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Cloroprene: sintesi, usi

Fabrice Deseaux

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7 Ottobre 2019

Il Cloroprene: Caratteristiche e Sintesi

Il cloroprene, noto anche come 2-cloro-1,3-butadiene, è un composto organico sviluppato dalla DuPont negli anni ’30 per le ricerche sulle gomme sintetiche. Si presenta come un liquido volatile e incolore.

# Sintesi

In passato, il cloroprene veniva sintetizzato attraverso un processo che coinvolgeva l’acetilene in due fasi consecutive. Nella prima fase, l’acetilene subiva una dimerizzazione per ottenere il vinilacetilene, utilizzando una soluzione di cloruro di ammonio e cloruro di rame (I) a 80°C. Successivamente, nell’ulteriore stadio a 60°C, si aggiungeva dell’acido cloridrico per la formazione del cloroprene.

Un altro metodo prevede l’aggiunta di cloro gassoso all’1,3-butadiene a 250°C, generando una miscela di due isomeri. Tramite una reazione di isomerizzazione, si ottiene l’isomero desiderato, il 3,4-dicloro-1-butene. Successivamente, il trattamento con una base induce la deidroclorurazione, producendo il cloroprene.

Il processo di sintesi avviene in tre fasi: clorurazione, isomerizzazione e deidroclorurazione. Come sottoprodotto, si ottiene una miscela di cis- e trans-dicloro-2-butene.

Applicazioni del Cloroprene

Il cloroprene è comunemente utilizzato come monomero di partenza per la produzione del neoprene. Trova impiego nella fabbricazione di guarnizioni, guaine per cavi, tubi, prodotti resistenti alle intemperie come mute e tutori ortopedici. Grazie alle sue proprietà, il cloroprene è fondamentale in diversi settori industriali.

Gruppo 4 (Ti, Zr, Hf, Rf): proprietà

Fabrice Deseaux

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5 Ottobre 2019

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Il Gruppo 4: Titanio, Zirconio, e Afnio e le loro Caratteristiche

Il Gruppo 4 della tavola periodica è composto da titanio, zirconio, e afnio, metalli del blocco d. Il rutherfordio, elemento altamente radioattivo, completa il gruppo. Gli elementi del Gruppo 4 sono noti per le loro proprietà fisiche e chimiche distintive.

Numero di Ossidazione negli Elementi del Gruppo 4

Gli elementi del Gruppo 4 sono noti per formare ossidi con numero di ossidazione +4 a causa della loro affinità con l’ossigeno. Ad esempio, il titanio può essere trovato sotto forma di ossido di ferro (II) e titanio (IV).

Riduzione dei Metalli del Gruppo 4

Il processo per ottenere titanio metallico inizia con la trasformazione dell’ossido in tetracloruro di titanio. Successivamente, il tetracloruro di titanio viene ridotto a titanio metallico attraverso una reazione con magnesio fuso.

Proprietà Periodiche degli Elementi del Gruppo 4

| Elemento | Z | Configurazione | Elettronegatività | Raggio Atomico (pm) | Temperatura di Fusione (°C) | Densità g/cm^3 |
|———–|—-|—————–|——————-|———————|—————————–|—————-|
| Titanio | 22 | 4s^2 3d^2 | 1.54 | 147 | 1668 | 4.51 |
| Zirconio | 40 | 5s^2 4d^2 | 1.33 | 160 | 1855 | 6.52 |
| Afnio | 72 | 5s^2 4d^2 | 1.30 | 159 | 2233 | 13.3 |

Le proprietà degli elementi del Gruppo 4, come densità e temperatura di fusione, rispettano le aspettative previste. Questi elementi svolgono un ruolo cruciale in vari settori grazie alle loro caratteristiche uniche.

Confronto delle Proprietà dei Elementi del Gruppo 4

Gli elementi del Gruppo 4 della tavola periodica mostrano caratteristiche peculiari che li distinguono dagli altri elementi. Mentre si scende lungo il gruppo, si osserva un aumento delle dimensioni atomiche e una diminuzione dell’elettronegatività.

Il raggio atomico dell’afnio è notevolmente più piccolo a causa della contrazione lantanidea, una caratteristica distintiva presente negli elementi del Gruppo 4.

Reattività dei Metalli del Gruppo 4

I metalli del Gruppo 4 reagiscono con gli alogeni per dare luogo a tetraalogenuri. In particolare, il titanio è in grado di formare dialogenuri e trialogenuri oltre ai tetraalogenuri.

