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Trasposizioni ioniche: neopentilica, pinacolica, di Wolff

Redazione

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30 Novembre 2023

Trasposizioni ioniche: neopentilica, pinacolica, di Wolff

Le trasposizioni sono reazioni che comportano un riarrangiamento dello scheletro molecolare, producendo un isomero strutturale della molecola originale.

La migrazione di un gruppo Z da una posizione A a un’altra posizione B di una molecola viene definita come trasposizione o riarrangiamento. Si distinguono varie tipologie di trasposizioni, tra cui quelle ioniche che coinvolgono specie cariche positivamente o negativamente.

Tra le trasposizioni ioniche, la trasposizione neopentilica avviene per azione degli acidi alogenidrici su alcoli neopentilici, producendo alogenuri terziari.

Un altro esempio è la trasposizione pinacolica, che coinvolge la reazione di 1,2-dioli con acidi, portando alla formazione del composto 3,3-dimetil butan-2-one, noto come pinacolone.

La trasposizione di Wolff è un processo in cui un α-diazochetone, ottenibile per reazione di un cloruro acido con diazometano, tende a perdere una molecola di azoto per dar luogo a cheteni.

La reazione del diazometano con i cloruri acidi, seguita dalla trasposizione di Wolff, permette l’allungamento della catena carboniosa di un acido carbossilico di una unità, con la formazione dell’epossido come sottoprodotto.

In ambiente acido, le aldeidi e i chetoni possono portare alla formazione dei carbocationi α-idrossilati che si modificano per dare prodotti di trasposizione.

In questo tipo di reazioni, è possibile ottenere una varietà di prodotti derivati da un carbocatione intermedio e sono conosciute come trasposizioni di Wagner-Meerwein, che possono coinvolgere anche l’allontanamento di gruppi diversi dall’acqua.

Questi processi di trasposizione ionica e di riarrangiamento sono di grande importanza in diversi campi della chimica organica, permettendo di ottenere nuove molecole e composti con applicazioni in vari settori.

Viscosità dinamica e cinematica

Redazione

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30 Novembre 2023

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Viscosità dei fluidi: dinamica e cinematica

La viscosità è la proprietà di un fluido di opporsi al movimento quando attraversa un condotto. Oltre all’azione frenante esercitata dalle pareti del condotto, sul fluido agisce una forza frenante tra le molecole stesse, rallentandone il movimento. Per comprendere questo fenomeno, è importante considerare che il movimento della massa all’interno del condotto è il risultato dello spostamento di strati lamellari di sostanza, con velocità massima per lo strato centrale che diminuisce gradualmente verso quelli esterni e diventa praticamente nulla per lo strato aderente alle pareti del condotto.

La resistenza allo scorrimento misura l’attrito interno del liquido e si oppone allo spostamento delle molecole. La viscosità dinamica è definita come il rapporto tra la forza applicata, l’area della lamina del liquido e la velocità, e il suo coefficiente di proporzionalità prende il nome di viscosità dinamica. Si esprime in pascal-secondi (Pa·s) nel Sistema Internazionale (SI) e viene comunemente misurata in poise (P), dieci volte minore rispetto all’unità di misura espressa nel SI.

Inoltre, oltre alla viscosità dinamica, è definita anche la viscosità cinematica, che tiene conto della densità del liquido. Questo parametro si rivela utile per confrontare la viscosità di un liquido in esame con quella di un liquido campione, come l’acqua. La variazione della viscosità con la temperatura è un aspetto di rilevanza, poiché la viscosità di un liquido diminuisce con l’aumentare della temperatura in modo non lineare, mentre quella di un gas aumenta con l’aumentare della temperatura.

La rappresentazione grafica della variazione della viscosità con la temperatura può essere espressa da un numero noto come l’indice di viscosità, che esprime detta variazione riferendola a due serie di oli costituite ciascuna da 121 tipi.

