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Esercizi sull’entalpia

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

Calcolo dell’entalpia nelle reazioni chimiche: esercizi svolti

Gli esercizi che riguardano l’entalpia richiedono la considerazione di diverse relazioni termodinamiche. L’entalpia è definita come la somma dell’energia interna e del prodotto tra pressione e volume. Prima di procedere con la risoluzione degli esercizi, è necessario ricordare alcune relazioni fondamentali, come la variazione dell’energia libera e dell’entropia.

La variazione di energia libera, in uno stato standard, può essere calcolata utilizzando la formula: ΔG = ΔH − TΔS. Inoltre, in una reazione la variazione di energia libera è legata al quoziente di reazione: ΔG = ΔG° + RT ln Q.

Per quanto riguarda la variazione di entropia e di entalpia, le formule coinvolte sono:

ΔS° = Σ n ΔS°_prodotti – Σ n ΔS°_reagenti
ΔH° = Σ n ΔH°_prodotti – Σ n ΔH°_reagenti

Esercizio 1: Calcolo della variazione di entalpia per la formazione dell’acqua

Per calcolare la variazione di entalpia della reazione di formazione dell’acqua a partire da idrogeno e ossigeno gassosi, si considera la seguente reazione chimica: H₂ (g) + ½ O₂ (g) → H₂O + calore. Utilizzando i valori tabulati, si ottiene un ΔH° di -285.83 kJ.

Esercizio 2: Calcolo della variazione di entalpia per la reazione di combustione del metano

Per calcolare la variazione di entalpia della reazione di combustione del metano, che avviene secondo la reazione CH_4(g) + 2 O_{2(g) → CO}_2(g) + 2 H₂O_(g) + calore, si applica l’equazione ΔH° = Σ n ΔH°_prodotti – Σ n ΔH°_reagenti. Si ottiene un ΔH° di -890.3 kJ.

Esercizio 3: Calcolo del calore prodotto dalla combustione del 2-propanolo

Nel terzo esercizio, si calcola il calore prodotto dalla combustione di 0.500 Kg di 2-propanolo, sapendo che i prodotti della reazione sono anidride carbonica e acqua, e che vi è un eccesso di ossigeno.

La reazione bilanciata di combustione del 2-propanolo è: 2 C₃H₈O _(l) + 9 O_2(g) →6 CO_2(g) + 8 H₂O_(g) + calore. Applicando l’equazione ΔH° = Σ n ΔH°_prodotti – Σ n ΔH°_reagenti, si ottiene un ΔH° di -4011.3 kJ/mol. Tale valore è riferito alla combustione di 2 moli di 2-propanolo, pertanto il calore sviluppato dalla combustione di 8.3 moli di 2-propanolo è pari a 16646 kJ.

Acido fosforico: produzione

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Produzione di Acido Fosforico: Processi e Utilizzi Principali

L’acido fosforico, noto anche come acido tetraossofosforico (V), è impiegato principalmente per la produzione di fertilizzanti fosfatici. Oltre a ciò, trova impiego anche nella produzione di detersivi sintetici, mangimi animali e insetticidi. La sua formula chimica è H3PO4 e il fosforo in esso presente ha numero di ossidazione +5.

Il processo di produzione dell’acido fosforico può avvenire attraverso due principali metodi: il processo a umido, risalente al 1870, e il metodo termico. Nel processo a umido, l’acido fosforico viene ottenuto attraverso l’attacco con acido solforico di fosfati naturali, la successiva separazione per filtrazione dell’acido fosforico dal solfato di calcio formatosi e la concentrazione dell’acido stesso al livello desiderato.

Invece, il metodo termico richiede la riduzione dei fosfati a fosforo, seguita dalla combustione del fosforo a pentossido di fosforo e l’assorbimento di questo con acqua per ottenere l’acido concentrato.

La produzione con il metodo a umido rappresenta la maggior parte dell’acido fosforico utilizzato per la produzione di fertilizzanti, mentre quello prodotto termicamente è impiegato soprattutto per prodotti di qualità come prodotti alimentari e detergenti che richiedono una elevata purezza.

