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Scoperta di superconduttori inusuali a base di ferro

Fabrice Deseaux

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6 Novembre 2023

Scoperta di superconduttori inusuali a base di ferro

Scoperta di nuovi superconduttori a base di ferro: caratteristiche e applicazioni

I ricercatori dell’Università del Maryland hanno compiuto una scoperta rivoluzionaria nel campo dei superconduttori identificando superconduttori insoliti a base di ferro con un’efficienza operativa a temperature maggiori rispetto a qualsiasi altro materiale della stessa categoria conosciuto finora. Questa inedita scoperta promette di aprire nuovi orizzonti nelle applicazioni pratiche dei superconduttori.

Caratteristiche dei superconduttori a base di ferro

I superconduttori, materiali che consentono il passaggio di corrente senza resistenza, di solito contengono rame come componente principale. Tuttavia, la scoperta in questione si concentra su superconduttori a base di ferro. Gli studi hanno rilevato che sostituendo parzialmente gli atomi di calcio con praseodimio in un cristallo di ferro, arsenico e calcio, questi cristalli possono diventare superconduttori fino a una temperatura di 47 K. È emerso anche che questi cristalli rischiano di collassare fino al 10% del proprio volume, ma questa problematica può essere evitata con una quantità sufficiente di praseodimio.

Applicazioni e risultati recenti

La scoperta dei superconduttori a base di ferro, seppur recente, sta aprendo nuove prospettive nella ricerca sui materiali superconduttori. Si prevede che possano avere applicazioni commerciali più ampie rispetto ai superconduttori a base di rame, con una maggiore resistenza e facilità di ottenimento. Questa nuova classe di superconduttori, tra cui la classe 1:2:2, presenta caratteristiche uniche e possiede un grande potenziale per innovazioni future.

Nuove caratteristiche e applicazioni dei superconduttori

Una squadra di ricercatori del NIST Center for Neutron Research (NCNR) e dell’Università del Maryland ha fatto una scoperta sorprendente nel campo dei superconduttori. Hanno identificato un tipo particolare di superconduttore 1:2:2 con caratteristiche inaspettate, tra cui una temperatura di soglia di 47 K, la più alta mai registrata in questa categoria di materiali. Questo superconduttore mostra un comportamento insolito quando viene sostituito un atomo più piccolo al posto del calcio, facendo diminuire il volume del cristallo del 10%, ma i ricercatori sono riusciti a evitare il collasso del cristallo con un’adeguata sostituzione atomica, rendendo questi superconduttori adatti ad applicazioni tecnologiche.

Questi nuovi superconduttori hanno trovato impiego in diversi settori, tra cui la costruzione di apparecchiature per la risonanza magnetica a basso costo nel campo medico e l’uso di cavi superconduttori a resistenza zero per la trasmissione su lunghe distanze.

In definitiva, la scoperta dei superconduttori a base di ferro rappresenta un passo significativo nella ricerca e nell’applicazione dei materiali superconduttori. Le loro caratteristiche uniche offrono ampie possibilità per lo sviluppo di nuove tecnologie, aprendo nuove prospettive nella ricerca scientifica e nelle applicazioni tecniche.

L’acido solforico: un’importante sostanza utilizzata nell’industria chimica

Fabrice Deseaux

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6 Novembre 2023

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L’acido solforico: un’importante sostanza utilizzata nell’industria chimica

L’acido solforico e il suo utilizzo nell’industria chimica

L’acido solforico è una sostanza di fondamentale importanza nell’industria chimica, utilizzata ampiamente e considerata un indicatore delle attività chimiche di una nazione. Conosciuto anche come acido tetrossosolforico (VI), presenta caratteristiche specifiche quali il suo stato inodore e incolore, con una densità di 1.8391 g/cm3 a 15°C e un punto di fusione di 10.37°C. La sua formula molecolare è H2SO4 e il peso molecolare è di 98.08 u.m.a.

Quest’acido ha una lunga storia, essendo stato scoperto nel XII secolo con il nome di “spirito di vetriolo”. Quando viene riscaldato rapidamente, bolle a 338°C e si decompone liberando SO3.

Si dissocia secondo le reazioni:
H2SO4 → HSO4- + H+
La seconda dissociazione è:
HSO4- ⇌ SO42- + H+
Questa reazione di equilibrio ha una costante di dissociazione K = 0.010 a 25°C.

Proprietà dell’acido solforico

L’acido solforico concentrato, specialmente a caldo, ossida sia metalli che non metalli come argento (Ag), rame (Cu), mercurio (Hg), fosforo (P), zolfo (S) e carbonio (C). Mentre, diluito e freddo, attacca i metalli elettropositivi.

Processi di purificazione dell’SO3 sono necessari per rimuovere eventuali impurità presenti nel gas solforoso ottenuto dalla combustione del zolfo. Tra i principali metodi di purificazione ci sono il lavaggio con acqua, l’assorbimento con perossidi, l’adsorbimento con carbone attivo e la filtrazione.

Conversione dell’SO3 in oleum

Dopo la fase di purificazione, l’SO3 viene convertito in oleum attraverso la reazione con l’acido solforico. La produzione di SO3 e oleum avviene attraverso un processo chimico industriale di grande importanza, utilizzato per la produzione di acidi e altri composti chimici.

L’ossidazione dei gas solforosi per ottenere SO3 è un processo complesso che richiede la giusta temperatura e l’uso di un catalizzatore. Il processo di depurazione dei gas da pirite è essenziale per rimuovere le impurità e prevenire l’inquinamento atmosferico.

La produzione di acido solforico è un processo chimico vitale utilizzato in diversi settori industriali. Durante questo processo, i gas solforici vengono convertiti in acido solforico, un composto chimico versatile utilizzato in molti prodotti.

Acido solforico: proprietà e precauzioni

L’acido solforico è un composto chimico molto potente utilizzato in diverse applicazioni industriali. È noto per le sue proprietà corrosive e tossiche e richiede particolari precauzioni durante la manipolazione e lo stoccaggio.

Stoccaggio e materiali di contenimento:

L’acido solforico viene generalmente stoccato in recipienti speciali per evitare reazioni indesiderate o perdite. Le concentrazioni inferiori al 78% vengono conservate in contenitori plombati, mentre le concentrazioni superiori richiedono recipienti in ferro.

