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Produzione elettrolitica della soda caustica

Redazione

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15 Novembre 2023

Produzione elettrolitica della soda caustica

La produzione della soda caustica attraverso elettrolisi può essere attuata utilizzando due tecniche principali: la tecnica a diaframma e la tecnica a catodo mobile di mercurio.

Tecnica a diaframma

Durante la tecnica a diaframma, una soluzione di NaCl (salamoia) viene elettrolizzata, producendo gas Cl2 e H2 e una soluzione residua di NaOH. Questa tecnica prevede l’uso di un setto poroso per separare i compartimenti anodico e catodico. Durante l’elettrolisi, si evita la diffusione di OH- nella salamoia, impedendo così la formazione di reazioni indesiderate. Una volta completata l’elettrolisi, la salamoia residua viene trattata per il recupero di NaCl e la concentrazione o cristallizzazione della soluzione contenente NaOH.

Tecnica a catodo mobile di mercurio (cella Castner-Kellner)

Nella tecnica a catodo mobile di mercurio, l’elettrolisi della salamoia avviene su un catodo di mercurio, generando un amalgama a potenziale di riduzione inferiore a quello del sodio. L’amalgama così ottenuto viene fatto fluire in una cella elettrolitica secondaria, chiamata cella di denudamento, dove funge da anodo. Anche in questo caso, gli anodi sono di DSA e il rendimento del processo è del 50%.

Indipendentemente dalla tecnica utilizzata, è fondamentale gestire adeguatamente i residui del processo a causa della presenza di mercurio, che sono tossici e cancerogeni.

In conclusione, la produzione elettrolitica della soda caustica è un processo complesso che richiede attenzione e controllo per garantire la sicurezza e la sostenibilità ambientale.

Soluzioni tampone di acidi poliprotici. Esercizi

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Soluzioni Tampone di Acidi Poliprotici

Le soluzioni tampone di acidi poliprotici sono costituite da acido fosforico e dalla relativa base coniugata diidrogeno fosfato, rappresentata dall’equilibrio chimico H₃PO₄ ⇄ H⁺ + H₂PO₄^–. La costante K_a1 relativa a tale equilibrio è K_a1 = 1.1 ∙ 10^-2 (ovvero pK_a1 = 1.96).

Tali soluzioni tampone operano in un range di pH determinato dall’intervallo di pK_a1 ± 1, ovvero pH = 1.96 ± 1. Allo stesso modo, sono impiegate soluzioni tampone costituite da diidrogeno fosfato-idrogeno fosfato e idrogeno fosfato-fosfato.

Le soluzioni tampone a base di acido carbonico-idrogeno carbonato e idrogeno carbonato-carbonato operano in intervalli di pH compresi tra 5.4 e 7.4 e tra 9.3 e 11.3, rispettivamente. Gli acidi poliprotici e i loro sali costituiscono le sostanze con cui sono preparate soluzioni tampone a determinati valori di pH.

Esercizi

Esercizio 1:

Determinare il rapporto [H₂PO₄^–]/ [HPO₄^2-] in una soluzione tampone il cui pH è 7.4 (pK_a2 = 7.1). Applicando l’equazione di Henderson-Hasselbalch, si ottiene che il rapporto è pari a 0.50.

Esercizio 2:

Calcolare il volume di NaOH 0.202 M che bisogna aggiungere a 25.0 mL dell’acido diprotico H₂A (0.0233 M) per ottenere un pH di 3.50 (pK_a1 = 2.97 e pK_a2 = 13.7). Il volume di NaOH necessario è di 2.33 mL.

Esercizio 3:

Calcolare la quantità di Na₂CO₃ (PM = 105.99 g/mol) da aggiungere a 0.100 L di soluzione contenente 5.00 g di NaHCO₃ (PM = 84.01 g/mol) per ottenere una soluzione a pH = 10.00 (pK_a1 = 6.37 e pK_a2 = 10.3). Il Na₂CO₃ necessario è di 3.16 g.