Il processo di produzione con il metodo a umido si basa su varie reazioni chimiche e necessita di condizioni operative specifiche per la precipitazione del solfato di calcio in una forma facilmente filtrabile. La produzione di acido fosforico con il metodo termico richiede invece quattro stadi fondamentali, quali la combustione del fosforo, l’idratazione del pentossido di fosforo, il recupero del pentossido di fosforo dalle nebbie e la dearsenificazione del prodotto finale.

Nel complesso processo di produzione, è necessario prestare attenzione a diversi parametri operativi, quali la quantità di acido solforico in eccesso e la concentrazione dell’acido fosforico. Dopo la fase di produzione, l’acido fosforico necessita di un trattamento per eliminare il contenuto di arsenico, specialmente se destinato all’industria alimentare. Questo trattamento avviene tramite l’uso di idrogenosolfuro di sodio, che permette di ottenere un acido fosforico di alta purezza.

In conclusione, la produzione di acido fosforico richiede processi chimici complessi e specifiche condizioni operative per ottenere un prodotto di qualità, adatto a svariate applicazioni industriali.

Distillazione continua in uno stadio ideale (flash)

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Distillazione continua in uno stadio ideale (flash)

La distillazione continua in uno stadio ideale, noto anche come flash, è un processo che avviene secondo lo schema seguente:

[![distillazione continua](http://chimicamo.org//wp-content/uploads/2012/10/FileVap-Liq_Separator.png)](http://chimicamo.org//wp-content/uploads/2012/10/FileVap-Liq_Separator.png)

Durante questo processo, un’alimentazione preriscaldata sotto leggera pressione viene successivamente fatta espandere mediante decompressione, provocando una parziale vaporizzazione. Di conseguenza, due correnti continue vengono separate: una in fase vapore, ricca dei componenti più volatili, e una in fase liquida, ricca dei componenti meno volatili.

Condizioni di idealità

Un’apparecchiatura del tipo descritto opera in condizioni di idealità se le fasi liquida e vapore presenti nel separatore si trovano in condizioni di equilibrio termodinamico. Questo rappresenta un esempio di separazione per distillazione continua in uno stadio ideale. Il grado di separazione dipende dalla velocità con cui avvengono i processi di trasferimento di materia ed energia nell’apparecchiatura in esame.

Nei processi di separazione è utile definire un parametro di equilibrio *Ki* come segue: Ki = xi1 / xi2, dove xi1 e xi2 sono le frazioni molari del componente i nelle fasi 1 e 2. Nel caso in cui le fasi siano un vapore e un liquido, Ki diventa la costante di vaporizzazione: Ki = yi / xi.

Il fattore di separazione αij, noto anche come volatilità relativa del componente i rispetto al componente j, diventa: αij = yi*xj / xi*yj e dipende unicamente dalle caratteristiche fisiche della miscela che deve essere separata.

Bilancio materiale

Il bilancio materiale dell’apparecchiatura è espresso da: F = L + V, dove F rappresenta la portata molare (moli/tempo) dell’alimentazione, V la portata del vapore e L la portata del liquido. Le frazioni molari dei vari componenti presenti nell’alimentazione sono indicate con zi, mentre xi e yi rappresentano le frazioni molari nel liquido e nel vapore uscente dall’alimentazione.

Applicato al componente i, il bilancio materiale assume la forma: Fzi = Vzi + Lzi = Vy + Lx. Risolvendo rispetto a xi, si ottiene: xi = (F/V) zi / Ki + L/V = (L/V + 1) ( zi /Ki + L/V). Mentre per yi: yi = (F/V) Ki zi / Ki + L/V.

È necessario conoscere i valori delle costanti Ki che dipendono dalla natura dei sistemi in esame e dalle variabili fisiche come temperatura e pressione.

Sostituendo i valori delle frazioni molari nelle due equazioni precedenti, si comprende che la temperatura deve avere un valore tale per cui risulti soddisfatta l’equazione.

In conclusione, la distillazione continua in uno stadio ideale avviene secondo un preciso equilibrio termodinamico e fisico, determinato dalle caratteristiche dei componenti da separare e dalle variabili operative come temperatura e pressione.

Pigmenti verdi sintetici

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Pigmenti Verdi Sintetici: Le Caratteristiche e le Applicazioni

I pigmenti verdi sintetici sono una categoria di coloranti inorganici ampiamente utilizzati per la colorazione di prodotti industriali e artistici. Questi includono l’ossido di cromo verde, il verde Guignet, il verde cromo e il verde smeraldo.