Compatibilità con il vetro:

Sebbene il vetro sia generalmente compatibile con l’acido solforico, viene suggerito di utilizzarlo solo per piccole quantità del composto.

Infiammabilità e reazioni pericolose:

L’acido solforico non è infiammabile, ma può causare l’infiammazione di materiali combustibili come carbone, nitrati, clorati e polveri metalliche.

Effetti sulla salute e precauzioni:

L’acido solforico concentrato è altamente corrosivo e richiede particolari accortezze per la manipolazione appropriata.Applicazioni e Precauzioni nell’uso dell’Acido Solforico

L’acido solforico è un composto chimico versatile utilizzato in varie industrie per le sue numerose applicazioni. Tuttavia, è importante tenere presente che questo acido è altamente corrosivo e può causare gravi ustioni alla pelle e lesioni gravi agli occhi, mentre l’inalazione dei vapori può portare a perdita di conoscenza e lesioni polmonari. Di conseguenza, è fondamentale adottare misure di sicurezza e precauzione durante la manipolazione di questo composto chimico.

È essenziale indossare abbigliamento protettivo, occhiali e maschere durante la manipolazione dell’acido solforico e lavorare in ambienti ben ventilati per evitare l’esposizione ai vapori nocivi. In caso di contatto con l’acido solforico, è fondamentale agire prontamente per ridurre i danni. Si consiglia di lavare immediatamente l’area interessata con soluzioni tiepide di bicarbonato di sodio per neutralizzare l’acido e ridurre l’effetto corrosivo.

Metodo di Rilevazione e Applicazioni Industriali

Per rilevare la presenza di acido solforico nelle soluzioni acquose, si utilizza un metodo di precipitazione con una soluzione di BaCl2 acidificata con acido nitrico. Tale metodo consente di ottenere un precipitato bianco cristallino, confermando la presenza dell’acido solforico.

L’acido solforico ha numerose applicazioni industriali che vanno dalla produzione di fertilizzanti essenziali per l’agricoltura moderna, al suo impiego nella fabbricazione di carbonato di sodio, ampiamente utilizzato in diverse industrie. Inoltre, è impiegato nella produzione di molti altri acidi inorganici e organici, esplosivi, sostanze coloranti e prodotti farmaceutici.

Questo composto chimico svolge anche un ruolo cruciale nella raffinazione del petrolio, in quanto è utilizzato per eliminare le impurità presenti nel petrolio grezzo. Inoltre, è impiegato nella saponificazione dei grassi per la produzione di saponi e candele, così come nella produzione di carta pergamenata.

L’oleum, una forma concentrata di acido solforico, trova impiego diretto nella produzione di coloranti, farmaci ed esplosivi, e nella concentrazione dell’acido solforico ottenuto da altre fonti.

In conclusione, l’acido solforico è un composto chimico versatile con numerose applicazioni industriali. Tuttavia, è fondamentale adottare misure di sicurezza e precauzione durante la sua manipolazione per evitare incidenti e sfruttare appieno le sue proprietà per applicazioni industriali.

I lipidi sostanze grasse di varia natura

Biochimica

Fabrice Deseaux

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6 Novembre 2023

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I lipidi sostanze grasse di varia natura

I lipidi: sostanze grasse con ruoli vitali nel nostro organismo

I lipidi sono componenti di diverse strutture molecolari, spesso costituiti da una composizione ternaria di carbonio, ossigeno e idrogeno, ma talvolta possono contenere anche fosforo e azoto. Essi sono insolubili in acqua ma solubili in solventi organici, a differenza di altre molecole organiche.

Le categorie principali dei lipidi includono i lipidi saponificabili, che subiscono l’idrolisi alcalina formando saponi a causa della presenza di acidi grassi, e i lipidi insaponificabili. Questo gruppo variegato di composti organici svolge diverse funzioni nel nostro corpo.

Un esempio sono le cere, presenti in varie forme nella natura, e che svolgono funzioni di protezione, come agente barriera sulla pelle degli animali e sulle foglie delle piante. I complessi, invece, sono coinvolti in processi vitali come la catalisi enzimatica e il trasporto di ossigeno nell’organismo, mentre i fosfolipidi hanno un ruolo chiave nella costituzione delle membrane cellulari.

Gli sfingolipidi, i gangliosidi e i glicolipidi sono altre classi di lipidi che partecipano attivamente nel regolare le attività cellulari e comunicative a livello delle membrane. Le lipoproteine, composte da lipidi e proteine, sono fondamentali nel trasporto di lipidi nel sangue e nelle cellule, influenzando il metabolismo dei lipidi e la regolazione dei livelli di colesterolo.

Gli isoprenoidi, presenti in una varietà di organismi, agiscono come ormoni, antiossidanti e intermedi nel metabolismo cellulare. I steroidi, invece, svolgono funzioni cruciali come la regolazione ormonale, l’equilibrio dei sali e l’infiammazione, mentre i terpeni, sia nelle piante che negli animali, hanno ruoli quali antiossidanti, repellenti di insetti e precursori di ormoni.

Gli acidi grassi, costituenti caratteristici dei lipidi, hanno un ruolo multidirezionale nel nostro organismo. Essi non solo forniscono energia, proteggono gli organi dagli urti e isolano termicamente in climi freddi, ma regolano anche funzioni vitali come sistema immunitario, sistema cardiovascolare, coagulazione del sangue e funzione renale. Gli acidi grassi sono presenti in forma libera o come parte di altre classi lipidiche, come trigliceridi, fosfolipidi, esteri del colesterolo, sfingolipidi, cere e alcoli alifatici.

Alcuni acidi grassi, come l’acido linoleico e l’acido alfa-linolenico, sono essenziali e devono essere introdotti attraverso la dieta poiché il nostro organismo non può sintetizzarli autonomamente. Questi acidi grassi essenziali sono precursori di altri importanti composti biologicamente attivi, come gli acidi grassi polinsaturi della serie dell’acido arachidonico. La presenza di acidi grassi essenziali nella dieta è cruciale per la nostra salute generale e può contribuire a prevenire alcune malattie.