Nel complesso, la comprensione dei concetti di viscosità dinamica e cinematica è cruciale per comprendere il comportamento dei fluidi in diversi contesti e condizioni, come nella progettazione di processi industriali, nel settore automobilistico, e in molte altre applicazioni pratiche.

Produzione del ferro: ottenimento, processo Bessmer

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Produzione del ferro: ottenimento, processo Bessmer

La produzione del ferro: processo di ottenimento e processo Bessemer

Per ottenere il ferro dai minerali, vengono impiegati processi siderurgici in cui i minerali vengono ridotti con carbone, di solito il coke metallurgico ottenuto per distillazione secca di litantraci.

Il ferro è il secondo metallo più abbondante nella crosta terrestre, dopo l’alluminio, ed è considerato uno dei componenti principali del nucleo terrestre, insieme al nichel. Presente in natura in diversi minerali come ematite (Fe2O3), magnetite (Fe3O4), limonite (FeO(OH)), siderite (FeCO3) e pirite (FeS2), il ferro è stato conosciuto fin dall’antichità ed è ampiamente diffuso.

Il processo di riduzione avviene in forni alti fino a trenta metri chiamati altiforni. La miscela bilanciata di minerale, coke e fondente viene immessa dall’alto, mentre il metallo fuso viene estratto più volte al giorno dal crogiolo sottostante. Durante questo processo, la temperatura all’interno dell’altoforno raggiunge valori tra i 200 e i 2000°C.

In questo contesto, il carbone reagisce con l’ossigeno production un gas riducente, il monossido di carbonio, che facilita la riduzione del minerale solido e aumenta la temperatura all’interno del forno. Le reazioni avvengono in diverse fasi e contribuiscono ad elevare la temperatura all’interno dell’altoforno.

Il ferro estratto dal processo non è puro e costituisce la ghisa, contenente in media il 4% di carbonio, il 2.5% di silicio, il 2% di fosforo, lo 0.1% di zolfo e fino al 2.5% di manganese. La ghisa viene ottenuta in due forme, la ghisa bianca e la ghisa grigia, con proprietà e utilizzi diversi.

La gran parte della ghisa prodotta viene convertita in acciaio attraverso processi di raffinazione che comportano l’ossidazione del carbonio, l’eliminazione del fosforo e dello zolfo, e l’aggiunta di altri metalli per conferire le proprietà desiderate.

Il processo di ottenimento del ferro e la produzione della ghisa sono fasi fondamentali nella lavorazione del ferro e nella produzione di acciaio, materiali di importanza cruciale per numerose applicazioni industriali.Lavorazioni dell’acciaio: tecniche e proprietà

L’acciaio viene prodotto attraverso varie tecniche, ciascuna delle quali conferisce caratteristiche uniche al prodotto finale. Un metodo tradizionale è il “crogiolo aperto”, in cui la ghisa viene mantenuta fusa in recipienti poco profondi. Un’altra opzione è il “processo Bessemer”, un processo rapido che impiega circa 10-20 minuti per ciclo e produce un prodotto di qualità inferiore. Esistono anche altri processi come i forni Martin e i forni elettrici, utilizzati per produrre acciai speciali. Gli acciai differiscono a seconda del contenuto di carbonio: quelli a basso tenore sono duttili e malleabili, mentre quelli ad alto contenuto di carbonio sono particolarmente duri e utilizzati per costruire utensili. Gli acciai inossidabili contengono cromo e nichel, mentre quelli per utensili includono tungsteno, vanadio e cromo.

Le proprietà meccaniche di un acciaio dipendono non solo dalla composizione chimica, ma anche dai trattamenti termici a cui è sottoposto. Ad esempio, l’acciaio può diventare molto duro e fragile se è riscaldato vicino al punto di fusione e raffreddato rapidamente per immersione in acqua o olio (tempera). La fragilità può essere attutita mediante il processo di ricottura a temperatura intorno ai 300°C. Questi cambiamenti di proprietà sono legati agli equilibri di fase ferro-carbonio e alla stabilizzazione mediante raffreddamento rapido della fase austenitica.