In sintesi, le soluzioni tampone di acidi poliprotici e gli esercizi relativi all’equazione di Henderson-Hasselbalch sono strumenti fondamentali per comprendere e gestire gli equilibri acido-base in ambito chimico.

Fattori che influenzano la solubilità. Esercizi

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Fattori che influenzano la solubilità. Esercizi

Fattori che influenzano la solubilità e esercizi correlati

La solubilità si riferisce alla massima quantità di soluto che si può sciogliere in una determinata quantità di solvente. È influenzata da diversi fattori come pH e temperatura. Alcuni dei principali fattori che influenzano la solubilità includono la temperatura, le proprietà del solvente, la presenza di ioni in comune, l’effetto sale, il pH e la presenza di idrossidi. Questi fattori possono influenzare notevolmente la capacità di un soluto di sciogliersi in un solvente.

Temperatura

Quando un solido si scioglie in un liquido, avviene la rottura dei legami presenti nel solido con un’assorbimento di calore e la formazione di legami soluto-solvente con sviluppo di calore. A seconda se la reazione è esotermica o endotermica, l’aumento di temperatura può causare una diminuzione o un aumento della solubilità del soluto. Inoltre, esistono diagrammi in cui vengono mostrate le solubilità dei sali in funzione della temperatura.

Proprietà del solvente

Le sostanze apolari si sciolgono nei solventi apolari, mentre le sostanze polari si sciolgono nei solventi polari. Ad esempio, l’acqua, con un momento dipolare, scioglie gran parte dei sali di composti inorganici che a loro volta non si sciolgono nei solventi organici. È importante valutare le interazioni di tipo van der Waals, legame a idrogeno o interazioni dipolari tra il solvente e il soluto.

Ioni in comune

L’aggiunta di sostanze che hanno uno ione in comune con un sale poco solubile può provocare una diminuzione della solubilità del sale. Ad esempio, una soluzione satura di AgCl, elettrolita con un prodotto di solubilità Kps pari a 1.8 * 10^-10, può subire variazioni di solubilità in presenza di sostanze con uno ione in comune.

Effetto sale

L’effetto sale comporta un aumento della solubilità di un composto poco solubile in presenza di un forte eccesso di un elettrolita che contiene ioni non presenti nel sale e non partecipanti a equilibri chimici con gli ioni derivanti dalla dissociazione del sale. Questo fenomeno può comportare una diminuzione del coefficiente di attività all’interno della soluzione.

Questi fattori influenzano la solubilità in modo significativo e comprendere il loro impatto è essenziale per comprendere i processi di dissoluzione e solubilità dei composti chimici.

Attività degli elettroliti: relazione con la concentrazione

L’attività di un elettrolita è uguale alla concentrazione solo se il coefficiente di attività è uguale a 1 secondo l’espressione: a = f∙C, dove a rappresenta l’attività, f è il coefficiente di attività e C è la concentrazione. Quindi, nel caso di AgCl si ha: Kps = aAg+ x aCl- = fag+ C x fCl- C. Se i coefficienti di attività diminuiscono aumenta la concentrazione degli ioni presenti in soluzione.

Influenza del pH sulla solubilità dei sali

La solubilità di un sale derivante da acido debole e base forte, come carbonati, ossalati, fosfati, dipende dal pH della soluzione. Consideriamo il generico sale MA poco solubile derivante dall’acido debole HA. L’equilibrio di dissoluzione del sale è rappresentato da MA(s) ⇄ M+(aq) + A-(aq). La solubilità dei sali derivanti da acido debole e base forte aumenta all’aumentare della concentrazione di ioni H+ ovvero al diminuire del pH.

Effetto del pH sulla solubilità degli idrossidi

La solubilità di un idrossido poco solubile è influenzata dal pH. Ad esempio, l’idrossido di magnesio ha un valore del Kps pari a 1.8∙10-11. In acqua pura, la solubilità dell’elettrolita al suo equilibrio è s = 1.7 ∙ 10-4 M. Calcolando la solubilità dell’elettrolita in una soluzione tamponata a pH = 10.0, si ottiene s = 1.8 ∙ 10-3 M. La solubilità aumenta fino a giungere ad un valore di pH per il quale l’idrossido di magnesio diventa solubile.