In sintesi, la varietà e la complessità delle funzioni dei lipidi e degli acidi grassi nei nostri organismi testimoniano la loro importanza nella salute e nel benessere umano. È essenziale mantenere una dieta bilanciata e ricca di nutrienti per garantire un adeguato apporto di lipidi e acidi grassi essenziali.Ruolo e importanza degli acidi grassi nel corpo umano

Le prostaglandine, coinvolte nella regolazione della pressione sanguigna, della temperatura corporea e delle reazioni infiammatorie, sono cruciali per il nostro benessere. Gli acidi grassi, noti anche come “concentrati di energia”, sono fondamentali per garantire energia al nostro organismo. Essi possono liberare più energia rispetto a zuccheri e proteine, come chiaramente indicato dalle loro rese caloriche: 9 calorie per grammo per gli acidi grassi, 4 calorie per grammo per zuccheri e proteine.

È di fondamentale importanza includere nella dieta una varietà di fonti di acidi grassi essenziali, come pesce, semi di lino, olio di semi di girasole e noci, per fornire al nostro corpo un adeguato apporto di questi nutrienti vitali. Questo aiuterà a mantenere un equilibrio sano e salutare.

Benefici degli acidi grassi e loro ruolo nell’apporto energetico

Gli acidi grassi, sebbene richiedano un processo più lento per essere assorbiti e ossidati rispetto agli zuccheri, offrono un vantaggio significativo in termini di resa calorica. La sostanziale differenza nelle rese caloriche tra acidi grassi, zuccheri e proteine sottolinea l’importanza degli acidi grassi come fonte di energia nel nostro corpo.

Struttura degli acidi grassi saturi e insaturi

Gli acidi grassi saturi e insaturi si distinguono per la loro struttura molecolare. Mentre gli acidi grassi saturi hanno code idrocarburiche flessibili che possono esistere in numerose conformazioni, gli acidi grassi insaturi presentano angoli rigidi dovuti ai doppi legami che formano la loro struttura. Inoltre, le diverse configurazioni cis e trans dei doppi legami influenzano la conformazione molecolare degli acidi grassi insaturi.

Ruolo e funzione dei trigliceridi, delle cere e dei fosfolipidi

I trigliceridi, le cere e i fosfolipidi svolgono ruoli distinti e importanti nei processi biologici. I trigliceridi servono come riserve energetiche, le cere forniscono protezione e i fosfolipidi sono i componenti principali delle membrane cellulari. Questi lipidi svolgono funzioni vitali e sono essenziali per il corretto funzionamento del nostro organismo.

Struttura e funzione dei fosfolipidi nelle membrane cellulari

I fosfolipidi costituiscono una componente fondamentale delle membrane biologiche e hanno caratteristiche uniche che influenzano le proprietà e le funzioni delle membrane cellulari, inclusa la regolazione della permeabilità selettiva e la formazione di compartimenti cellulari distinti. La loro struttura e le proprietà chimiche influenzano l’organizzazione e la funzione delle membrane, sostenendo il corretto funzionamento dei processi cellulari.

Ruolo e importanza delle lipoproteine nel trasporto dei lipidi e nel metabolismo del colesterolo

Le lipoproteine sono complessi di lipidi e proteine fondamentali per il trasporto dei lipidi nell’organismo. Esse svolgono un ruolo cruciale nel trasporto del colesterolo e hanno varie classificazioni in base alla loro densità, tra cui le LDL e HDL. Le LDL sono coinvolte nel deposito di colesterolo nelle arterie, mentre le HDL favoriscono il suo trasporto dal sangue al fegato per l’eliminazione. Questi processi sono fondamentali per mantenere un corretto metabolismo del colesterolo e garantire la salute cardiovascolare.

In sintesi, gli acidi grassi e altri lipidi giocano ruoli fondamentali nel mantenere la salute e il benessere del corpo umano. La comprensione dei ruoli e delle funzioni di questi nutrienti è essenziale per adottare una dieta equilibrata e promuovere uno stile di vita sano.Steroidi e terpeni: composti organici e le loro funzioni biologiche

Gli steroidi sono una categoria di lipidi non saponificabili con una struttura molecolare unica. Questi composti organici presentano un sistema tetraciclico chiamato peridrociclopentanofenantrene, con alcuni atomi di carbonio sostituiti in posizioni chiave. I steroidi derivano da un triterpene lineare chiamato squalene, che può ciclizzare per formare il lanosterolo, un importante precursore del colesterolo. Il colesterolo, a sua volta, è il più importante steroide nei tessuti animali.

Gli steroidi svolgono un ruolo vitale nelle funzioni biologiche, tra cui la regolazione del metabolismo del calcio e la produzione di ormoni importanti per la vita. Questi includono il cortisone, utilizzato nel trattamento di condizioni infiammatorie, e gli ormoni sessuali come il testosterone, il progesterone e l’estradiolo.

I terpeni, d’altra parte, sono una vasta classe di composti organici presenti sia nelle piante che negli organismi animali. La regola isoprenica, un concetto chiave nella chimica dei terpeni, stabilisce che tutti i terpeni possono essere suddivisi in unità isopreniche. Questi terpeni si suddividono in diverse classi in base al numero di atomi di carbonio, come i monoterpeni, i sesquiterpeni, i diterpeni e i triterpeni.

I carotenoidi, derivati dalla decarbossilativa del pirofosfato di farnesile, sono pigmenti naturali presenti in piante e alcuni animali. Questi composti svolgono varie funzioni biologiche, tra cui la protezione contro i danni causati dai radicali liberi e il sostegno alla visione. Alcuni carotenoidi, come il beta-carotene, vengono convertiti in vitamina A nel corpo umano e contribuiscono alla salute degli occhi e del sistema immunitario.

In conclusione, gli steroidi, i terpeni e i carotenoidi sono importanti composti organici con ruoli significativi nelle funzioni biologiche. Comprendere la chimica e le funzioni di questi composti contribuisce significativamente alla conoscenza del funzionamento del nostro corpo e delle proprietà naturali presenti nella natura.