Proprietà dell’acciaio

Il ferro puro esiste in tre modificazioni cristalline: a bassa temperatura è stabile la forma α con reticolo cubico a corpo centrato; a 910 °C si ha la forma γ con struttura cubica a facce centrate; a 1390 °C torna ad essere stabile una forma cubica a corpo centrato, la forma δ; il ferro fonde a 1535 °C. fino a 768 °C è ferromagnetico, ovvero conserva la magnetizzazione anche quando è cessata l’azione del campo magnetizzante.

Il metallo puro è argenteo, duttile e malleabile e si combina con quasi tutti i non metalli a temperature moderate. Si scioglie in acidi non ossidanti dando lo ione Fe2+, mentre in quelli ossidanti dà lo ione Fe3+; in ambiente fortemente ossidante si passiva. I principali stati di ossidazione del ferro sono II e III. Il ferro è un elemento di estrema importanza biologica: è presente infatti nella emoglobina e nella mioglobina oltre che in vari enzimi.

La chinina: formazione, alcaloidi

Biochimica

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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La Chinina: Caratteristiche, Formazione e Utilizzi

La chinina, con formula C20H24N2O2, costituisce uno dei principali componenti e principi attivi dell’estratto di corteccia di Cinchona. Già nel 1639 è stata riconosciuta la sua efficacia come rimedio antimalarico per la malaria, una malattia infettiva che può manifestarsi con sintomi come febbre, brividi, mal di testa, mal di schiena, sudorazione profusa, dolori muscolari, nausea, vomito, diarrea e tosse. Le infezioni non trattate possono portare a gravi complicazioni o addirittura al decesso.

La chinina si forma dagli alcaloidi indolici attraverso modifiche strutturali come l’idrolisi e decarbossilazione del gruppo estereo, la riduzione del gruppo aldeidico ad alcol primario e la successiva fosforilazione. L’attività della chinina va oltre l’antiprotozoaria, includendo effetti antipiretici, analgesici e miorilassanti. In passato era usata anche per rinforzare la struttura del capello e stimolarne la crescita, in associazione a un complesso di vitamine B.

Gli alcaloidi, molto eterogenei e diffusi nelle piante, sono suddivisi in tre tipi principali: alcaloidi non eterociclici, pseudo alcaloidi, e alcaloidi eterociclici. Quest’ultimi possono essere classificati in base alla struttura dell’eterociclo che contiene l’atomo di azoto. Gli alcaloidi, nonostante la grande varietà strutturale, sono caratterizzati dalla presenza di azoto, dalla basicità, e da insolubilità in acqua ma solubilità negli alcoli. Essi sono conosciuti per i loro effetti fisiologici marcati.

L’importanza della chinina come antimalarico è stata gradualmente soppiantata dalla clorochina, a causa della crescente resistenza dei ceppi di Plasmodium falciparum. Tuttavia, la scoperta della sua struttura chimica e la sua sintesi hanno richiesto molto tempo e sforzi.

In conclusione, la chinina, insieme agli altri alcaloidi, continua a suscitare grande interesse e studi da parte dei ricercatori grazie alle loro caratteristiche e proprietà chimiche uniche.

Coenzimi: struttura, meccanismo di azione

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Coenzimi: struttura, meccanismo di azione

Coenzimi: tutto quello che devi sapere sulla loro struttura e meccanismo di azione

I coenzimi sono molecole organiche non proteiche che si legano agli enzimi per catalizzare reazioni biochimiche. Le catene laterali dei 20 amminoacidi che costituiscono le proteine non forniscono gruppi funzionali sufficientemente vari da catalizzare tutte le reazioni necessarie al metabolismo. Di conseguenza, molti centri attivi degli enzimi richiedono, per poter esercitare la loro azione catalitica, dei gruppi funzionali particolari forniti dai coenzimi. Nelle ossidoreduttasi, il coenzima agisce come un agente ossidante o riducente, e generalmente deve allontanarsi dopo aver esercitato la sua azione per “ricaricarsi” da qualche altra parte. Le vitamine sono generalmente coenzimi forniti dal cibo della nostra dieta, poiché l’organismo dipende da altri organismi che svolgono la loro sintesi.