Implicazioni della formazione di un composto di coordinazione

Una proprietà caratteristica degli ioni metallici è quella di comportarsi da acidi di Lewis nei confronti dell’acqua o di altre specie elettrondonatrici che agiscono da basi di Lewis. Queste interazioni causano forti variazioni della solubilità. La presenza di ammoniaca sposta a destra l’equilibrio di solubilità di AgCl in quanto lo ione Ag+ viene rimosso dall’ammoniaca per formare il complesso diamminoargento. La solubilità di AgCl in una soluzione di NH3 0.180 M è 8.72 ∙ 10-3 M, molto maggiore rispetto a quella in acqua pura, e aumenta ancora con la concentrazione di ammoniaca.

Legge dei volumi di combinazione. Esercizi svolti

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Legge dei volumi di combinazione. Esercizi svolti

Legge dei volumi di combinazione: Esercizi risolti

La legge dei volumi di combinazione, nota anche come legge dei volumi di combinazione di Gay-Lussac, afferma che quando due sostanze allo stato gassoso reagiscono tra loro a pressione e temperatura costanti, i volumi dei reagenti stanno tra loro secondo rapporti detti rapporti di combinazione. Questi sono espressi da numeri piccoli e interi. Questa legge è di fondamentale importanza in chimica e consente di ottenere il rapporto tra i volumi dei reagenti noto il rapporto tra i coefficienti stechiometrici.

Esercizi svolti:

1) Data la reazione HCl(g) + NH3(g) → NH4Cl(s), calcolare il volume di NH3(g) necessario a reagire con 25.0 cm3 di HCl(g).

Nella reazione i reagenti stanno in un rapporto tra le moli di 1:1; essendo entrambi gassosi, nelle stesse condizioni di pressione e di temperatura, occorreranno 25.0 cm3 di NH3(g).

2) Data la reazione N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g), calcolare il volume di N2(g) necessario a reagire con 30.0 L di H2(g) e il volume di NH3(g) ottenuto supponendo una resa del 100%.

Il rapporto stechiometrico tra H2(g) e N2(g) è di 3:1, quindi il volume di N2 necessario è pari a 30.0/3 = 10.0 L. Il rapporto tra H2(g) e NH3(g) è di 3:2, quindi il volume di NH3 prodotto da 30.0 L di H2 è pari a 30.0 ∙ 2/3 = 20.0 L.

3) Data la reazione 4 NH3(g) + 3 O2(g) → 2 N2(g) + 6 H2O(l), calcolare il volume di NH3(g) necessario a reagire con 15.0 L di O2.

Il rapporto stechiometrico tra O2(g) e NH3(g) è di 3:4, quindi il volume di NH3 necessario è pari a 15.0 ∙ 4/3 = 20.0 L.

4) Data la reazione 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g), calcolare il volume di reagente in eccesso quando si fanno reagire 2.35 L di O2(g) con 3.72 L di H2(g) e calcolare la resa percentuale se sono stati ottenuti 2.50 L di H2O(g).

Dal rapporto stechiometrico tra H2(g) e O2(g) che è di 2:1 possiamo dire che il volume di O2 necessario per reagire con 3.72 L di H2 è di 3.72/2=1.86 L. Poiché il volume di O2 è di 2.35 L, ciò implica che O2 è in eccesso e H2 è il reagente limitante. Il volume di O2 in eccesso è di 2.35 – 1.86 = 0.49 L. Il volume di H2O teorico è di 3.72 L. La resa percentuale è data da 2.50 ∙ 100/3.72 = 67.2%.

5) Data la reazione di combustione del metano CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g), calcolare il volume di aria necessaria per la combustione di 20.0 L di metano, assumendo che l’aria contenga il 20.0% di O2.

Il rapporto stechiometrico tra CH4(g) e O2(g) è di 1:2, quindi sono necessari 2 ∙ 20.0 = 40.0 L di O2. Poiché l’aria contiene il 20.0% di O2, sono necessari 40.0∙ 100/20 = 200 L di aria.