Chip al silicio che riproducono le funzioni cerebrali, un passo avanti verso l’imitazione del cervello umano

Fabrice Deseaux

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6 Novembre 2023

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Chip al silicio che riproducono le funzioni cerebrali, un passo avanti verso l’imitazione del cervello umano

Chip al silicio emulano le funzioni cerebrali: risultati della ricerca

La ricerca condotta presso il MIT ha raggiunto un traguardo significativo nello sviluppo di chip al silicio che imitano le funzioni cerebrali. Tale avanzamento potrebbe portare a sistemi informatici in grado di emulare il cervello umano, con possibili applicazioni nelle protesi e nello studio del cervello.

Il cervello umano è costituito da miliardi di neuroni, le cui connessioni avvengono attraverso le sinapsi. La plasticità neurale, ovvero la capacità dei neuroni di modificare le loro interazioni, è cruciale per molte funzioni cerebrali, come l’apprendimento e la memoria.

I ricercatori del MIT sono riusciti a simulare questa plasticità neurale tramite un chip al silicio contenente transistor in grado di emulare l’attività delle singole sinapsi cerebrali. Si è dimostrato che tali chip possono replicare con precisione le funzioni dei canali ionici, che svolgono un ruolo chiave nello scambio di informazioni tra neuroni.

L’apertura dei canali ionici influenza il potenziale elettrico della cellula, generando il potenziale d’azione, che determina un rapido cambiamento di carica. Questi fenomeni sono cruciali per processi come il potenziamento a lungo termine e la depressione a lungo termine, associati alla memoria e all’apprendimento.

Al MIT, la ricerca ha portato allo sviluppo di chip analogici che simulano in modo analogo il flusso di corrente attraverso transistor, simile al movimento degli ioni attraverso i canali ionici nel cervello. Questi chip potrebbero portare a nuove scoperte nel campo della neuroscienza e dell’informatica, aprendo nuove frontiere nella tecnologia.

In conclusione, l’avanzamento nel campo dei chip al silicio che imitano le funzioni cerebrali rappresenta un importante passo avanti verso la creazione di sistemi di computer in grado di emulare il cervello umano. Questa tecnologia potrebbe avere numerose applicazioni pratiche in diversi campi, come la medicina protesica e lo studio del cervello, e rappresenta una promettente direzione di ricerca per sviluppi futuri.

Soluzioni tampone: esercizi

Fabrice Deseaux

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6 Novembre 2023

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Soluzioni tampone: esercizi sul pH

Le soluzioni tampone sono costituite da una combinazione di un acido debole e della sua base coniugata, o di una base debole e del suo acido coniugato. La particolarità delle soluzioni tampone è rappresentata dal fatto che il loro pH rimane praticamente invariato anche davanti all’aggiunta di piccole quantità di acido o base forte. Un modo per risolvere esercizi relativi alle soluzioni tampone è mediante l’utilizzo dell’equazione di Henderson-Hasselbalc.

Calcolo del pH di una soluzione di perclorato di potassio

Il perclorato di potassio è un sale neutro derivante dall’acido forte HClO4 e dalla base forte KOH. Considerandone la concentrazione degli ioni H+, che è pari a 0,15 M, possiamo calcolare il pH utilizzando la formula del logaritmo negativo: pH = – log 0,15 = 0,82.

Effetto del cloruro di ammonio sul pH di una soluzione di NH3

Immaginiamo di avere un litro di soluzione di NH3 con una concentrazione di 0,400 M e contenente 12,78 g di NH4Cl. Vogliamo sapere quanto varierà il pH di questa soluzione quando aggiungiamo 0,0500 moli di HCl gassoso. Per calcolare il pH, dobbiamo determinare le moli di NH4Cl, che sono pari a 0,239 e le moli di NH3, che sono 0,400. Utilizzando il valore di pKb (- log 1,8 * 10^-5 = 4,74), possiamo applicare l’equazione di Henderson-Hasselbalch e ottenere il pH, che sarà 9,48.

Risoluzione di esempi relativi all’equilibrio acido-base

Nel primo esempio, consideriamo una soluzione di NH3 e NH4+ con le concentrazioni di NH3 e NH4+ pari rispettivamente a 0.350 M e 0.289 M, ottenendo un pH di 9.34.

Nel secondo esempio, consideriamo una soluzione di NaOH con un pH di 9.34 e aggiungendo 0.10 moli di HCl, ottenendo un pH di 1.00.

Nel terzo esempio, consideriamo una soluzione contenente acido bromoacetico e bromo acetato di sodio con pH di 3.10, e calcoliamo le concentrazioni dell’acido e del sale tramite l’equazione che prende in esame il pKa dell’acido.

Calcolo della concentrazione di acido in una soluzione tampone

Per calcolare la concentrazione di acido in una soluzione tampone, possiamo utilizzare l’equazione di Henderson-Hasselbalch. Questa equazione ci permette di determinare la relazione tra il pH, il pKa dell’acido e le concentrazioni dell’acido e della sua base coniugata.

Calcolo delle concentrazioni di specie in una soluzione di acido acetico e acetato di calcio

Considerando la soluzione di acido acetico, la concentrazione di acido acetico e la concentrazione di calcio otteniamo rispettivamente concentrazioni pari a 0,625 M, 0,300 M e 0,600 M. Calcoliamo quindi il pH della soluzione, utilizzando il pKa dell’acido acetico (-log(1,8 x 10^-5) = 4,74), ottenendo un pH di 4,76.

Rapporto tra concentrazioni di ioni CO3^2- e HCO3- per un tampone a pH 9.50

Per calcolare il rapporto tra le concentrazioni degli ioni CO3^2- e HCO3- per ottenere un tampone a pH 9,50, consideriamo l’equilibrio della reazione, utilizzando il pKa2 dell’acido carbonico (H2CO3), che è 10,25, e applichiamo l’equazione di Henderson-Hasselbalch.Come calcolare il rapporto tra le concentrazioni di ioni carbonato e bicarbonato in soluzione
Il rapporto tra le concentrazioni degli ioni CO3^2- e HCO3- in una soluzione può essere calcolato utilizzando il logaritmo del rapporto delle concentrazioni. Ad esempio, se il pH della soluzione è compreso tra 9.50 e 10.25, il rapporto sarà pari a 10^(-0.75) = 0.18. Ciò significa che la soluzione agirà come tampone con un pH vicino a 9.50 se i soluti sono miscelati nel rapporto di 0.18 moli di CO3^2- a 1.0 mol di HCO3-.