Il coenzima principale delle ossidoreduttasi è il dinucleotide nicotinammide-adenina (NAD), che si trasforma nella forma ridotta NADH con l’aggiunta di idrogeno, agendo come agente ossidante o riducente. NADH può cedere uno ione idruro, analogamente agli idruri metallici. Lo schema più comune per simboleggiare le reazioni biochimiche è esemplificato dalla riduzione dello ione piruvato con NADH.

Struttura

La vitamina B1 o tiamina pirofosfato (TTP) è un coenzima universale, responsabile della decarbossilazione degli α-chetoacidi. Agisce soprattutto nella conversione dello ione piruvato nell’importante tioestere dell’acido acetico, l’acetil-coenzima A. La struttura della tiamina è stabile grazie all’acidità del protone, che permette all’anione di reagire anche a pH 7. Questo coenzima agisce attivamente nella sintesi e nella degradazione degli amminoacidi, permettendo la formazione di aldeidi e α-chetoacidi.

Un altro esempio di azione enzimatica è la versatilità della vitamina B6 (piridossale), che è coinvolta nella sintesi e nella degradazione degli amminoacidi. Il gruppo aldeidico della piridossale reagisce facilmente con gli amminoacidi, formando un’immidina complessa con ioni metallici. La capacità dell’anello piridinico di accettare elettroni gli permette di agire come un carbonile vinilogo in diverse reazioni biochimiche.

In sintesi, i coenzimi svolgono un ruolo cruciale nel metabolismo, fornendo gruppi funzionali specifici necessari per catalizzare reazioni biochimiche vitali. La comprensione della struttura e del meccanismo di azione dei coenzimi è fondamentale per comprendere i processi metabolici e per lo sviluppo di terapie mirate per disfunzioni enzimatiche.

Stato di transizione: equazione di Arrhenius, grafici

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Stato di transizione: equazione di Arrhenius, grafici

Equazione di Arrhenius: La Velocità di Reazione e l’Effetto della Temperatura

La velocità di una reazione è determinata dalla formazione di uno stato di transizione che soddisfa i requisiti di una collisione efficace. Lo stato di transizione è un aggregato molecolare in cui le molecole reagenti con sufficiente energia hanno provocato un urto efficace a seguito del quale si trovano nelle condizioni di dare i prodotti di reazione.

La variazione dell’energia di attivazione richiesta per dare lo stato di transizione a partire dai reagenti è in relazione con la facilità con cui la reazione ha luogo.

Dipendenza della Velocità di Reazione dalla Temperatura: Equazione di Arrhenius

La dipendenza della velocità della reazione dalla temperatura viene formulata dall’equazione di Arrhenius:

K = A e^-Ea/RT

Dove K è la costante specifica della reazione; A la costante caratteristica della reazione detta fattore di frequenza; Ea l’energia di attivazione; R costante universale dei gas; T temperatura assoluta.

Grafico delle Variazioni di Energia nelle Reazioni Chimiche

Le variazioni di energia nel corso di una reazione sono illustrate mediante un diagramma in cui si riporta l’energia in funzione di una coordinata che rappresenta il progredire di una reazione ed è detta coordinata di reazione. Quest’ultima rappresenta la continua modificazione della geometria del sistema mano a mano che la collisione schiaccia le molecole l’una contro l’altra, comprimendo, estendendo, modificando i legami ovvero rompendo legami preesistenti e formandone di nuovi.

A sinistra del diagramma sono indicate le molecole separate e non interagenti; procedendo verso destra lungo la coordinata di reazione le molecole collidono e progressivamente si deformano. Mano a mano che si procede cresce l’energia fino al raggiungimento dello stato di transizione (ǂ). Dopo il raggiungimento dello stato di transizione l’energia inizia a diminuire fino al raggiungimento di molecole stabili.