6) E’ stato trovato che 10.0 cm3 di bromo allo stato di vapore si combinano con 30.0 cm3 di cloro gassoso per dare un composto. Trovare la formula del composto e il volume di prodotto ottenuto.

Br2 e Cl2 stanno in un rapporto di 1:3; pertanto, la reazione tra Br2 e Cl2 è Br2 +3 Cl2 → 2 BrCl3. Il volume di BrCl3 ottenuto è quindi 10.0 ∙ 2 = 20.0 cm3.

7) Sono fatti reagire 12.0 L di NH3 e 12.0 L di Cl2 misurati nelle stesse condizioni di pressione e temperatura secondo la reazione: 2 NH3(g) + 3 Cl2(g) → N2(g) + 6 HCl(g). Quando la reazione è giunta a completamento, calcolare i volumi di tutte le specie.

Il reagente limitante è il Cl2. Il volume di NH3 in eccesso è 12.0 – 8.0 = 4.0 L. Il cloro, essendo il limitante, non sarà presente. Il volume di N2 formato è di 12.0/3 = 4.0 L. Il volume di HCl formato è di 12.0 ∙ 2 = 24.0 L.

Catalisi omogenea di importanza industriale

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Catalisi omogenea di importanza industriale

Importanza industriale della catalisi omogenea

La catalisi omogenea rappresenta un processo in cui la reazione avviene interamente in una singola fase, compreso il catalizzatore. Uno degli esempi più noti è la reazione di ossidoriduzione in cui la presenza di ioni Cupro catalizza la trasformazione di V^III in V^IV e Fe^II in Fe^III.

Un altro esempio di catalisi omogenea si verifica nella degradazione dell’ozono attraverso il cloro atomico per formare ClO e O₂. In ambito industriale, la catalisi omogenea è fondamentale per la sintesi delle aldeidi dagli alcheni tramite l’idroformilazione e il processo di Wacker per la produzione di acetaldeide ed etanale.

Sintesi delle aldeidi dagli alcheni per idroformilazione

L’idroformilazione è un processo industriale di grande importanza che consiste nell’addizione di idrogeno e un gruppo formil a un alchene, generando un nuovo legame carbonio-carbonio. Un esempio è la trasformazione del propene in butanale mediante l’idroformilazione.

Inizialmente, il catalizzatore impiegato era il dicobaltoettacarbonile Co₂(CO)₈, successivamente sostituito dal catalizzatore al rodio Rh₄(CO)₁₂, preferito per l’idroformilazione degli alcheni con basso punto di ebollizione come il propene. Al contrario, il catalizzatore al cobalto è maggiormente utilizzato per alcheni superiori.

Reazione di Wacker per la sintesi dell’etanale

La reazione di Wacker rappresenta un processo fondamentale per la sintesi dell’etanale a partire dall’etene utilizzando il dicloruro di palladio come catalizzatore. Successivamente, l’introduzione del cloruro di rame (II) ha permesso l’applicazione del processo su scala industriale, consentendo la sintesi dell’etanale e di chetoni attraverso una reazione liquida e pressurizzata con elevata selettività.

In conclusione, la catalisi omogenea riveste un ruolo di primo piano nell’industria chimica, consentendo la sintesi di importanti composti come aldeidi e chetoni attraverso reazioni svolte in fase liquida e gassosa.

Ossidi di terre rare per ottenere superfici idrorepellenti

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Ossidi di terre rare per ottenere superfici idrorepellenti

Ossidi delle terre rare: un nuovo approccio per ottenere superfici idrorepellenti

Secondo un recente studio condotto dal MIT, gli ossidi delle terre rare rappresentano un promettente materiale per la creazione di superfici idrorepellenti. Queste superfici, caratterizzate dalla respingenza dell’acqua e dalla resistenza alle condizioni estreme, mostrano un potenziale d’applicazione in diversi settori, tra cui l’energia dei trasporti, le costruzioni e la medicina.