Calcolare il rapporto delle concentrazioni di salicilato e acido acetilsalicilico
Per calcolare il rapporto delle concentrazioni di salicilato e acido acetilsalicilico in una soluzione con pH regolato a 2,50, possiamo utilizzare il valore di pKa che è pari a 2.96. Quindi, avremo: 2.50 = 2.96 + log [acido]/[sale], da cui [acido]/[sale] = 10^(-0.46) = 0.35.

Determinare la quantità di NH4Cl da sciogliere in una soluzione di NH3
Per determinare la quantità di NH4Cl da sciogliere in 300 mL di NH3 0.20 M al fine di ottenere un pH di 9.35, possiamo utilizzare il valore di pKB che è pari a 4.75. Quindi, otteniamo: 10^(-0.10) = 0.794 = [NH4+]/[NH3] = [NH4+]/0.20. Da cui [NH4+] = 0.159 M.

Come calcolare il pH di una soluzione tampone
Una soluzione tampone è una soluzione che mantiene stabile il pH anche quando sono aggiunti acidi o basi. Per calcolare il pH di una soluzione tampone, è necessario conoscere la concentrazione delle specie acido e base presenti nella soluzione e il pKa, che è costante per ogni coppia acido-base coniugata. In questo articolo, spiegheremo come calcolare il pH di una soluzione tampone utilizzando l’equazione di Henderson-Hasselbalch.

Esempio di calcolo del pH di una soluzione tampone
Prendiamo ad esempio una soluzione tampone che contiene 0.150 moli di HSO4- e 0.150 moli di SO42- in un volume di 0.250 L. Il pKa per la dissociazione HSO4- ⇌ SO42- + H+ è 1.90.

Per calcolare il pH di questa soluzione tampone, dobbiamo prima calcolare la concentrazione di HSO4- e SO42-. Possiamo farlo dividendo il numero di moli di ciascuna specie per il volume della soluzione:

Concentrazione di HSO4- = 0.150 mol / 0.250 L = 0.600 mol/L
Concentrazione di SO42- = 0.150 mol / 0.250 L = 0.600 mol/L

Ora possiamo applicare l’equazione di Henderson-Hasselbalch per calcolare il pH:

pH = pKa + log [acetato]/[acido acetico]

Nel nostro caso, pKa = 1.90 e abbiamo la stessa concentrazione di HSO4- e SO42-. Pertanto, l’equazione diventa:

pH = 1.90 + log 0.600 / 0.600 = 1.90

Quindi, il pH della soluzione tampone è 1.90. Questo significa che la soluzione è acida, poiché il pH è inferiore a 7.

In conclusione, il pH di una soluzione tampone può essere determinato con precisione utilizzando l’equazione di Henderson-Hasselbalch e conoscendo la concentrazione delle specie acido e base e il pKa.

Distillazione in corrente di vapore: un metodo efficace per separare i componenti di una miscela liquida

Fabrice Deseaux

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6 Novembre 2023

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Distillazione in corrente di vapore: un metodo efficace per separare i componenti di una miscela liquida

La distillazione in corrente di vapore: un efficace metodo per separare i componenti delle miscele liquide

La distillazione in corrente di vapore è una tecnica impiegata per separare i componenti a alto punto di ebollizione da una miscela liquida, evitando la decomposizione o la carbonizzazione. È una soluzione vantaggiosa rispetto alla distillazione tradizionale.

Nel processo, si considerano due liquidi immiscibili, A e B, contenuti nello stesso recipiente, il cui numero di gradi di libertà è calcolato secondo l’equazione ν = c + 2 – f, dove c è il numero di componenti e f è il numero di fasi. La varianza calcolata è di ν = 2 + 2 – 3 = 1.

I parametri che influenzano l’equilibrio del sistema sono la temperatura e la pressione. Poiché il sistema è monovariante, fisso uno dei due parametri, ad esempio la temperatura, per determinare la tensione di vapore della miscela. La tensione di vapore totale della miscela è la somma delle pressioni di vapore dei singoli componenti a quella specifica temperatura, p_tot = p°_A + p°_B.

La distillazione in corrente di vapore è un processo utile per separare sostanze immiscibili o parzialmente miscibili in acqua. Durante il processo, la miscela viene portata ad ebollizione e il vapore d’acqua viene fatto passare attraverso di essa, aumentando la pressione di vapore del sistema e facilitando la separazione delle sostanze immiscibili sulla superficie libera del liquido.

Un problema comune è il calcolo della composizione del vapore che viene liberato durante l’ebollizione. Se le due sostanze immiscibili hanno pressioni di vapore rispettive di p°A e p°B al punto di ebollizione, la pressione totale del vapore liberato sarà data da p_tot = p°A + p°B.

Assumendo che i vapori delle due sostanze abbiano un comportamento di gas ideale, si può calcolare la percentuale in peso della naftalina nel distillato. La relazione tra il peso della naftalina nel vapore e il peso totale del vapore è data dal rapporto tra la pressione parziale della naftalina e la pressione di vapore della naftalina, che può essere calcolata utilizzando l’equazione dei gas ideali. La legge di Dalton afferma che la pressione totale di una miscela di gas è data dalla somma delle pressioni parziali dei gas presenti.

Per calcolare la percentuale di naftalina nel distillato, è necessario calcolare la pressione di vapore del naftalina e dell’acqua a una data temperatura, quindi determinare il rapporto tra le molecole di acqua e naftalina nella miscela in ebollizione. Questo ci permette di calcolare con precisione la percentuale di naftalina presente nel distillato ottenuto dalla miscela in ebollizione.

La distillazione in corrente di vapore si dimostra quindi un efficace metodo per separare i componenti delle miscele liquide, utilizzando le proprietà di tensione di vapore dei liquidi coinvolti, consentendo di ottenere una separazione più sicura ed efficiente.