Reazioni a Due Stadi

Alcune reazioni procedono a due stadi e possono essere illustrate dal seguente diagramma. Ciascuno dei due stadi comporta uno stato di transizione, ma la velocità della reazione è determinata da quello definito stadio lento che corrisponde al punto più alto della curva. Il fatto che si formi un ulteriore intermedio, prima dei prodotti finali, non ha alcun effetto sulla velocità di reazione, poiché l’intermedio si decompone così rapidamente come esso si forma.

Le reazioni chimiche possono essere sia esotermiche (avvengono con sviluppo di energia) che endotermiche (avvengono con assorbimento di energia). Nelle reazioni esotermiche i prodotti di reazione hanno energia minore dei reagenti e il diagramma si presenta nelle forme viste. Se i prodotti hanno energia maggiore dei reagenti la reazione è endotermica.

Acqua ossigenata: proprietà, sintesi, usi

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Acqua ossigenata: proprietà, sintesi, usi

Acqua ossigenata: tutto quello che c’è da sapere

L’acqua ossigenata, con nome IUPAC perossido di idrogeno e formula H2O2, è un composto chimico con numerose proprietà e utilizzi. Essa contiene il gruppo perossidico formato da due atomi di ossigeno legati da un legame covalente, conferendole proprietà specifiche.

Proprietà e sintesi

La geometria molecolare dell’acqua ossigenata non è planare, con i legami O-H che formano un angolo diedro di 111°. Si tratta di un liquido incolore con punto di ebollizione a 152.1 °C e punto di congelamento a -0.89 °C. La sua decomposizione avviene in presenza di ioni di metalli pesanti, come il ferro, secondo la reazione: 2 H2O2 = 2 H2O + O2. L’acqua ossigenata è inoltre più acida dell’acqua e può funzionare sia da riducente che da ossidante. Per la sua sintesi, si può ricorrere all’ossidazione anodica dell’acido solforico con formazione dell’acido perossidisolforico H2S2O8.

Usi e applicazioni

L’acqua ossigenata ha molteplici utilizzi, tra cui come disinfettante per escoriazioni, ferite e ulcere grazie alle sue proprietà ossidoriduttive e alla formazione di ossigeno gassoso, che aiuta a pulire meccanicamente la ferita. Inoltre, può essere impiegata come decolorante, purché utilizzata in soluzioni diluite.

In conclusione, l’acqua ossigenata è un composto versatile con numerose proprietà e applicazioni in vari campi, dalla disinfezione alla decolorazione. La sua sintesi e la sua stabilità in diverse condizioni offrono l’opportunità di impiegarla in un’ampia gamma di contesti chimici e biologici.

Lacche per capelli: composizione, consigli

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Lacche per capelli: composizione, consigli

Lacche per capelli: composizione e consigli

Le lacche per capelli sono prodotti utilizzati per stabilizzare e mantenere a lungo una pettinatura. La loro azione è simile a quella di una rete invisibile che tiene insieme i capelli, impedendo loro di spostarsi. È importante scegliere la lacca giusta in base alle proprie esigenze e al proprio tipo di capelli, tra cui: ricci, colorati, tenuta leggera, tenuta forte, capelli grassi, tenuta extra-forte e protezione dai raggi solari.

Per quanto riguarda l’applicazione, la lacca va spruzzata sui capelli asciutti a una distanza di circa 30 cm per 5-10 secondi, evitando il contatto con gli occhi e l’inalazione del prodotto. È necessario attendere che si asciughi naturalmente o utilizzare un getto d’aria fredda per accelerare il processo.

Composizione delle lacche per capelli

Le lacche per capelli contengono diversi componenti principali: i solventi, che favoriscono l’essiccazione rapida del film di resina; le sostanze filmogene, che proteggono i capelli dall’umidità e li rendono idrorepellenti; gli ammorbidenti, che conferiscono plasticità al film, resistenza all’acqua e brillantezza ai capelli; gli additivi, come i tensioattivi e gli agenti antistatici; e le essenze profumate, per coprire eventuali odori sgradevoli.