Questi metalli reagiscono non solo con l’ossigeno, ma anche con l’idrogeno per formare diversi composti come idruri, nitruri, carburi e boruri. Queste sostanze si presentano solide, dure e con una elevata temperatura di fusione.

Proprietà Specifiche degli Elementi del Gruppo 4

*Il Titanio

*

Il titanio è il metallo più conosciuto del Gruppo 4, caratterizzato da leggerezza, resistenza e colore bianco metallico. Quando a contatto con l’ossigeno, si forma uno strato protettivo di ossido che lo rende resistente agli attacchi acidi e basici. La sua resistenza alla corrosione e il basso peso specifico lo rendono ideale per numerose applicazioni, tra cui la produzione di componenti per il settore aerospaziale, attrezzature sportive, gioielli e impianti dentali.

*Lo Zirconio

*

Anche lo zirconio, presente nel Gruppo 4, è noto per la sua resistenza alla corrosione, duttilità e malleabilità. Generalmente di colore bianco-grigio, simile al titanio, lo zirconio è nota per la sua piroforicità alle alte temperature. Utilizzato in vari settori industriali, tra cui ceramica, abrasivi, smalti, isolanti termici e protesi ortopediche, lo zirconio è un elemento versatile e con importanti applicazioni tecnologiche.

Inoltre, il biossido di zirconio, un solido bianco o giallo con elevato punto di fusione, viene impiegato nell’industria ceramica, degli abrasivi, degli smalti e nel settore odontoiatrico. A temperatura ambiente si presenta come una polvere bianca, assumendo una struttura cristallina cubica denominata zirconia oltre i 2370°C, che ricorda l’aspetto del diamante.

In conclusione, gli elementi del Gruppo 4 della tavola periodica presentano interessanti proprietà chimiche e fisiche che li rendono fondamentali in numerose applicazioni industriali e tecnologiche.L’utilizzo dello zirconio va oltre la semplice colorazione, infatti un importante composto di questo elemento è il tetracloruro di zirconio (ZrCl4), che rappresenta lo stadio intermedio nella produzione di zirconio dall’ossido di zirconio, la forma più comune in natura.

Afnio

L’afnio, simile allo zirconio per alcune caratteristiche, è anch’esso duttile e di colore argenteo, ma si differenzia per una maggiore densità. È resistente alla corrosione e, ridotto in polvere fine, ha caratteristiche piroforiche.

L’afnio trova ampio impiego in diversi settori: dai filamenti per le lampadine all’elettronica, dai catodi all’utilizzo predominante nella realizzazione di barre di controllo nei reattori nucleari, grazie alla sua elevata capacità di catturare i neutroni. Risulta preferito al boro per la maggiore resistenza alla corrosione. Inoltre, viene impiegato in lega con altri metalli come il ferro, il niobio, il tantalio e il titanio. Tra queste, le leghe afnio-niobio, notevoli per la resistenza termica, vengono utilizzate in ambito aerospaziale.

Lutezio: proprietà, reazioni, usi

Fabrice Deseaux

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4 Ottobre 2019

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Il lutezio: caratteristiche e utilizzo

Il lutezio è l’elemento appartenente alla serie dei lantanidi con numero atomico 71, configurazione elettronica [Xe] 4f14, 5d1, 6s2 e aspetto grigio-argenteo. Il suo nome deriva da Lutetia, l’antico nome di Parigi, in onore del suo scopritore Georges Urban che lo isolò come impurezza dalla gadolinite insieme a Carl Auer Freiherr von Welsbach nel 1907.

Proprietà del lutezio

Il lutezio ha un numero di ossidazione comune di +3, ma può anche presentare numeri di ossidazione +1 e +2. È l’elemento dei lantanidi con maggiore densità e temperatura di fusione, nonché con raggio atomico più piccolo a causa della contrazione lantanoidea. La forma stabile di lutezio è rappresentata dall’isotopo 175, ma vi è anche l’isotopo 176 con un tempo di dimezzamento di 3,78 × 10^10 anni.

Reazioni del lutezio

Il lutezio reagisce con l’aria formando l’ossido di lutezio. In soluzione di acido solforico, si comporta come lo ione Lu^3+. Con gli alogenati forma gli alogenuri, mentre con l’acqua produce idrossidi.

Utilizzi del lutezio

Il lutezio può essere impiegato come catalizzatore nel cracking dei prodotti petroliferi, nella polimerizzazione e in reazioni di idrogenazione. Presenta radioisotopi utilizzati in medicina nucleare, come il lutezio 177, che potrebbe diventare uno dei radionuclidi terapeutici più comuni.