Titolazioni: esercizi

Fabrice Deseaux

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6 Novembre 2023

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Esercizi di Titolazione Chimica: Calcolo delle Concentrazioni

Nel calcolo delle concentrazioni di HNO3, si è considerato che le moli di HNO3 saranno il doppio di quelle di Na2CO3, ottenendo una molarità di 0.2137 M per la soluzione di HNO3. Un altro esercizio prevede il calcolo della molarità di una soluzione di NaOH, ottenendo un valore di 0.3753 M.

Conclusione

Gli esercizi sulle titolazioni sono fondamentali per l’applicazione dei principi chimici.

Calcolo della Concentrazione di Acido Nitrico

In questo esercizio, si considera il rapporto stechiometrico tra le moli di HNO3 e Na2CO3 per ottenere la molarità di HNO3 come 0.2134. Nel secondo esercizio, viene utilizzato il KHP per determinare la molarità della soluzione di NaOH, ottenendo un valore di 0.07158 M.

Neutralizzazione del Carbonato di Calcio con Acido Nitrico

Viene presentata la reazione chimica e si calcola il volume di HNO3 0.6 M che può essere neutralizzato dal carbonato di calcio presente in una compressa.

Determinazione del Contenuto Percentuale di Acido Ossalico Biidrato in un Campione

In quest’esercizio, viene calcolata la percentuale di (COOH)2 ∙ 2 H2O nel campione assumendo l’assenza di impurezze di acidi, ottenendo una percentuale del 23.9%.

Determinazione della Massa di Carbonato di Calcio in una Compressa Antiacido

Vengono calcolate le moli di HCl necessarie e successivamente la massa di carbonato di calcio contenuta nella compressa, ottenendo un valore di 0.104 g.

Calcolo della Composizione di una Miscela Titrata con NaOH

Si calcola la composizione della miscela titolata con NaOH, ottenendo una massa di NaH2PO4 di 0.590 g e una di Na2HPO4 di 0.410 g.

In conclusione, la risoluzione di questi esercizi è importante per la comprensione dei concetti chimici e lo sviluppo di competenze analitiche.

Isomeri: una diversità tra sostanze chimiche

Fabrice Deseaux

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6 Novembre 2023

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Isomeri: una diversità tra sostanze chimiche

Isomeri in chimica: differenze tra sostanze chimiche

Gli isomeri sono sostanze chimiche che, pur avendo lo stesso numero di atomi nella molecola, mostrano differenti caratteristiche chimiche e fisiche. Per esempio, la formula C2H6O corrisponde a due sostanze distinte: l’etanolo (CH3CH2OH) e il dimetiletere (CH3OCH3).

Nonostante abbiano la stessa formula bruta, queste due sostanze presentano reattività diversa; inoltre, l’etanolo ha una temperatura di ebollizione superiore al dimetiletere, a causa dei legami a idrogeno presenti nella sua struttura molecolare.

Un altro esempio di isomeria si ha con il composto di formula C4H10, che corrisponde a due sostanze differenti: il n-butano (CH3CH2CH2CH3), una molecola lineare, e l’isobutano o 2-metilpropano (CH3CH(CH3)CH3), una molecola ramificata.

A differenza dei composti inorganici, i composti organici possono presentare isomeria, ossia due o più composti con la stessa composizione elementare e formula bruta, ma con diverse strutture.

L’isomeria può assumere diverse forme, a seconda della conformazione della catena carbonica: lineare, ramificata o ciclica. Questa diversità nelle strutture molecolari determina significative differenze nelle proprietà chimiche e fisiche degli isomeri. La posizione di un sostituente o di un particolare tipo di legame nella catena carbonica può influenzare la struttura di una molecola. Gli atomi che compongono una molecola possono anche essere disposti in modo differente nello spazio, generando diversi tipi di isomeri.

Un tipo di isomeria è l’isomeria ottica o enantiomeria, riferita alla disposizione degli atomi nelle molecole, le quali non possono sovrapporsi specularmente, generando una forma “sinistra” e una forma “destra” della molecola.

Un altro tipo di isomeria è l’isomeria geometrica o cis-trans, che avviene quando la rotazione libera nello spazio delle sottostrutture di una molecola è impedita. Ad esempio, il 2-butene può esistere in due forme: cis e trans. Nell’isomero cis, i due gruppi sono posizionati dallo stesso lato del doppio legame, mentre nell’isomero trans sono posizionati da parti opposte.

Questi diversi tipi di isomeria sono fondamentali per comprendere le proprietà chimiche e fisiche delle molecole organiche. La conoscenza di tali differenze può essere cruciale nella sintesi e nella comprensione delle reazioni chimiche che coinvolgono molecole isomeriche.

Reazioni degli alcani: combustione e alogenazione

Fabrice Deseaux

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6 Novembre 2023

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Reazioni degli alcani: combustione e alogenazione

Reazioni chimiche degli alcani nella sintesi dei composti organici

Gli alcani, noti anche come paraffine per la loro bassa affinità chimica con altre sostanze, sono composti organici saturi con formula generale CnH2n+2.

La loro bassa reattività li rende composti stabili, con poche possibilità di reazione rispetto ad altri composti organici come gli alcheni e gli alchini, in quanto presentano solo legami forti di tipo σ.

Combustione degli alcani

La combustione degli alcani è una reazione esotermica in cui l’alcano reagisce con l’ossigeno per formare biossido di carbonio, vapore acqueo e calore. Il calore di combustione degli alcani aumenta all’aumentare del numero di atomi di carbonio, poiché si ha un maggior numero di atomi di carbonio disponibili per la combustione.

Alogenazione degli alcani

La alogenazione è un’altra tipica reazione degli alcani, che consiste nell’introduzione di un atomo di alogeno (fluoro, cloro, bromo o iodio) nella molecola di alcano. Questa reazione richiede un’iniziazione tramite radicale libero.

Un esempio di alogenazione è la reazione tra il metano e il cloro, che porta alla formazione di alcani clorurati, importanti intermedi nella sintesi di molti composti organici.