La condensazione dell’acqua riveste un ruolo cruciale in numerosi processi industriali e trova impiego in impianti elettrici e di desalinizzazione. Tuttavia, i materiali idrofobi tradizionali presentano limitazioni legate alla loro durabilità, in quanto spesso costituiti da rivestimenti polimerici soggetti a deterioramento e degradazione termica.

In un’ottica innovativa, i ricercatori del MIT hanno sviluppato una nuova classe di ceramiche idrofobiche, in grado di superare tali problematiche. Questi materiali ceramici, basati sugli ossidi delle terre rare, si caratterizzano per la loro elevata idrofobicità e la resistenza alle temperature estreme e alle condizioni difficili.

La serie dei lantanidi, composta da 15 elementi, ha attirato l’attenzione dei ricercatori per le loro proprietà uniche. Gli orbitali 4f parzialmente o completamente riempiti conferiscono idrofobicità ai materiali. Sulla base di tali presupposti, il team del MIT ha condotto uno studio approfondito sugli ossidi delle terre rare, rilevandone proprietà idrofobiche intrinseche precedentemente non documentate.

Le informazioni emerse dalla ricerca includono dettagli sulla morfologia, struttura cristallografica, struttura granulare, temperatura di sinterizzazione e densità degli ossidi, fornendo spunti per possibili applicazioni. Nonostante la loro denominazione, i metalli delle terre rare non sono estremamente rari, ma la loro estrazione presenta sfide economiche e ambientali, con la Cina che attualmente detiene la maggiore quota di mercato.

Le ceramiche a base di ossidi, grazie alle loro proprietà idrofobiche intrinseche, sono idonee come rivestimenti per diversi substrati e mantengono la caratteristica idrofobica anche quando danneggiate. Inoltre, mantengono le proprietà idrofobiche anche ad alte temperature e possono essere integrate in impianti esistenti. L’implicazione di tali materiali in applicazioni come turbine a vapore e motori aerei è promettente per il futuro della tecnologia.

Questo studio si discosta dai precedenti approcci, puntando non solo sulla resistenza dei materiali, ma anche sulle proprietà intrinseche della materia, aprendo la strada a nuove prospettive nel campo dei materiali idrorepellenti.

Composti organici con elementi del terzo periodo

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Composti Organici con Elementi del Terzo Periodo: Analogie e Differenze

I composti organici che comprendono elementi del terzo periodo, come Si, P, S e Cl, sono oggetto di confronti e analisi per individuare le somiglianze e le disparità rispetto ai composti organici contenenti elementi del secondo periodo, ossia C, N, O e F. Questa analisi è fondamentale per comprendere le caratteristiche distintive di questi composti e le loro implicazioni nella chimica organica.

Le similitudini tra i due gruppi derivano dal fatto che gli elementi dello stesso gruppo (C/Si, N/P, O/S, F/Cl) presentano uguale numero di elettroni nel guscio esterno. Pertanto, il tipo di orbitali ibridi utilizzati e la geometria delle molecole sono analoghe. Tuttavia, le differenze emergono in virtù del guscio di elettroni aggiuntivo degli elementi del terzo periodo, che comporta influenze significative sulle proprietà chimiche di tali composti.

Una delle differenze salienti è che gli elementi del terzo periodo sono meno elettronegativi e, se presentano coppie elettroniche non condivise, mostrano una maggiore energia nucleofila ma una minor capacità come basi deboli. Questo fenomeno è attribuibile alle maggiori dimensioni atomiche che contribuiscono a una maggiore polarizzabilità degli elettroni di valenza.

Inoltre, i doppi legami π sono instabili e meno frequenti con atomi del terzo periodo a causa delle loro maggiori dimensioni e lunghezze di legame. Queste discrepanze influenzano la reattività e la formazione di determinati composti, evidenziando la peculiarità della chimica organica dei composti con elementi del terzo periodo.

Un’altra caratteristica distintiva è la capacità degli elementi del terzo periodo di formare più di quattro legami covalenti, ampliando così il loro guscio di valenza e aprono possibilità reattive uniche che influenzano la chimica di questi composti.