Trova anche applicazioni come sensore di impurità nell’industria metallurgica e alcuni sali sono utilizzati nella produzione di componenti elettronici, presenti ad esempio in televisori a colori e lampade fluorescenti.

Buco dell’ozono: reazioni, CFC

Fabrice Deseaux

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1 Ottobre 2019

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Il significato del buco dell’ozono è la diminuzione dello strato di ozono che agisce come scudo protettivo dalla radiazione U.V. proveniente dal sole.

Cos’è l’ozono?

L’ozono è una forma allotropica dell’ossigeno con formula O₃, che si trova principalmente negli strati superiori dell’atmosfera, in particolare nell’ozonosfera, dove si forma da molecole di ossigeno a causa di fenomeni come fulmini, scariche elettriche o scintille.

Processo di formazione dell’ozono

Durante tali eventi, avviene una scissione omolitica della molecola di ossigeno, generando due radicali. Il radicale così creato reagisce con una molecola di ossigeno per formare l’ozono.

Reazione dell’ozono

Questa reazione è reversibile quando l’ozono viene colpito dalla radiazione solare, portando alla formazione di ossigeno molecolare. In condizioni normali, queste reazioni fotochimiche sono in equilibrio, consentendo all’ozono di filtrare le radiazioni UV più dannose.

Effetti del buco dell’ozono

Il buco dell’ozono comporta rischi per la salute umana, aumentando il rischio di melanoma e altre patologie cutanee. Inoltre, influisce sulla fotosintesi clorofilliana e sulla catena alimentare marina.

Relazione tra CFC e il buco dell’ozono

Il buco dell’ozono è in parte attribuibile ai CFC, composti utilizzati in diversi settori industriali. Queste sostanze, una volta liberate nell’atmosfera, reagiscono con la radiazione solare, rilasciando cloro che danneggia lo strato di ozono.

Trattato internazionale per la protezione dello strato di ozono

Dato il grave impatto dei CFC sullo strato di ozono, nel 1987 è stato firmato il trattato di Montreal per limitarne la produzione e l’uso. L’Unione Europea ha adottato questo trattato nel 1994, ma si prevede che ci vorrà tempo prima che lo strato di ozono possa tornare ai livelli precedenti.

In conclusione, è fondamentale continuare gli sforzi per proteggere lo strato di ozono e limitare le sostanze dannose che contribuiscono al deterioramento di questo importante scudo protettivo per la Terra.

Anidride maleica: sintesi, reazioni, usi

Fabrice Deseaux

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26 Settembre 2019

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Anidride maleica: sintesi, reazioni, usi

L’anidride maleica è un eterociclo insaturo che deriva dall’acido maleico. Questo composto organico si presenta come un solido cristallino bianco dall’odore acre a temperatura ambiente.

Utilizzi e proprietà

L’anidride maleica è un intermedio ampiamente impiegato grazie alla sua struttura polifunzionale che comprende due gruppi carbossilici e un doppio legame. Ciò la rende adatta per diverse applicazioni chimiche.

Recentemente, la sintesi dell’anidride maleica da idrossimetilfurfurale ottenuto da biomasse è stato oggetto di studio nell’ambito di una chimica sostenibile. Questi nuovi approcci sintetici rappresentano una sfida importante per ridurre l’impatto ambientale.

Fonti di materia prima

Le principali fonti di biomasse per la produzione di anidride maleica includono paglia di riso, paglia di frumento, legno, scarti dell’industria del mais, colture annuali e perenni e carta da macero. Queste materie prime contengono cellulosa, emicellulosa e lignina, che sono componenti cruciali per la sintesi dell’anidride maleica.

Sintesi dell’anidride maleica

L’anidride maleica, insieme agli acidi maleico e fumarico, è stata preparata per la prima volta negli anni ’30 dell’Ottocento. Tuttavia, la produzione su larga scala è iniziata molto tempo dopo. Il metodo di produzione iniziale coinvolgeva l’ossidazione del benzene con un catalizzatore di ossido di vanadio.

Per ottenere l’anidride maleica, si può procedere alla disidratazione dell’acido maleico o fumarico a caldo, con il primo metodo preferito per la sua maggiore velocità. Un’altra via consiste nell’ossidare una miscela di benzene e aria in presenza di un catalizzatore di ossido di vanadio (V), a una pressione di 2 atm e a temperature comprese tra i 400 e i 450°C.

In conclusione, l’anidride maleica ha un ruolo significativo nell’industria chimica e la sua produzione sostenibile rappresenta una sfida rilevante per ridurre l’impatto ambientale delle attività industriali.