Ossido di Cromo Verde

L’ossido di cromo verde è stato conosciuto fin dai primi anni dell’800 e è costituito principalmente da triossido di bicromo Cr2O3. La sintesi di questo pigmento coinvolge composti di cromo esavalente, che vengono ridotti a temperature elevate in presenza di un riducente come il carbone. I pigmenti risultanti mostrano una spiccata inerzia chimica, eccellente stabilità alla luce e resistenza agli agenti atmosferici. Queste caratteristiche li rendono adatti per applicazioni in edilizia, nell’industria del vetro e della ceramica, nonché nell’ambito delle pitture navali, dove la termostabilità è cruciale.

Ossido Idrato di Cromo (Verde Guignet)

Il verde Guignet, un’altra varietà di pigmento verde, è sintetizzato attraverso complessi processi di reazione tra composti di cromo esavalente e altri reagenti. Rispetto all’ossido di cromo verde, il verde Guignet presenta una maggiore purezza di colore, brillantezza e trasparenza. Trova impiego negli smalti per carrozzeria, nella colorazione di materie plastiche e nella pittura in combinazione con altri pigmenti inorganici.

Verde Cromo

I verdi cromo sono miscele di gialli cromo e blu di Prussia o blu di ftalocianina. Poiché presentano considerabili differenze di peso specifico, struttura e granulometria, possono manifestare il fenomeno del fiammeggiamento, che comporta la separazione dei pigmenti. Nonostante queste sfide, i verdi cromo sono impiegati nelle vernici, negli inchiostri, nella carta e nelle materie plastiche.

Verde Smeraldo

Il verde smeraldo, un pigmento di origine inorganica, è ottenuto mediante la precipitazione di acetato basico di rame e arsenito di rame. Sebbene sia soggetto ad alterazioni e instabile in presenza di alcuni agenti chimici, il verde smeraldo trova impiego nei colori per artisti grazie al suo potere coprente.

I pigmenti verdi sintetici, con le loro varie caratteristiche e applicazioni, svolgono un ruolo fondamentale nell’industria manifatturiera e artistica, offrendo una gamma diversificata di opzioni per la colorazione di diversi materiali.

Assorbimento della radiazione visibile: il colore

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Assorbimento della radiazione visibile: il colore

Assorbimento della radiazione e il colore: teoria e applicazioni

L’assorbimento della radiazione visibile è responsabile della percezione del colore per gli oggetti in cui avviene questo fenomeno. Quando un corpo assorbe un gruppo di radiazioni dello spettro visibile, appare colorato e il suo colore è determinato dalla combinazione di tutte le radiazioni trasmesse. Ad esempio, quando la frequenza della luce visibile incidente è uguale alla frequenza di risonanza delle particelle che costituiscono una sostanza, questa assorbe la radiazione incidente e appare colorata. Tale fenomeno può essere descritto secondo il modello quantomeccanico dell’atomo e della radiazione, in cui avviene l’assorbimento di un quanto di energia da parte della particella, con conseguente eccitazione di uno o più elettroni a un livello energetico più elevato.

Le analisi delle radiazioni che attraversano un sistema di particelle atomiche gassose hanno mostrato che, mentre la maggior parte delle radiazioni rimangono inalterate, l’intensità di alcune radiazioni a determinate frequenze diminuisce. Questo fenomeno è noto come “spettro di linee di assorbimento” e indica l’assorbimento di determinate radiazioni dal sistema di particelle, con l’energia di queste radiazioni utilizzata per consentire al sistema di passare a un livello energetico più elevato.

Nei sistemi più complessi, come le molecole gassose, le sostanze liquide e solide, si osserva uno “spettro di bande” dove le bande di assorbimento si slargano. Il colore di una sostanza è determinato dall’assorbimento selettivo di radiazioni di determinate lunghezze d’onda e è dovuto alla combinazione delle radiazioni non assorbite. Ad esempio, se un composto è rosso, significa che assorbe bande di assorbimento nella zona dello spettro caratteristica delle radiazioni verdi e blu, mentre è trasparente nella zona del rosso.