Un’importante manifestazione è rappresentata dalla retrodonazione, che coinvolge la condivisione di una coppia solitaria con l’atomo del terzo periodo che la sistema nell’orbitale d. Questo comportamento è sostanziale per la chimica e influenza il comportamento chimico degli elementi del terzo periodo.

In sintesi, gli elementi del terzo periodo presentano caratteristiche uniche che influenzano le loro proprietà chimiche e comportamento reattivo. Comprendere queste differenze è cruciale per una comprensione approfondita della chimica organica dei composti contenenti elementi del terzo periodo.

Sovratensione nelle reazioni elettrochimiche

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Sovratensione nelle reazioni elettrochimiche

La sovratensione nelle reazioni elettrochimiche rappresenta l’energia aggiuntiva richiesta per superare le resistenze di una reazione. Si manifesta all’interno di un circuito elettrico e si accentua in un sistema elettrochimico contenente conduttori ionici e viene resa dalla resistenza elettrica. Se E_eq indica la differenza di potenziale di equilibrio tra gli elettrodi di una cella elettrolitica e E rappresenta la differenza di potenziale applicata esternamente per far procedere la reazione, si ha la seguente equazione:

E – E_eq = η_A + η_C + RI

Dove η_A e η_C sono le sovratensioni delle reazioni all’anodo e al catodo e RI è la caduta ohmica nel circuito. La caduta ohmica non costituisce una dispersione di energia né è localizzata nella zona di reazione, pertanto non è intrinsecamente legata alla meccanica del trasferimento di carica. Tuttavia, per l’economia di una cella elettrolitica, può essere percepita come tale.

Sovratensione di attivazione

La sovratensione di attivazione, o di trasferimento di carica, è associata alle reazioni di elettrodo in cui avviene un trasferimento di carica pari a z ed è legata a una barriera di potenziale che richiede l’attivazione dei reattivi. Questa sovratensione assume il significato di energia di attivazione della reazione, con un significato analogo a quello presente in cinetica chimica.

Sovratensione di concentrazione

Durante una reazione elettrochimica, oltre al trasferimento di carica, si verifica anche un trasferimento di materia. Ad esempio, se il Fe²⁺ si ossida a Fe³⁺ si stabilisce un flusso continuo di ioni Fe²⁺ dalla soluzione all’elettrodo e un flusso di ioni Fe³⁺ formati all’elettrodo verso la soluzione. Questo processo è costituito da due stadi in serie: il trasporto di materia da e verso l’elettrodo e il trasferimento di carica. Il risultato è una resistenza aggiuntiva, denominata sovratensione di concentrazione η_C.

Sovratensione ohmica

Quando si verifica la formazione di film superficiali sull’elettrodo che diminuiscono la conducibilità elettrica, si genera una resistenza aggiuntiva chiamata sovratensione ohmica η_Oh. In generale, il potenziale reale ∆rE’ è diverso da quello ∆rE di equilibrio termodinamico reversibile e vale la seguente equazione:

∆rE’ = ∆rE + η_a + η_c + RI

Nel caso di una cella galvanica, ∆rE’ è minore di ∆rE e la sovratensione ha segno negativo. Mentre nel caso di una cella elettrolitica, ∆rE’ è maggiore di ∆rE e la sovratensione ha segno positivo.

Elettrodo polarizzabile e impolarizzabile

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Elettrodo polarizzabile e impolarizzabile: una panoramica sulle loro caratteristiche

Un elettrodo può essere suddiviso in due categorie principali: polarizzabile e impolarizzabile. Nel caso di un elettrodo polarizzabile, esso è immerso in una soluzione dove non sono presenti sostanze reattive. Al contrario, in un elettrodo impolarizzabile, è immerso in una soluzione che contiene una specie reattiva con cui si stabilisce un equilibrio elettrochimico definito.

Elettrodo polarizzabile

Un esempio di elettrodo polarizzabile è rappresentato da un elettrodo di mercurio immerso in una soluzione di fluoruro di sodio. Questo tipo di elettrodo non è in grado di raggiungere l’equilibrio elettrochimico e non scambia cariche con la soluzione. Pertanto, non assume alcun potenziale definito ed è in equilibrio elettrostatico. Questo tipo di elettrodo può essere utile per lo studio della struttura della zona interfasale elettrodo/soluzione, che influisce sulla cinetica elettrochimica.