Inoltre, le lacche per capelli contengono gas propellenti all’interno di bombolette spray, che consentono la fuoriuscita del prodotto. È importante ricordare che a causa della presenza di gas compresso, le lacche per capelli non possono essere trasportate nei bagagli aerei, ma devono essere tenute in un sacchetto di plastica trasparente e mostrate al controllo di sicurezza.

Ricordati di scegliere la lacca che meglio si adatta alle tue esigenze e di utilizzarla correttamente per ottenere il massimo risultato senza danneggiare i tuoi capelli.

Ka e Kb: costante acida e costante basica

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Ka e Kb: costante acida e costante basica

Costante acida e costante basica: concetti fondamentali

La costante di dissociazione acida, nota come K_a, si riferisce alla dissociazione di un acido debole, mentre la costante di dissociazione basica, indicata come K_b, si riferisce alla dissociazione di una base debole. Queste grandezze sono strettamente correlate tra loro.

Per esempio, consideriamo l’equilibrio di dissociazione di un acido debole, HA, descritto dalla seguente equazione:
HA + H₂O ⇌ A^– + H₃O⁺
La sua costante di dissociazione è definita da:
K_a = [A^–][H₃O⁺] / [HA] (1)

La base coniugata dell’acido HA è A^–, che reagisce con l’acqua secondo l’equilibrio:
A^– + H₂O ⇌ HA + OH^–
La relativa costante di equilibrio è data da:
K_b = [HA][OH^–] / [A^–] (2)

Moltiplicando le equazioni (1) e (2) otteniamo:
K_a ∙ K_b = [H₃O⁺] [OH^–] = K_w (3)
dove K_w rappresenta la costante di dissociazione dell’acqua.

Da questa relazione, notiamo che le costanti di equilibrio (K_a e K_b) dell’acido e della sua base coniugata sono strettamente proporzionali tra loro e il loro prodotto è uguale al prodotto ionico dell’acqua K_w = 1.0 ∙ 10^-14.

È importante sottolineare che il valore di K_w è influenzato dalla temperatura, come mostrato nella tabella seguente:

– Temperatura (°C) K_w pK_w pH neutro
– 0 1.14 ∙ 10^-15 14.94 7.47
– 10 2.93 ∙ 10^-14 14.53 7.27
– 20 6.81 ∙ 10^-14 14.17 7.08
– 25 1.00 ∙ 10^-14 14.0 7.00
– 30 1.47 ∙ 10^-14 13.83 6.92
– 40 2.92 ∙ 10^-14 13.54 6.77
– 70 1.59 ∙ 10^-13 12.80 6.40
– 100 5.13 ∙ 10^-13 12.29 6.14

Si assume comunemente che il pH di una soluzione neutra sia 7.00, ma in realtà questo è vero solo a 25°C. Il valore del pH varia da 7.47 a 0°C a 6.14 a 100 °C.

Questa relazione di proporzionalità inversa tra K_a e K_b implica che tanto più forte è l’acido, tanto più debole è la sua base coniugata e viceversa. Ad esempio, l’acido cloridrico è molto forte, quindi l’ione cloruro è una base molto debole, mentre per un acido debole come l’HCN, la sua base coniugata CN^– è meno debole rispetto a quella dell’ione Cl^–.

Adsorbimento fisico e chimico- grafici

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Adsorbimento fisico e chimico – concetti e differenze

L’adsorbimento è il processo attraverso il quale una sostanza solida, conosciuta come adsorbente, trattiene le molecole provenienti da una fase gassosa o liquida con cui entra in contatto. Tale fenomeno comporta diverse tipologie di interazioni, che vanno dalle interazioni deboli di van der Waals fino alla formazione di legami chimici tra l’adsorbato e l’adsorbente.

Esistono due tipi principali di adsorbimento: l’adsorbimento fisico, caratterizzato da energie di interazione dell’ordine di poche kcal/mol, e l’adsorbimento chimico, in cui le energie di interazione superano le 100 kcal/mol, avvicinandosi a quelle coinvolte nelle reazioni chimiche.