L’anidride Maleica e le sue Applicazioni Chimiche

L’anidride maleica è un intermedio chimico altamente reattivo con un ampio spettro di usi attuali e potenziali in vari settori della chimica, grazie alla sua struttura polifunzionale contenente due gruppi carbossilici e un doppio legame.

Reazioni Chimiche

Reazione di Diels-Alder:

L’anidride maleica può reagire con l’1,3-butadiene tramite una reazione di Diels-Alder, generando l’anidride cis-1,2,3,6-tetraidroftalica.

Dimerizzazione:

Inoltre, può partecipare a una reazione di dimerizzazione attraverso una reazione fotochimica, formando una dianidride.

Applicazioni dell’Anidride Maleica

L’anidride maleica viene impiegata come monomero nella produzione di resine poliestere insature utilizzate per creare polimeri termoindurenti e resine alchidiche modificate, ampiamente impiegate come leganti nel settore delle vernici.

Oltre a queste applicazioni principali, l’anidride maleica trova impiego in diversi settori, quali:

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Rivestimenti

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Prodotti farmaceutici

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Resine poliestere insature costituite da un diacido aromatico o alifatico e un glicole

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Resine alchidiche

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Additivi lubrificanti

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Prodotti agricoli

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Pesticidi

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Erbicidi selettivi

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Tensioattivi

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Esteri

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Additivi per materie plastiche

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Dolcificanti artificiali

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Esaltatori di sapidità

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Spray per capelli

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Copolimeri

In sintesi, l’anidride maleica rappresenta un componente chimico versatile con un’ampia gamma di applicazioni che variano dai settori industriali a quelli farmaceutici e alimentari. La sua versatilità e la sua reattività la rendono un ingrediente di rilievo in numerosi processi chimici e prodotti di consumo.

Acido maleico: sintesi, reazioni, usi

Fabrice Deseaux

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24 Settembre 2019

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Applicazioni e Caratteristiche dell’Acido Maleico

L’acido maleico (MA) è un’importante materia prima utilizzata in varie industrie, come quella dei lubrificanti, delle resine poliestere insature, dei rivestimenti superficiali, dei plastificanti, dei copolimeri e dei prodotti chimici per l’agricoltura.

Acido Maleico: Struttura e Proprietà

L’acido maleico è un acido bicarbossilico insaturo composto da quattro atomi di carbonio con un doppio legame tra il secondo e il terzo atomo di carbonio. Presenta i gruppi carbossilici sullo stesso lato, rendendolo l’isomero cis dell’acido butendioico.

L’acido maleico si distingue dall’isomero trans, l’acido fumarico, ed è meno stabile di quest’ultimo. Entrambi contengono due gruppi carbonilici acidi e un doppio legame in posizione α e β. È un solido cristallino solubile in acqua che forma una soluzione acida a causa delle sue costanti di dissociazione.

Sintesi dell’Acido Maleico

L’acido maleico può essere ottenuto per idrolisi dell’anidride maleica e per reazione con acido cloridrico in presenza di zinco si ottiene l’acido succinico.

Reazioni dell’Acido Maleico

Riscaldando l’acido maleico si può ottenere l’acido fumarico per isomerizzazione, catalizzata da tiourea o acidi minerali. Mostra reazioni tipiche degli alcheni e degli acidi carbossilici.

L’acido maleico ha una vasta gamma di applicazioni e proprietà uniche che lo rendono un componente essenziale in svariati settori industriali.

Applicazioni dell’Acido Maleico e dei suoi Derivati

L’acido maleico è un composto chimico che trova numerose applicazioni e può essere sfruttato per la sintesi di diversi prodotti. È utilizzato nella produzione di esteri tramite esterificazione con i glicoli, dando vita ai poliesteri. Inoltre, può essere convertito in anidride maleica tramite disidratazione, in acido malico per idratazione, e in acido succinico tramite idrogenazione catalitica.

Reazioni Chimiche dell’Acido Maleico

Questo acido, essendo elettrofilo, è un componente-chiave in molte reazioni di Diels-Alder. Inoltre, reagendo con il cloruro di tionile o il pentacloruro di fosforo, è in grado di formare il cloruro acilico.

Usi dell’Acido Maleico

L’acido maleico viene impiegato non solo per la sintesi dell’acido fumarico, ma anche per la produzione dell’acido gliossilico mediante ozonolisi. Trova inoltre impiego nella produzione di vari altri composti chimici e nella tintura e finissaggio delle fibre naturali. Questo acido è inoltre il precursore dell’acido fumarico, ottenuto mediante una reazione di isomerizzazione catalizzata da tiourea, e dell’anidride maleica.