Elettrodo impolarizzabile

Diversamente, un elettrodo impolarizzabile è immerso in una soluzione contenente una specie reattiva con cui si stabilisce un equilibrio elettrochimico definito. Il suo potenziale di equilibrio è definito dal valore della variazione di energia libera della reazione chimica e non può essere cambiato dall’esterno per polarizzazione.

È importante sottolineare che gli elettrodi polarizzabili e non polarizzabili sono concetti ideali. Nella pratica, l’elettrodo di mercurio assume un potenziale che dipende dalle impurezze presenti in soluzione, mentre gli elettrodi impolarizzabili possono essere polarizzati a causa delle reazioni elettrochimiche attivate e delle resistenze al passaggio di corrente.

Un’ulteriore distinzione si trova tra reazioni a trasferimento elettronico e reazioni a trasferimento ionico. Queste reazioni elettrochimiche sono determinate dal diverso stato energetico iniziale e finale della specie che si muove attraverso la zona di reazione.

In conclusione, è importante considerare le peculiarità di ciascun tipo di elettrodo in relazione alle reazioni elettrochimiche coinvolte, in modo da comprendere appieno il loro comportamento e le loro caratteristiche.

Oscillatore armonico: trattazione classica e quantomeccanica

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Oscillatore armonico: trattazione classica e quantomeccanica

L’oscillatore armonico rappresenta uno dei concetti fondamentali della fisica meccanica, definendosi come l’idealizzazione di un sistema costituito da un corpo di massa m soggetto all’azione di una molla.

In generale, quando una particella è soggetta a forze, il suo momento e l’energia cinetica non sono costanti. Un modo di comprenderne il comportamento è tramite il diagramma di energia che permette di spiegare il funzionamento della molla sia in ottica classica che quantistica.

Dal punto di vista classico, la particella si muove tra due estremi, -a e a, noti come punti di svolta, in cui cambia direzione e si ferma istantaneamente, con energia cinetica pari a 0 e l’energia potenziale uguale all’energia totale.

Analizzando il caso quantistico, le soluzioni dell’equazione di Schrödinger per l’oscillatore armonico indicano che l’energia è quantizzata e gli stati ammessi sono dati da E = (n + 1/ 2) hν, con n = 1, 2, 3….

La fisica classica e la quantomeccanica presentano differenze significative nella previsione dei comportamenti di un oscillatore armonico, dove quest’ultimo non può essere completamente in riposo a causa del suo stato energetico fondamentale di 1 /2 hν. Inoltre, la previsione dei risultati di misurazioni precise è sostituita dalla probabilità che esse rientrino in un intervallo specifico.

Un aspetto interessante della descrizione quantistica è la penetrazione della funzione d’onda nella regione proibita dalla fisica classica, noto come tunneling. Questo fenomeno si verifica quando una particella passa da una regione lecita della fisica classica ad un’altra attraverso una regione proibita.

In conclusione, mentre la descrizione classica dell’oscillatore armonico è più coerente per stati a livello energetico più basso, quella quantistica diventa più plausibile per stati energetici più elevati.

La comprensione dell’oscillatore armonico, sia dal punto di vista classico che quantistico, è fondamentale per spiegare in modo accurato il comportamento di molti sistemi meccanici e ha importanti applicazioni in vari campi della fisica.

Determinazione della velocità di una reazione

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Determinazione della velocità di una reazione chimica

Nel campo della chimica, la determinazione della velocità di una reazione avviene attraverso la misurazione della concentrazione di una specie in un preciso istante durante la reazione stessa. Una pratica comune consiste nella valutazione dell’assorbanza mostrata da una specie a concentrazione nota, attraverso la costruzione di una retta di taratura che permette, per interpolazione, di determinare la concentrazione della specie incognita.