Il colore di un composto dei metalli di transizione dipende dalla natura degli atomi che lo circondano e dalla loro geometria di coordinazione. Ad esempio, il colore rosa del composto Co(ClO₄)₂· 6 H₂O è dovuto alle proprietà elettroniche dello ione ottaedrico [Co(H₂O)₆]²⁺. Inoltre, le transizioni elettroniche, responsabili del colore delle sostanze che contengono elementi con elettroni esterni s o p, possono anche essere interpretate come un trasferimento di un elettrone dall’anione al catione, dando luogo a un assorbimento dovuto a trasferimento di carica.

In sintesi, il colore di una sostanza dipende dall’assorbimento selettivo delle radiazioni visibili, determinato dalla struttura dei livelli energetici del materiale. La comprensione di questi fenomeni è fondamentale in diversi campi, tra cui la chimica, la fisica e l’ottica.

Interazione radiazione materia

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Interazione tra radiazione e materia: fondamentale per la comprensione della spettroscopia

Lo studio dell’interazione tra radiazione e materia è di fondamentale importanza per comprendere la spettroscopia e l’analisi strumentale. Le particelle possono esistere in stati quantici e assumere valori discreti di energia, come vibrazionali, rotazionali, elettronici, di spin nucleare ed elettronico. Quando una radiazione colpisce la particella e l’energia dei fotoni è uguale alla differenza di energia tra lo stato fondamentale e uno stato eccitato, si verifica l’assorbimento di energia dalla particella.

Diversi tipi di transizione

A seconda dell’energia dei fotoni incidenti, possono esserci transizioni tra diversi stati, come stati di spin nucleare, stati di spin elettronico, stati vibrazionali e rotazionali e stati elettronici. Ogni transizione è associata a un particolare campo della spettroscopia. Con radiazioni ad energia superiore, come i raggi X, l’interazione avviene con un diverso meccanismo. La frequenza di emissione o di assorbimento di una radiazione è una proprietà caratteristica di un certo particolare sistema atomico, fornendo informazioni sulle proprietà elettroniche e nucleari delle particelle che lo costituiscono.

Frequenza di risonanza

Una radiazione può interagire con una particella quando non è in risonanza, tuttavia, in questo caso, non avviene assorbimento di energia da parte della particella. Si può immaginare un atomo come un oscillatore classico che può assumere tutte le frequenze di oscillazione possibili. La frequenza di risonanza corrisponde a un salto quantico da un livello energetico all’altro. Una radiazione di frequenza diversa che colpisce un atomo induce l’atomo a vibrare con la stessa frequenza della radiazione incidente, ma con fase e ampiezza differenti.

Oscillatori elettrici

Molecole come acqua, ossigeno e metano possono essere esaminate secondo questo modello, essendo considerate come oscillatori elettronici con frequenze di risonanza differenti. L’interazione con la materia provoca un ritardo nella propagazione della luce e una diminuzione di velocità, mentre la riemissione delle radiazioni da parte delle particelle in tutte le direzioni porta alla dispersione della luce visibile.

In conclusione, l’interazione tra radiazione e materia costituisce la base delle tecniche spettroscopiche e fornisce informazioni fondamentali sulle proprietà elettroniche e nucleari delle particelle che costituiscono la materia.

Oscillatore armonico quantistico

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Oscillatore armonico quantistico: teoria e applicazioni

L’oscillatore armonico quantistico gioca un ruolo cruciale in fisica, poiché rappresenta uno dei pochi sistemi per i quali l’equazione di Schrödinger può essere risolta in modo rigoroso. Esso è rappresentato dal moto vincolato di due particelle di massa m1 e m2 legate da una molla. La molla esercita una forza elastica di richiamo proporzionale allo spostamento, governata dalla legge di Hooke F = -w*h, con k costante di forza e w spostamento. Le equazioni che descrivono l’energia cinetica T e potenziale U del sistema sono: T = ½ (m1 + m2)²*x² + ½ mr*w² e U = ½ kw², dove mr è la massa ridotta e x è la coordinata interna.

Le equazioni lagrangiane del moto e le soluzioni del sistema permettono di separare due distinti tipi di movimento: il moto traslazionale del baricentro e il moto armonico di vibrazione del sistema, caratterizzato da una frequenza di vibrazione ν = 1/2π √(k/mr). L’energia totale della vibrazione è rappresentata da H = ½ mrw² + ½ kw², con p = mrw come quantità di moto. L’operatore hamiltoniano assume l’espressione H = -h²/8π²mr (d²/dw²) + kw²/2.

