– Acido cloridrico (HCl), K_a = 10⁶
– Acido solforico (H₂SO₄) *, K_a = 10³
– Acido p-toluensolfonico (CH₃C₆H₄SO₃H)**, K_a = 10^2,8
– Acido nitrico (HNO₃), K_a = 10²
– Acido metansolfonico (CH₃SO₃H), K_a = 10^1,9

*Si fa notare che l’acido solforico è un acido diprotico, forte solo nella prima dissociazione, mentre la seconda è regolata da una K_a dell’ordine di 10^-2.

Conclusione

Gli acidi forti presentano costanti di equilibrio notevolmente elevate, conferendo loro una capacità di ridurre il pH a valori inferiori a zero quando sono altamente concentrati. Questo rende gli acidi forti particolarmente importanti in vari contesti a livello chimico e industriale, sottolineando l’importanza di comprenderne le caratteristiche e le costanti di equilibrio per un’approfondita conoscenza della chimica.

Composti inorganici del carbonio: ossidi, carbonati, idrogenocarbonati

Fabrice Deseaux

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6 Dicembre 2023

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Composti inorganici del carbonio

I composti inorganici del carbonio sono sostanze che contengono carbonio estratte da minerali, secondo un’antica definizione ancora accettata.

Nel 1807, il chimico svedese Berzeluis coniò il termine “chimica organica” per indicare la branche della chimica che si occupa di composti contenenti carbonio estratti da organismi viventi. In contrapposizione, i composti contenenti carbonio estratti dai minerali venivano definiti “composti inorganici del carbonio”. Nonostante nel 1828 il chimico tedesco Wöhler abbia sintetizzato l’urea a partire dalla decomposizione del cianato di ammonio, la suddivisione ipotizzata da Berzelius è ancora oggi utilizzata.

Il carbonio si presenta in varie forme allotropiche, tra cui il diamante e la grafite. Solo negli ultimi decenni sono state scoperte altre forme allotropiche, come i fullerene e il grafene.

La chimica del carbonio è determinata da tre fattori principali: l’ibridazione del carbonio, l’elettronegatività e la formazione di doppi legami con i non metalli come azoto, ossigeno, fosforo e zolfo.

Composti

I composti inorganici del carbonio includono carburi, ossidi e carbonati.

I carburi possono essere classificati in base alle loro proprietà e si distinguono in carburi covalenti o molecolari, ionici o salini e interstiziali. Tra i carburi più importanti ci sono il carburo di silicio, il carburo di calcio e il carburo di tungsteno.

Ossidi

Gli ossidi del carbonio includono il monossido di carbonio (CO) e il biossido di carbonio (CO2), derivanti rispettivamente dalla combustione incompleta e completa del carbonio. Il monossido di carbonio può essere ottenuto anche dalla reazione tra carbonio e vapore acqueo.

Il monossido di carbonio è un gas tossico che reagisce con l’emoglobina del sangue per formare la carbossiemoglobina. È un gas incolore, insapore e inodore.

Il biossido di carbonio è un gas incolore, inodore e incombustibile costituito da una molecola lineare apolare. E’ un gas presente nell’atmosfera ottenuto da processi di combustione, dalla fermentazione dei carboidrati ed è un sottoprodotto della respirazione. E’ una sostanza di fondamentale importanza nei processi vitali di animali e piante.

Inoltre, il biossido di carbonio trova ampio utilizzo nell’industria chimica.La fotosintesi clorofilliana e la respirazione sono processi cruciali nel ciclo del carbonio. Le piante verdi, organismi autotrofi, sono in grado di convertire il biossido di carbonio e l’acqua in glucosio e ossigeno secondo l’equazione: 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2. Al contrario, nel processo di respirazione, viene assunto ossigeno e la reazione avviene in senso inverso.

Il biossido di carbonio si solubilizza in acqua a pressione atmosferica per formare un equilibrio con l’acido carbonico. La sua solubilità è influenzata dalla pressione secondo la legge di Henry. Questo gas incombustibile è utilizzato in diversi settori, tra cui nell’industria alimentare come regolatore dell’acidità e negli estintori.

I carbonati, composti inorganici del carbonio, includono il carbonato di sodio (soda), che trova impiego nell’igiene domestica, nella produzione di vetro, carta, saponi e detergenti. Questo composto è inoltre utilizzato come addolcitore dell’acqua, per precipitare gli ioni di calcio e magnesio presenti nelle acque dure, e come materia prima per la sintesi di vari composti chimici.

Altri carbonati comuni sono il carbonato di potassio (potassa), utilizzato nella produzione di vetro e saponi, quello di litio, impiegato nelle batterie al litio e come stabilizzante dell’umore, e il carbonato di calcio, impiegato nella fabbricazione di carta e materie plastiche e come correttivo dell’acidità del terreno.

Inoltre, ci sono altri composti legati al carbonato come quelli di stronzio, nichel e cobalto, ognuno con diversi utilizzi industriali e chimici. Gli idrogeno carbonati, noti come bicarbonati, sono impiegati in prodotti come lieviti chimici, antiacidi, dentifrici e per la deacidificazione dei fumi industriali derivanti da processi di combustione.

In conclusione, i carbonati e gli idrogeno carbonati giocano un ruolo significativo in numerosi settori industriali e chimici, fornendo una vasta gamma di utilizzi e applicazioni nella vita di tutti i giorni.