Le molecole adsorbite interagiscono diversamente a seconda della natura dell’adsorbente. Nel caso delle interazioni non direzionali, dette di dispersione, le molecole non vengono selezionate in base alla loro natura chimica, ma piuttosto in base alle loro dimensioni e polarizzabilità. In queste circostanze, si parla di adsorbimento non specifico. Tuttavia, se l’adsorbente è in grado di formare legami direzionali, come nel caso del legame a idrogeno, si tratta di adsorbimento specifico.

L’isoterma di adsorbimento, che rappresenta la quantità di sostanza adsorbita in funzione della pressione a temperatura costante, varia a seconda della natura dell’adsorbente, presentando andamenti complessi. In generale, la superficie dell’adsorbente non rimane invariata dopo l’adsorbimento di molecole, influenzando le interazioni con le molecole successive.

La complessità delle isoterme di adsorbimento non può essere rappresentata da un’equazione generale, ma esistono diverse equazioni, come l’equazione di Freundlich, l’equazione di Langmuir e l’equazione di Brunauer, Emmett e Teller (BET), in grado di descrivere queste relazioni. Tali equazioni tengono conto di variabili come la pressione parziale del componente in esame e il volume della sostanza adsorbita.

In generale, l’entità dell’adsorbimento diminuisce all’aumentare della temperatura, in accordo con il Principio di Le Chatelier, a meno che non si verifichino reazioni chimiche con la superficie dell’adsorbente.

Acquoioni: sfera di idratazione

Chimica Generale

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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Acquoioni: Le Componenti della Sfera di Idratazione

Nei processi chimici, i cationi e gli anioni si legano a un numero specifico di molecole d’acqua, dando origine a specie idrate chiamate acquoioni. Questo legame è chiamato numero di idratazione e determina l’organizzazione delle molecole d’acqua attorno alla specie in questione.

Le molecole d’acqua agiscono in modo specifico rispetto alle specie presenti in soluzione. Ad esempio, lo ione Cr³⁺ interagisce con sei molecole d’acqua disposte ai vertici di un ottaedro. Questo complesso di molecole d’acqua è noto come prima sfera di idratazione.

Inoltre, ciascuna di queste molecole può legarsi ad altre molecole di solvente attraverso legami a idrogeno, formando così una seconda sfera di idratazione. È importante notare che il numero esatto di molecole in questa seconda sfera non può essere determinato con precisione, ma si sa che sono legate meno saldamente rispetto a quelle della prima sfera.

Tutti i cationi presenti in soluzione sono idratati, e per molti di essi, come Ni²⁺, Fe²⁺, Co³⁺, Mg²⁺, la prima sfera di idratazione forma un ottaedro (con numero di idratazione uguale a sei). Altri cationi, come K⁺, Be²⁺, presentano quattro molecole nella prima sfera di idratazione, probabilmente disposte ai vertici di un tetraedro.

Allo stesso modo, anche gli anioni sono idratati e formano una prima e una seconda sfera di idratazione. Le molecole d’acqua si dispongono verso l’ione negativo con la parte positiva del dipolo, ovvero dalla parte degli idrogeni.

Gli ioni idratati sono noti come acquoioni e si rappresentano con il numero di molecole d’acqua che li circonda o con il suffisso “aq”. Ad esempio, l’acquoione cobalto (III) può essere simboleggiato come [Co(H₂O)₆]³⁺ o Co³⁺(aq).

Acquoioni allo stato solido

Gli acquoioni possono esistere anche allo stato solido, come ad esempio i cationi dei sali. Il perclorato di nichel (II) esaidrato Ni(ClO₄)₂⋅ 6 H₂O presenta un reticolo cristallino costituito da acquoioni nichel [Ni(H₂O)₆]²⁺ e ioni perclorato ClO₄⁻. Un tipo particolare di acquoione è lo ione idrogeno, che, a causa della sua elevata densità di carica, interagisce fortemente con le molecole del solvente.