L’equazione di Schrödinger vibrazionale dell’oscillatore armonico quantistico è HΨv = EvΨv, dove Ev è l’energia e Ψv la funzione d’onda, dipendente dal numero quantico vibrazionale ν. Le espressioni per l’energia e le funzioni d’onda vibrazionali sono rappresentate in una tabella, con rappresentazioni grafiche delle prime quattro funzioni d’onda. Si evidenzia come i livelli energetici siano distanziati tra loro di hνc.

La teoria quantistica delle perturbazioni dipendenti dal tempo spiega la transizione tra stati stazionari, stabilendo che ciò è possibile se l’integrale di Ψv”*MΨv’ in dw è diverso da zero. Questo implica che M debba essere una funzione dispari, confermando la validità della transizione descritta dagli stati vibrazionali.

Simmetria e elementi di simmetria

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Simmetria Molecolare: Concetti e Teoria

La simmetria molecolare si verifica quando una molecola può essere portata in una posizione indistinguibile dalla sua posizione originaria attraverso opportuni movimenti rispetto a entità geometriche come assi, piani e punti.

Elementi di Simmetria

Un elemento di simmetria è l’entità geometrica rispetto alla quale è operato il movimento che porta la figura in una posizione identica all’originale. L’operazione di simmetria è il movimento stesso che permette di raggiungere questa posizione. L’esistenza di un elemento di simmetria viene dimostrata eseguendo l’opportuna operazione.

Tipi di Operazioni di Simmetria

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Identità

: Ogni molecola possiede un elemento di simmetria indicato con il simbolo E, fondamentale nella teoria dei gruppi.

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Rotazioni Proprie

: Consistono in rotazioni intorno a un asse di un angolo di 2π/n, dove n rappresenta un qualsiasi numero intero e viene chiamato ordine dell’asse. Le rotazioni proprie si simboleggiano con Cₙ. Ad esempio, la rotazione di un angolo di 360° corrisponde all’identità, mentre una rotazione di 2π/2 corrisponde a 180° e l’asse di simmetria è denominato C₂.

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Riflessioni

: Si realizzano riflettendo tutti i punti attraverso un piano e si simboleggiano con la lettera σ. L’acqua, ad esempio, ha due piani di simmetria: uno corrispondente a quello della molecola stessa e uno perpendicolare ad esso.

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Inversioni

: Sono indicate con il simbolo i e consistono nell’inversione degli elementi della molecola rispetto al centro. Una molecola ha un centro di simmetria quando per ogni atomo presente vi è un altro diametralmente opposto al centro a pari distanza.

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Rotazioni Improprie

: Si tratta della combinazione dell’operazione Cₙ con una riflessione rispetto al piano normale dell’asse stesso, indicate con Sₙ.

Inoltre, una molecola può avere più di un asse di simmetria, in cui l’asse con il numero n più alto è definito come asse principale.

La comprensione della simmetria molecolare è essenziale in chimica e rappresenta una parte significativa della teoria molecolare moderna.

Per ulteriori approfondimenti e dettagli sulla simmetria molecolare e i suoi elementi, ti invitiamo a consultare le risorse specializzate in chimica.

Analisi di miscele nella spettrofotometria

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Analisi di miscele nella spettrofotometria

L’analisi di miscele attraverso la spettrofotometria è una pratica comune, poiché permette di determinare la concentrazione dei singoli componenti all’interno di una miscela. Questo tipo di analisi può avvenire in due casi distinti.

Quando i componenti di una miscela assorbono la luce in intervalli di frequenze ben separati, è possibile effettuare l’analisi su ogni singolo componente come se gli altri non fossero presenti.

Tuttavia, questa condizione si verifica raramente. Nella maggior parte dei casi, si verifica l’assorbimento di più componenti della miscela a una stessa lunghezza d’onda. In questi casi, utilizzando la legge di Lambert-Beer per ciascun singolo componente, si dimostra che l’assorbanza totale a una determinata lunghezza d’onda è la somma delle assorbanze dei singoli componenti a quella lunghezza d’onda.

Per l’analisi di miscele con più componenti, è possibile effettuare misure a diverse lunghezze d’onda. Consideriamo una miscela di due componenti X e Y con concentrazioni c_x e c_y. Se le misure sono effettuate in celle identiche e si rispetta la legge di Lambert-Beer, l’assorbanza della miscela sarà la somma delle assorbanze dei singoli componenti.