Clorurazione del metano e processo di cracking degli idrocarburi

La clorurazione del metano è un processo chimico in cui gli atomi di idrogeno del metano vengono sostituiti da atomi di cloro per formare una miscela di prodotti clorurati. Questa reazione avviene attraverso un meccanismo radicalico e viene utilizzata per produrre clorometano.

Il tetracloruro di carbonio è una sostanza chimica ampiamente utilizzata in vari settori, come la produzione di solventi, la pulizia a secco e la sintesi di prodotti chimici.

Un altro processo chimico importante nell’industria petrolchimica è il cracking degli idrocarburi, che consiste nella rottura delle molecole di idrocarburi a catena lunga per formare frammenti più corti. Questo processo è utilizzato per la produzione di carburanti come benzina, gasolio e cherosene.

In conclusione, la clorurazione del metano e il cracking degli idrocarburi sono processi chimici importanti nell’industria petrolchimica, consentendo la produzione di una vasta gamma di prodotti chimici e carburanti essenziali nella vita quotidiana.

Alcani: nomenclatura

Fabrice Deseaux

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6 Novembre 2023

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La nomenclatura degli alcani: regole e applicazioni

La nomenclatura degli alcani è un metodo utilizzato per assegnare nomi ai composti saturi che seguono la formula generale CnH2n+2. Questa formula consente di determinare facilmente il numero di atomi di idrogeno presenti nella molecola conoscendo il numero di atomi di carbonio. Ad esempio, se il numero di atomi di carbonio è quattro (n = 4), la formula dell’alcano sarà C4H10, poiché (2 * 4) + 2 = 10.

Gli alcani in cui il carbonio è ibridato sp3 possono presentare una struttura lineare o ramificata, generando diversi isomeri con la stessa formula molecolare ma strutture diverse.

Il metano (CH4) è l’alcano più semplice, seguito da una serie di composti noti come serie omologa, come l’etano (C2H6), il propano (C3H8), il butano (C4H10), il pentano (C5H12), e così via.

I gruppi alchilici sono gruppi di atomi che si ottengono togliendo un atomo di idrogeno da un alcano. Questi gruppi prendono il nome dall’alcano di origine, sostituendo la desinenza -ano con -ile. Ad esempio, il gruppo CH3 è chiamato metilico, mentre il gruppo -CH2CH3 è chiamato etilico.

La nomenclatura IUPAC è un sistema di denominazione utilizzato per gli alcani ramificati. Le regole principali per assegnare i nomi sono:

1) Identificare la sequenza di carboni più lunga e assegnare un nome in base al numero di atomi di carbonio.
2) Iniziare la numerazione dalla fine della catena più vicina alla prima ramificazione.

Seguendo queste regole, è possibile assegnare nomi univoci agli alcani ramificati secondo la nomenclatura IUPAC. I gruppi alchilici presenti nella molecola sono nominati in ordine alfabetico. È importante specificare la posizione del carbonio al quale ogni gruppo alchilico è legato. Inoltre, va precisato se uno stesso gruppo alchilico si trova più volte nella molecola, anteponendo ad esso il prefisso di-, tri-, tetra- ecc. Se uno stesso gruppo alchilico è presente due volte sullo stesso carbonio, il numero d’ordine del carbonio stesso deve essere ripetuto.

Un esempio di applicazione di queste regole è il seguente composto denominato 2,2,4-trimetilpentano. Nella sua denominazione, abbiamo i seguenti elementi:
– Il gruppo alchilico metile si trova in posizione 2 e si ripete due volte.
– Il gruppo alchilico etile si trova in posizione 4.

In conclusione, la nomenclatura degli alcani è uno strumento fondamentale per assegnare nomi univoci ai composti saturi, permettendo una precisa identificazione e comunicazione in ambito chimico.

Chimica organica: l’importanza della chimica del carbonio

Fabrice Deseaux

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6 Novembre 2023

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L’importanza della chimica del carbonio

La chimica organica è fondamentale nello studio dei composti del carbonio, che è un elemento molto versatile e protagonista di numerose sostanze come il petrolio, le proteine, gli ormoni e le vernici.

Il carbonio mostra una configurazione elettronica di 1s^2, 2s^2, 2p^2, con quattro elettroni spaiati a seguito della promozione di un elettrone dal livello 2s^2 al livello 2p^2.

Nel caso degli alcani e dei cicloalcani, è degno di nota il fatto che l’orbitale 2s e i tre orbitali 2p si fondono formando quattro orbitali ibridi sp^3. Invece, nei alcheni, l’orbitale 2s e due orbitali 2p si fondono formando tre orbitali ibridi sp^2. Tali ibridazioni consentono al carbonio di creare un’ampia varietà di composti organici tramite legami covalenti con altri elementi.

Oltre agli idrocarburi saturi e insaturi, esistono molte altre classi di composti organici caratterizzati dai gruppi funzionali. Questi definiscono la reattività delle molecole e la loro struttura.

La classificazione dei composti organici si basa sulla presenza di diversi gruppi funzionali, ad esempio, il gruppo carbonilico, tipico di aldeidi, chetoni e alogenuri acilici, il gruppo amminico, tipico delle ammine, e il gruppo carbossilico, tipico degli acidi carbossilici, degli esteri, e dei composti derivanti dagli acidi carbossilici. Ogni gruppo funzionale conferisce al composto proprietà e reattività specifiche come nel caso degli acidi bicarbossilici e delle ammidi.

Gli acidi bicarbossilici, con due gruppi carbossilici (-COOH) nella loro struttura chimica, e le ammidi, con un gruppo ammidico (-CONH2), si distinguono per la loro importanza nella natura e per il ruolo fondamentale che svolgono in numerosi processi biologici e chimici.

La reattività di queste classi di composti dipende principalmente dalla presenza di gruppi alchilici o arilici legati ai rispettivi gruppi funzionali, influenzando le reazioni organiche che coinvolgono queste molecole.

Le reazioni organiche possono essere classificate in base al meccanismo coinvolto. Le reazioni di sostituzione, ad esempio, coinvolgono la sostituzione di un atomo o un gruppo funzionale da parte di un altro atomo o gruppo funzionale. Le reazioni di addizione, invece, coinvolgono l’aggiunta di un atomo o un gruppo funzionale a una molecola. Le reazioni di eliminazione comportano la rimozione di un atomo o un gruppo funzionale da una molecola per formare una nuova molecola.