Definizione della velocità di una reazione

La velocità di una reazione rappresenta la variazione della concentrazione di un reagente o di un prodotto per unità di tempo. In generale, la velocità di una reazione è espresso dall’equazione v = k [X]^m [Y]^n, in cui m ed n sono solitamente numeri interi determinati sperimentalmente, mentre k rappresenta la costante di velocità della reazione, la quale dipende dalla temperatura.

Ordine di reazione

L’ordine di una reazione indica il modo in cui la velocità della reazione dipende dalla concentrazione dei reagenti. Ad esempio, se la velocità è v = [X][Y]^2, la reazione è del primo ordine rispetto a X e del secondo ordine rispetto a Y. Questo significa che la velocità è proporzionale a [X]¹ e [Y]².

Metodo delle velocità iniziali

Il metodo delle velocità iniziali consiste nel variare la concentrazione iniziale delle specie per determinare la dipendenza della velocità iniziale dalle concentrazioni iniziali. Attraverso dati sperimentali, è possibile determinare gli esponenti m ed n presenti nell’equazione generale della velocità di reazione v = k [A]^m [B]^n. La relazione tra la velocità iniziale e la concentrazione iniziale delle specie fornisce indicazioni su come determinare tali esponenti.

Ad esempio, nel caso di una reazione A + 2B → C + 2D, i dati sperimentali possono essere usati per calcolare gli esponenti m ed n mediante appositi calcoli e relazioni.

Conclusioni

La determinazione della velocità di una reazione chimica rappresenta un aspetto cruciale nello studio e nell’analisi dei processi chimici. Attraverso l’impiego di strumenti e metodologie appropriate, è possibile ottenere preziose informazioni sulle cinematiche delle reazioni, consentendo di formulare modelli teorici e di trarre conclusioni pratiche utili in vari contesti scientifici e applicativi.

Analisi degli anioni per via umida

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Analisi degli anioni tramite metodo umido: Metodo e Applicazioni

L’analisi degli anioni tramite metodo umido richiede un trattamento preliminare del campione da analizzare. Questo metodo di analisi è principalmente utilizzato per l’analisi qualitativa degli anioni.

Durante il processo, circa 2 grammi di campione vengono fatti bollire per 20-30 minuti con 5 grammi di carbonato di sodio e 100 mL di acqua, formando una soluzione alcalina. Questo trattamento è essenziale per precipitare anioni che potrebbero interferire durante l’analisi, come carbonati e idrossidi. L’eccesso viene filtrato, ottenendo così una soluzione incolore utilizzata in piccole quantità per i saggi specifici.

Solfati nell’analisi umida: Metodi di identificazione

Per identificare la presenza di solfati, si aggiunge HCl alla soluzione alcalina e successivamente cloruro di bario. La formazione di un precipitato bianco di solfato di bario conferma la presenza di solfati.

Ossalati: Identificazione e Procedimento

Nell’identificazione degli ossalati, la soluzione alcalina viene tamponata a pH=5 con acetato di sodio e successivamente trattata con cloruro di calcio. La formazione di un precipitato bianco di ossalato di calcio conferma la presenza di ossalati.

Nitriti e Nitrati: Metodi di Identificazione

La presenza di nitriti può essere identificata mediante l’uso di solfato di ferro (II) acidificato con acido solforico. Per quanto riguarda i nitrati, la soluzione alcalina viene acidificata con acido solforico, e la presenza di nitrati viene confermata dalla formazione di un caratteristico odore di ammoniaca dopo l’aggiunta di solfato di ferro (II).

Altri Anioni: Identificazione e Reazioni Tipiche

Per identificare altri anioni come arseniati, cloruri, bromuri e ioduri, vengono utilizzati diversi procedimenti tra cui precipitazione, acidificazione e aggiunta di reagenti specifici. Ad esempio, la presenza di cloruri viene evidenziata dalla formazione di cloruro di argento, che è solubile in ammoniaca, mentre la presenza di bromuri e ioduri è confermata dalla formazione dei rispettivi precipitati di bromuro e ioduro di argento.

In conclusione, l’analisi degli anioni per via umida richiede l’adozione di diversi metodi chimici e reagenti specifici per identificare in modo efficace la presenza di diversi anioni nelle soluzioni.