Inoltre, è possibile determinare con precisione la somma delle concentrazioni delle specie assorbenti nel punto isosbestico, in corrispondenza del quale i componenti X e Y hanno lo stesso coefficiente di assorbimento molare. La scelta delle lunghezze d’onda per le misure è di fondamentale importanza, in quanto può influenzare la precisione dei risultati ottenuti.

In conclusione, l’analisi di miscele mediante spettrofotometria può essere complessa, ma seguendo i passaggi corretti e facendo attenta scelta delle lunghezze d’onda, è possibile ottenere risultati accurati e utili per determinare le concentrazioni dei singoli componenti all’interno di una miscela.

Numero di ossidazione e periodicità

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Il concetto di numero di ossidazione si basa sulla differenza tra il numero di elettroni di valenza di un atomo e il numero rimanente dopo aver assegnato tutti gli elettroni di legame all’atomo più elettronegativo in una coppia. Le proprietà chimiche degli elementi mostrano una periodicità che costituisce la base fondamentale per l’analisi dettagliata delle proprietà degli elementi individuali.

Gli elementi successivi ai gas nobili tendono a perdere facilmente gli elettroni esterni per formare composti ionici, come nel caso dei metalli alcalini, dei metalli alcalino-terrosi e dei metalli terrosi che tendono a formare ioni positivi. Questa elevata tendenza a formare ioni deriva dalla particolare stabilità della configurazione elettronica s²p⁶ dei gas nobili, che viene raggiunta perdendo uno, due o tre elettroni. Gli elementi del blocco p mostrano un comportamento più complesso con diversi stati di ossidazione e formazione sia di composti ionici che covalenti.

Nei primi gruppi del blocco p, il numero di ossidazione più elevato è quello più stabile nei casi degli elementi più leggeri, mentre gli elementi più pesanti hanno il numero di ossidazione più basso. Nei gruppi più vicini ai gas nobili, gli elementi tendono a formare composti ionici con elementi poco elettronegativi e composti covalenti con elementi più elettronegativi. Gli elementi del blocco d presentano una chimica ancora più complessa, con molti e differenti stati di ossidazione.

Il massimo numero di ossidazione degli elementi della prima transizione che fanno parte del quarto periodo varia a seconda della configurazione elettronica esterna. Ad esempio, il potassio ha un numero di ossidazione +1 mentre lo scandio ha un numero di ossidazione +3. Questi numeri possono cambiare a seconda degli elementi e delle loro configurazioni elettroniche esterne.Stati di ossidazione degli elementi del blocco d

Gli elementi del blocco d della tavola periodica mostrano una varietà di stati di ossidazione. Ad esempio, il manganese ha gli stati di ossidazione più comuni +7, +6, +5, +4, +3, +2, mentre il bromo ha gli stati più comuni +5, +3, +1 e -1.

La differenza tra gli elementi del blocco d e quelli del blocco p sta nel fatto che nel blocco d gli stati di ossidazione più elevati sono più stabili nelle serie di transizioni più pesanti, mentre nel blocco p avviene il contrario. Ad esempio, nel caso del manganese, lo stato di ossidazione più comune è +2, mentre per il renio, elemento dello stesso gruppo, sono comuni gli stati +4 e +7.

Gli stati di ossidazione variano di una unità per gli elementi del blocco d, mentre per quelli del blocco p variano di due unità.

Inoltre, come si può osservare dalla tabella, gli elementi del blocco s (potassio e calcio) hanno un solo numero di ossidazione oltre allo zero dell’elemento puro, mentre i metalli di transizione (dalla scandio allo zinco) hanno più numeri di ossidazione, in particolare quelli della prima parte della transizione.

La variazione degli stati di ossidazione è anche influenzata dall’energia relativa degli orbitali 3d, 4s e 4p degli elementi del quarto periodo.

In sintesi, gli elementi del blocco d e p mostrano un comportamento complesso ma relativamente uniforme tra gli elementi di transizione dello stesso periodo, in base alle energie orbitali e alle caratteristiche dei metalli di transizione.

Sostituzione elettrofila al carbonio sp3

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Sostituzione elettrofila al carbonio sp3

La sostituzione elettrofila su un atomo di carbonio ibridato sp3 avviene attraverso tre meccanismi noti come SE1, SE2 e SEi.