In conclusione, gli acidi bicarbossilici e le ammidi sono importanti classi di composti organici con diverse applicazioni nella chimica e biologia. La loro reattività dipende dalle caratteristiche dei gruppi funzionali presenti nella molecola e le reazioni organiche coinvolgono una varietà di meccanismi di reazione.

Introduzione alla chimica analitica: metodi e applicazioni

Fabrice Deseaux

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6 Novembre 2023

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Introduzione alla chimica analitica: metodi e applicazioni

Introduzione alla chimica analitica: definizione, metodi e applicazioni

La chimica analitica rappresenta una branca fondamentale della chimica, focalizzata sull’identificazione e sulla quantificazione delle sostanze presenti in un campione. Questa disciplina è di vitale importanza per ottenere informazioni precise sulla composizione chimica di una sostanza o di un sistema.

La chimica analitica comprende sia metodi classici, come l’analisi gravimetrica e l’analisi volumetrica, sia metodi strumentali. L’analisi gravimetrica si basa sulla trasformazione di una sostanza in un composto insolubile, che viene separato tramite filtrazione, essiccato e pesato. Successivamente, attraverso calcoli stechiometrici, è possibile determinare la quantità dell’elemento presente nel campione. D’altra parte, l’analisi volumetrica coinvolge la misurazione del volume di una soluzione di concentrazione nota che reagisce stecchiometricamente con la sostanza in esame. Questa operazione, comunemente conosciuta come titolazione, è spesso agevolata dall’uso di indicatori che cambiano colore al raggiungimento dell’equivalenza stechiometrica.

La chimica analitica trova applicazione in svariati settori scientifici e industriali, inclusi la chimica ambientale, la medicina, l’industria alimentare e la ricerca farmaceutica. È indispensabile per la scoperta di nuovi farmaci, l’analisi di campioni biologici e la valutazione dell’inquinamento ambientale.

La tecnica di analisi volumetrica

L’analisi volumetrica è una tecnica di laboratorio utilizzata per determinare la concentrazione di una sostanza incognita in una soluzione. Ci sono diverse tecniche di analisi volumetrica, ognuna basata su un principio specifico, tra cui l’acidimetria, alcalimetria, l’ossidimetria, la volumetria per precipitazione e la complessometria.

Esercizi di analisi volumetrica

Per comprendere meglio l’analisi volumetrica, sono utili esercizi pratici come la titolazione acido forte-base forte e il calcolo del pH di una soluzione. Questi esempi consentono di applicare le tecniche di analisi volumetrica alla risoluzione di problemi reali.

Il calcolo della concentrazione di acido etanoico conoscendo la quantità di soluzione.

La concentrazione di una soluzione può essere calcolata conoscendo la quantità di acido etanoico presente nella stessa. Presupponiamo di avere 0,0250 L di acido etanoico con una concentrazione di 0,100 M. Moltiplicando il volume per la concentrazione, otteniamo 0,00250 moli di acido etanoico.

Se prendiamo in considerazione una soluzione di NaOH con un volume di 0,0200 L e una concentrazione di 0,100 M, moltiplicando il volume per la concentrazione, otteniamo 0,00200 moli di NaOH. Dopo aver determinato le moli di acido in eccesso sottraendo le moli di NaOH da quelle di acido etanoico, possiamo calcolare la concentrazione di HCl dividendo le moli di acido in eccesso per il volume totale della soluzione: 0,00050 moli / 0,0450 L = 0,0110 M di HCl.

Il calcolo del pH di una soluzione ottenuta dalla miscelazione di acido etanoico e NaOH può essere fatto utilizzando l’equazione di Henderson-Hasselbalch. I calcoli si basano sulle moli di acido e di base, consentendo di determinare con precisione il pH della soluzione ottenuta dalla miscelazione delle due sostanze.

In conclusione, la chimica analitica riveste un ruolo essenziale nella determinazione qualitativa e quantitativa delle sostanze, offrendo strumenti precisi per ottenere informazioni dettagliate sulla composizione chimica di una sostanza. La disciplina contribuisce al progresso scientifico e tecnologico in diversi settori, svolgendo un ruolo critico nella ricerca e nello sviluppo industriale.Calcolo della concentrazione di una soluzione tramite una titolazione acido-base

Il calcolo della concentrazione di una soluzione può essere effettuato tramite una titolazione acido-base. Prendiamo ad esempio il calcolo della concentrazione di una soluzione di acido etanoico dopo la titolazione con una soluzione di idrossido di sodio.

La concentrazione dell’acido etanoico può essere calcolata dividendo le moli per il volume della soluzione, come mostrato nell’equazione:
Concentrazione acido etanoico = 0,00150 / 0,0250 L = 0,0600 M

Successivamente, mescoliamo 25,0 mL di acido etanoico 0,100 M con 5,0 mL di NaOH 0,100 M e calcoliamo le moli di acido e di NaOH utilizzando le seguenti formule:
Moli acido = 0,0250 L x 0,100 M = 0,00250
Moli NaOH = 0,0050 L x 0,100 M = 0,00050

Dopo aver calcolato le moli di acido e di NaOH, possiamo determinare le moli di acido in eccesso e la concentrazione dell’acido e dell’etanoato. Infine, utilizzando l’equazione di Henderson-Hasselbalch, è possibile calcolare il pH della soluzione risultante.

Titolazione tra acido forte e base debole

In un altro esempio di titolazione acido-base, consideriamo il calcolo della concentrazione di una soluzione di NH3 dopo la titolazione con una soluzione di HCl. Il procedimento di calcolo coinvolge la determinazione delle moli di HCl e NH3 e la successiva conseguente concentrazione di NH3.

Una volta determinata la concentrazione della soluzione di NH3 dopo la titolazione con HCl, è possibile anche calcolare il pH della soluzione ottenuta mescolando HCl e NH3. Il pH dipende dalle quantità di H+ e NH4+ presenti.

Per entrambi i casi considerati, è possibile calcolare il pH della soluzione risultante, tenendo conto delle quantità e delle concentrazioni dei reagenti utilizzati.