In definitiva, le potenzialità dell’acido maleico e dei suoi derivati sono ampie e diversificate, offrendo un’ampia gamma di applicazioni nell’ambito della chimica organica e industriale.

Misura della conduttività: conduttimetri

Fabrice Deseaux

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22 Settembre 2019

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Misura della conduttività: conduttimetri

La conduttività: un concetto fondamentale della fisica e della chimica

La conduttività è un’importante proprietà di un corpo che influisce sulla sua capacità di consentire il passaggio di corrente elettrica quando è soggetto a un campo elettrico. I conduttori, come i metalli, offrono poca resistenza al flusso di corrente, mentre gli isolanti, come ceramica, legno e plastica, sono i meno conduttivi.

La conduzione elettrica: un aspetto chiave da comprendere

La corrente elettrica viene trasportata da cationi, anioni e elettroni a seconda del materiale considerato. Studi pionieristici condotti da scienziati come Stephen Gray hanno contribuito a differenziare la conduzione dall’isolamento e a comprendere meglio tali fenomeni.

Conduttività termica e i materiali solidi

La conduttività termica è un’altra caratteristica importante che riguarda il trasferimento di energia termica attraverso un materiale. Questo fenomeno è legato alla struttura cristallina dei solidi non metallici e metallici.

I fattori che influenzano la conduttività

Diversi fattori incidono sulla conduttività di una soluzione, tra cui la concentrazione, la mobilità ionica, la valenza degli ioni e la temperatura. La misurazione della conduttività avviene tramite un conduttimetro, che può essere di diversi tipi a seconda delle esigenze di utilizzo.

Conduttimetri e il loro funzionamento

I conduttimetri sono strumenti dotati di una sonda che viene immersa nella soluzione da analizzare. Essi contengono elettrodi che consentono il passaggio della corrente elettrica, misurata in μS∙cm-1, attraverso la soluzione. Il valore della conduttività dipende dalla conduttanza e dalla costante della cella.

Applicazioni pratiche della conduttività

Le misure di conduttività elettrica trovano impiego nell’analisi della qualità dell’acqua e nel controllo delle acque reflue per garantire il rispetto delle normative ambientali. Misurare la conduttività è utile anche per determinare la concentrazione di vari acidi, come acido cloridrico, fosfato, ammoniaca e altri composti chimici.

In conclusione, la conduttività è un concetto essenziale che trova applicazioni in diversi settori e il suo studio continuo è fondamentale per comprendere i processi chimico-fisici che ci circondano.

Tetrafluoroetilene: sintesi, usi

Fabrice Deseaux

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20 Settembre 2019

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Produzione e Utilizzi del Tetrafluoroetilene

Il tetrafluoroetilene (TFE) è un perfluoroalchene con formula CF₂=CF₂ ed è ampiamente impiegato nell’industria dei polimeri. La sua struttura è simile a quella dell’etene ma con gli atomi di idrogeno sostituiti da atomi di fluoro.

Caratteristiche e Sintesi

Il TFE è un gas incolore e inodore, infiammabile e poco solubile in acqua. Riscaldandolo fino alla decomposizione, emette fumi di fluorocarburi estremamente tossici. L’esposizione acuta per inalazione può causare irritazioni delle vie respiratorie ed edema polmonare.

La sintesi del tetrafluoroetilene avviene mediante la reazione tra metano e cloro a una temperatura compresa tra i 100 e i 150°C, utilizzando gel di allumina o ossido di zinco su silice come catalizzatori. Inizialmente si forma triclorometano (cloroformio) e acido cloridrico. Successivamente, il triclorometano reagisce con acido fluoridrico in presenza di catalizzatori specifici per produrre clorodifluorometano e cloruro di idrogeno.

Produzione e Usi del Tetrafluoroetilene

Il clorodifluorometano viene quindi sottoposto a pirolisi a temperatura elevata per generare tetrafluoroetilene. Questo gas deve essere rapidamente raffreddato per evitare reazioni indesiderate o esplosive. Il tetrafluoroetilene viene impiegato nella produzione di fluoroelastomeri e fluoropolimeri, ed è il monomero essenziale per la produzione del politetrafluoroetilene (PTFE) conosciuto come teflon.

Il teflon è stato scoperto per caso nel 1938 da Roy J. Plunkett mentre lavorava per la DuPont nel New Jersey. Il PTFE è noto per le sue eccezionali proprietà di resistenza chimica, inertezza e basso coefficiente di attrito, ed è ampiamente utilizzato in diverse applicazioni industriali e commerciali.