Meccanismo SE1
Il meccanismo di sostituzione elettrofila consiste di due stadi:
1) R-Z (lento) → R- + Z+ (favorito da basi)
2) R- + E+ (veloce) → R-E
La reazione segue una cinetica del primo ordine: d[RZ] / dt = k [RZ]. La stereochimica della SE1 è strettamente legata alla struttura del carbanione intermedio. Nei carbanioni stabilizzati per risonanza, la stereochimica della SE1 può essere influenzata dai solventi.

Meccanismo SE2 e SEi
Il meccanismo di sostituzione elettrofila SE2 è analogo a quello SN2, procedendo in un unico stadio con ritenzione della configurazione. La reazione SEi è molto simile alla SE2, con la differenza che una parte della molecola dell’elettrofilo assiste il gruppo uscente nell’eliminazione, formando un legame contemporaneamente alla formazione del nuovo legame con il substrato. La reazione SE2 avviene in un unico stadio, segue una cinetica del secondo ordine e presenta ritenzione di configurazione.

Fattori che possono influenzare la reattività
Natura del substrato
Nel caso di reazioni con meccanismo SE1, la presenza di gruppi elettrondonatori diminuisce la velocità della reazione, mentre la presenza di gruppi elettronattrattori l’aumenta. Per quanto concerne le reazioni SE2, si hanno dati contrastanti in quanto una minima variazione delle condizioni di reazione determina differenze di comportamento.

Effetto del gruppo uscente
La natura del legame C-Z gruppo uscente indirizza spesso la reazione verso un meccanismo piuttosto che un altro. Parimenti, l’effetto del solvente può indirizzare la reazione verso un meccanismo piuttosto che un altro.

Questi fattori influenzano la reattività della sostituzione elettrofila al carbonio sp3, mostrando come varie condizioni e fattori influenzino l’esito di questa reazione.

Nomenclatura degli alcani. Esercizi svolti

Fabrice Deseaux

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15 Novembre 2023

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Nomenclatura degli alcani. Esercizi svolti

Nomenclatura degli Alcani: Esercizi con Soluzioni

La nomenclatura degli alcani costituisce il primo approccio allo studio della chimica organica. Le regole per la nomenclatura degli alcani possono essere riassunte come segue:

1) Trovare la più lunga catena continua di atomi di carbonio, il composto assume il nome del corrispondente idrocarburo.

2) Identificare i gruppi sostituenti legati alla catena principale.

3) Dare il nome a ciascun gruppo sostituente e mettere questi nomi in ordine alfabetico prima del nome dell’idrocarburo principale.

4) Numerare la catena principale in modo da usare i numeri più piccoli possibili per gli atomi di carbonio ai quali sono attaccati i gruppi sostituenti. Denotare ogni sostituente con un numero che chiarisce la posizione nella catena principale a cui esso è legato.

I sostituenti sono costituiti da gruppi alchilici, che corrispondono a ciò che rimane di un alcano dopo aver sottratto un atomo di idrogeno a un atomo di carbonio. Essi hanno lo stesso nome dell’alcano avente lo stesso numero di atomi di carbonio e vengono denominati come gli alcani corrispondenti cambiando la desinenza –ano in –ile.

I più importanti gruppi alchilici sono: metile, etile, n-propile, isopropile, n-butile, isobutile e terz-butile.

Di seguito, alcuni esercizi di nomenclatura degli alcani con le relative soluzioni:

1. Es.1: 3-etil, 4,5-bi n-propilottano
2. Es.2: 4-etil, 4-metil, 5-n-propilottano
3. Es.3: 3-etil, 4,5 bi n-propilottano
4. Es.4: 4-etil, 4-metil, 5-n-propilottano
5. Es.5: 4,5-dietil, 3,4-dimetil, 5-n-propilottano
6. Es.6: 3,5-dietil, 4,4- di n-propileptano

Questi esercizi aiutano ad applicare le regole della nomenclatura degli alcani e a familiarizzare con la denominazione dei composti organici.

Avere familiarità con la nomenclatura degli alcani è fondamentale per lo studio della chimica organica, poiché fornisce le basi per comprendere e nominare i composti organici in modo preciso e standardizzato.