È stato dimostrato che molti acidi solidi idrati del tipo HX⋅ H₂O sono costituiti da H₃O⁺ e X⁻. L’ione H₃O⁺, detto ione ossonio, ha una geometria piramidale interpretabile in termini di ibridazione sp³ dell’atomo di ossigeno.

Calore di idratazione

I valori dei calori di idratazione di alcuni ioni gassosi a 25° evidenziano che l’energia dell’interazione ione-solvente cresce al crescere della carica elettrica e al diminuire del raggio dello ione. In generale, l’energia dell’interazione ione-solvente è influenzata anche dalle dimensioni dello ione.

Inoltre, si osserva che a parità di carica elettrica, il calore di idratazione diminuisce al crescere delle dimensioni dello ione. I confronti dei valori del calore di idratazione degli ioni metallici in funzione del raggio ionico mostrano che, a parità di carica elettrica, il calore di idratazione diminuisce al crescere delle dimensioni dello ione.

Ioni metallici contenenti elettroni d

Ioni metallici contenenti elettroni d mostrano ulteriori variazioni nella struttura dell’acqua a causa della stabilizzazione del campo cristallino. Questi ioni possono avere un effetto strutturante o destrutturante a seconda della loro dimensione e carica. In generale, ioni di piccole dimensioni e carica elevata tendono ad avere un effetto strutturante, mentre ioni di grosse dimensioni e piccola carica tendono ad avere un effetto destrutturante.

Calce aerea: reazioni, spegnimento

Fabrice Deseaux

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30 Novembre 2023

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La Calce Aerea: Proprietà, Reazioni e Utilizzi

La calce aerea è un legante aereo che si indurisce solo quando esposto all’aria e ha un’ampia storia di utilizzo, risalente alle civiltà antiche come quella egiziana, mesopotamica ed etrusca. Dal punto di vista chimico, la calce è costituita da idrossido di calcio (Ca(OH)2), ottenuto a partire dal carbonato di calcio (CaCO3) che si trova nelle pietre calcaree.

Tipi di Calce e Processo di Calcinazione

Si distinguono due tipi di calce in base al contenuto di carbonato di magnesio: le calci grasse, di migliore qualità e con contenuto trascurabile di prodotto magnesiaco, e le calci magre, con un contenuto massimo di magnesio del 5%. La calce contenente più del 10% di carbonato di magnesio non è adatta per la produzione di calce.

Le fasi della trasformazione del calcare in calce spenta avvengono attraverso reazioni endotermiche ed esotermiche. All’interno delle apposite fornaci da calce, il calcare subisce una rapida e completa decomposizione a temperature tra 1100 e 1200 °C.

Spegnimento della Calce Viva

L’operazione di spegnimento della calce viva è cruciale per evitare il rischio di lenta idratazione, che potrebbe causare crepe nel materiale. L’idratazione della calce viva è una reazione esotermica, e la gestione del calore prodotto richiede particolari precauzioni.

Varietà di Calce Idrata e Utilizzi

La calce idrata può essere distinta in fiore di calce idrata e calce idrata da costruzione, in base al contenuto di idrossidi di calcio e magnesio. Viene utilizzata per la formazione di grassello o nell’impasto con sabbia per la produzione di malte aeree, utilizzate per vari scopi in edilizia.

Processo di Presa e Prove

La presa delle malte aeree avviene attraverso l’evaporazione dell’acqua e la cristallizzazione dell’idrossido di calcio, oltre alla reazione con il biossido di carbonio presente nell’atmosfera. Le malte aeree, tuttavia, presentano limiti nelle prestazioni meccaniche, limitandone l’impiego a parti interne e intonaci.

Le prove chimiche e tecnico-analitiche effettuate sulle calce aeree sono fondamentali per determinarne la composizione e le proprietà, garantendo la qualità del prodotto.

In conclusione, la calce aerea presenta una vasta gamma di applicazioni e proprietà che la rendono un materiale prezioso nel settore edile.