In conclusione, il tetrafluoroetilene gioca un ruolo chiave nella produzione di materiali avanzati come il teflon e trova impiego in una vasta gamma di settori grazie alle sue proprietà uniche e alla sua versatilità.

Tiocianato di potassio: sintesi, usi

Fabrice Deseaux

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19 Settembre 2019

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Il Tiocianato di Potassio: Caratteristiche e Sintesi

Il Tiocianato di Potassio, noto anche come solfocianuro di potassio, è un solido bianco inodore altamente solubile in acqua, con formula KSCN che include un triplo legame carbonio-azoto. Questo sale incolore dal sapore leggermente amaro è solubile in acqua, alcool ed etere etilico, derivante dall’idrossido di potassio e dall’acido tiocianico.

È un solido cristallino deliquescente che fonde a 173°C. Raggiunta la temperatura di 500°C, il Tiocianato di Potassio subisce una decomposizione termica, producendo cianuro di potassio e zolfo secondo l’equazione: KSCN → KCN + S.

Sintesi del Tiocianato di Potassio

Una via sintetica per ottenere il Tiocianato di Potassio prevede la reazione del potassio esacianoferrato (II) con lo zolfo, formando KSCN, FeS e (CN)2: K4Fe(CN)6 + 5 S → 4 KSCN + FeS + (CN)2.

Un altro metodo sintetico coinvolge il solfuro di carbonio e l’ammoniaca, che reagiscono per formare tiocianato di ammonio e solfuro acido di ammonio: CS2 + 3 NH3 → NH4SCN + NH4HS.

Reazioni e Applicazioni

Il Tiocianato reagisce con l’ione Fe3+ per formare il tiocianato ferrico, che trova impiego nell’analisi quantitativa dell’Fe3+. La colorazione intensa del complesso permette di determinarne la concentrazione tramite tecniche colorimetriche.

Questo composto è utilizzato anche nel

metodo di Volhard

per la determinazione degli alogenuri. In aggiunta a una soluzione di alogenuri, viene aggiunto nitrato di argento in eccesso, seguito da un retrotitolamento con tiocianato di potassio standard usando Fe3+ come indicatore.

Usi

Oltre agli impieghi analitici, il Tiocianato di Potassio ha applicazioni pratiche. Ad esempio, viene utilizzato per sintetizzare l’olio di senape artificiale reagendo con cloruro di allile: CH2=CHCH2Cl + KSCN → CH2=CHCH2NSC è KCl. Trova inoltre utilizzo nella tintura di tessuti e nella produzione di effetti visivi di sangue nei film, soprattutto in combinazione con FeCl3.

In conclusione, il Tiocianato di Potassio, con le sue proprietà uniche e le molteplici applicazioni, rimane un composto versatile nel mondo della chimica e dell’industria.

Entropia: funzioni di stato, processi spontanei

Chimica Fisica

Fabrice Deseaux

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16 Settembre 2019

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Entropia: funzioni di stato, processi spontanei

Il Concetto di Entropia e le sue Applicazioni nel Contesto Termodinamico

L’entropia, simboleggiata dalla lettera S e misurata in joule per kelvin (J/K), rappresenta una funzione di stato introdotta da Clausius nel lontano 1865. Il termine deriva dalla combinazione delle parole greche “εν” (che significa “dentro”) e “τροπη” (che significa “trasformazione”). Questa grandezza può essere spiegata secondo la termodinamica classica in sistemi in equilibrio o tramite un approccio statistico.

L’entropia riveste un ruolo fondamentale nello studio della termodinamica e ha avuto un ruolo chiave nell’introduzione del concetto di funzionamento del motore termico, con contributi significativi da parte di illustri studiosi quali Sadi Carnot, James Prescott Joule, William Thomson, Rudolf Clausius e Max Planck.

Una funzione di stato è un’entità il cui valore dipende esclusivamente dalle condizioni iniziali e finali di una trasformazione termodinamica. La variazione di entropia di un sistema, indicata con ∆S, è misurata in relazione ai cambiamenti che il sistema subisce tra uno stato iniziale e uno finale.

La variazione di entropia per un processo reversibile è definita termodinamicamente come ∆S = Q/T, dove Q rappresenta il calore ceduto o assorbito dal sistema e T è la temperatura a cui avviene il processo. In un processo isoentropico, l’entropia del sistema rimane costante (∆S = 0), benché si tratti di un caso ideale. Nei processi irreversibili, come quelli che si verificano a causa di attrito o reazioni chimiche, l’entropia tende ad aumentare.

Il Secondo Principio della Termodinamica formulato da Clausius sostiene che è impossibile realizzare una trasformazione in cui il calore passi da un corpo a una temperatura data ad un altro corpo a temperatura più alta, senza apportare lavoro esterno o altre forme di energia. Questo implica che, in assenza di lavoro esterno o altre interazioni, il calore si trasferisca naturalmente dal corpo più caldo a quello più freddo fino all’equilibrio termico.

In un processo spontaneo, la variazione di entropia è sempre maggiore di zero o al massimo uguale a zero, e questa è legata al concetto di disordine introdotto da Ludwig Boltzmann. Questo fenomeno può essere trattato matematicamente in termini di termodinamica statistica.

I processi spontanei portano a un aumento del disordine e, di conseguenza, dell’entropia. Ad esempio, se si mette un gas in contatto con un recipiente vuoto, il gas tenderà a espandersi per occupare tutto lo spazio disponibile, seguendo il principio di raggiungere lo stato più probabile.

Idrolasi: sottoclassi, reazioni, esempi

Fabrice Deseaux

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15 Settembre 2019

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Le idrolasi sono enzimi che svolgono un’importante funzione catalitica, favorendo la divisione di molecole complesse in molecole più semplici attraverso un processo chiamato idrolisi.

Funzione delle Idrolasi

Le idrolasi svolgono principalmente una funzione digestiva nel corpo. Ad esempio, le proteasi sono idrolasi che scindono le proteine in peptidi più piccoli e infine in amminoacidi. Allo stesso modo, le lipasi idrolizzano i lipidi, come i trigliceridi, in glicerolo e acidi grassi.

Schema di Reazione Catalizzata

Le idrolasi seguono uno schema generale di reazione: A-B + H2O → A-OH + B-H. Nella classificazione degli enzimi attraverso il numero EC, le idrolasi sono assegnate alla categoria EC4 e sono suddivise in base ai legami su cui agiscono.

Sottoclassi delle Idrolasi

EC 3.1 – Esterasi

Le esterasi sono un tipo di idrolasi che catalizzano l’idrolisi del legame estereo. Sono ulteriormente suddivise a seconda del tipo di estere. Un esempio è la carbossilesterasi che scinde gli esteri in alcol e acido carbossilico.

EC 3.2 – Glicosidasi

Le glicosidasi sono un’altra categoria di idrolasi che catalizzano l’idrolisi dei composti glicosidici. Queste idrolasi sono cruciali per la sintesi e rottura dei legami glicosidici.

EC 3.3 – Idrolasi su Legami Eterei

Le idrolasi di questa categoria agiscono sui legami eterei. Un esempio è l’isocorismatasi che converte isocorismato e acqua in piruvato e 2,3-diidrossi-2,3-diidrobenzoato.

EC 3.4 – Idrolasi su Legami Peptidici

Le idrolasi di questa categoria agiscono sui legami peptidici. Un esempio è la proteasi che interviene sul legame peptidico, scomponendo le proteine in componenti più piccoli.

Le idrolasi svolgono quindi un ruolo fondamentale nel metabolismo catalizzando reazioni di idrolisi che sono cruciali per il funzionamento ottimale delle cellule e degli organismi.

Categoria Enzimi EC 3.5

Gli enzimi appartenenti alla classe EC 3.5 sono idrolasi che agiscono su un legame carbonio-azoto escludendo il legame peptidico. Un esempio di questa categoria è la glutaminasi che catalizza l’idrolisi della glutammina producendo acido glutammico e ammoniaca.

Categoria Enzimi EC 3.6

Gli enzimi della classe EC 3.6 agiscono principalmente su composti contenenti legami difosfato, come nucleosidi e fosfati. Un esempio è l’adenosintrifosfatasi che rimuove un gruppo fosfato dall’ATP, trasformandolo in ADP.

Categoria Enzimi EC 3.7

Gli enzimi appartenenti alla categoria EC 3.7 agiscono sul legame carbonio-carbonio di sostanze chetoniche. Un esempio è l’ossaloacetasi che catalizza l’idrolisi dell’acido ossalacetico in acido ossalico e acido acetico.

Categoria Enzimi EC 3.8

Gli enzimi della classe EC 3.8 agiscono sul legame carbonio-alogeno. Un esempio di questa categoria sono le alchilalidasi che catalizzano l’idrolisi di composti come dibromo e diclorometano, trasformandoli in bromo, cloro e formaldeide.

Categoria Enzimi EC 3.9

Gli enzimi appartenenti alla categoria EC 3.9 agiscono sul legame fosforo-azoto. Un esempio di questo tipo di enzimi è la fosfoamidasi che catalizza l’idrolisi della N-fosfocreatina producendo creatina e fosfato.

Categoria Enzimi EC 3.10

Gli enzimi della classe EC 3.10 agiscono sul legame zolfo-azoto. Un esempio di questa categoria è la ciclammato solfoidrolasi che catalizza…

Enzimi che agiscono su diversi tipi di legami chimici

Gli enzimi sono proteine altamente specializzate che svolgono un ruolo importante nei processi di idrolisi e trasformazione di diverse molecole. In particolare, esistono diversi tipi di enzimi che agiscono su specifici legami chimici, dando vita a reazioni fondamentali per la sintesi e la degradazione di composti organici.

EC 3.11: Idrolisi del legame carbonio-fosforo

Un esempio di enzimi appartenenti a questa categoria è la fosfonoacetaldeide idrolasi, che catalizza l’idrolisi della fosfonoacetaldeide trasformandola in acetaldeide. Questa reazione è essenziale per la sintesi di composti organofosforici come intermedi nella produzione di vari composti chimici.

EC 3.12: Idrolisi del legame zolfo-zolfo

Gli enzimi che agiscono sul legame zolfo-zolfo rientrano in questa categoria. Ad esempio, la tritionato idrolasi catalizza l’idrolisi del tritionato, che si trasforma in tiosolfato e solfato secondo la seguente reazione:
S3O6^2- + H2O → S2O3^2- + SO4^2- + 2 H+

EC 3.13: Idrolisi del legame carbonio-zolfo

Gli enzimi che lavorano sul legame carbonio-zolfo includono la solfuro di carbonile idrolasi, che catalizza l’idrolisi del solfuro di carbonile trasformandolo in solfuro di idrogeno e biossido di carbonio:
O=C=S + H2O → H2S + CO2

Questi processi enzimatici sono fondamentali per la chimica organica e la sintesi di composti chimici complessi. L’attività catalitica degli enzimi gioca un ruolo cruciale nella regolazione e nell’accelerazione di queste reazioni biochimiche, contribuendo al metabolismo cellulare e alla biochimica dei processi biologici.

Legame δ: legami quadrupli, piani nodali

Fabrice Deseaux

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13 Settembre 2019

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Legame δ: legami quadrupli, piani nodali

Il legame delta, noto anche come legame quadruplo, è un tipo di legame chimico che coinvolge un numero limitato di molecole e un piccolo numero di atomi. Questo concetto è stato introdotto nel 1916 dal chimico statunitense Gilbert Lewis, il quale ha contribuito alla comprensione dei legami chimici tra atomi attraverso la condivisione di elettroni.

Legami con legame delta

La teoria degli orbitali molecolari e la teoria del legame di valenza hanno ulteriormente confermato l’esistenza del legame delta, che è di tipo covalente e coinvolge la sovrapposizione di quattro lobi di un orbitale atomico con quattro lobi di un altro orbitale atomico. Questa sovrapposizione porta alla creazione di un orbitale molecolare di legame che presenta due piani nodali che passano attraverso entrambi gli atomi coinvolti.

Scoperta del legame delta

La scoperta del legame delta è avvenuta nel 1965 con la conferma dell’esistenza di un legame quadruplo tra atomi nel composto Re2Cl82-. Questo composto contiene un legame sigma, due legami pi e un legame delta. Il Re2Cl82- ha fornito importanti informazioni sul campo dei legami metallo-metallo e ha influenzato ulteriori ricerche sulla struttura e sulle proprietà di questi composti.

Formazione del legame delta

Oltre al renio, al molibdeno e al cromo, anche altri elementi del blocco d e blocco f possono formare legami quadrupli mediante la sovrapposizione di orbitali specifici. Gli orbitali dxy di un atomo possono sovrapporsi con gli orbitali dx2-y2 di un altro atomo per creare il legame delta.

Caratteristiche del legame delta

Il legame delta è caratterizzato da quattro regioni di sovrapposizione degli orbitali e presenta due piani nodali rispetto ai legami pi che ne presentano solo uno. A differenza degli orbitali pi*, che hanno quattro lobi ma con piani nodali differenti, il legame delta è più debole dei legami sigma e pi. Spesso, il legame delta fa parte di cluster di metalli di transizione, contribuendo alle proprietà e alla stabilità di questi composti.