Appunti di Chimica

PRINCIPI FONDAMENTALI DELLE REAZIONI CHIMICHE

LA TEMPERATURA: Un aumento di temperatura aumenta la velocità di una trasformazione chimica.

LA SUPERFICIE DI CONTATTO FRA I REAGENTI: Quando i reagenti non sono nello stesso stato di aggregazione, reagiscono tanto più velocemente quanto più è estesa la loro superficie di contatto.

LA PRESENZA DI CATALIZZATORI: I catalizzatori sono sostanze che accelerano una reazione chimica senza entrare a far parte e quindi senza consumarsi durante la reazione (catalizzatori biologici) omogenei. Essi possono essere se si trovano nella stessa fase dei reagenti e dei prodotti, oppure se in una fase diversa dei reagenti e dei prodotti.

L'EQUILIBRIO: Quando le reazioni risultano incomplete e, soprattutto, sembrano non andare né avanti né indietro, si è in presenza di una trasformazione reversibile in equilibrio dinamico. Man mano che i reagenti reagiscono si formano i prodotti, che a loro volta si decompongono nei reagenti. Un sistema

è in equilibrio quando non variano più le sue proprietà macroscopiche osservabili. dinamico

L’equilibrio è perché, a livello mascroscopico, è il risultato di due processi opposti che avanzano a uguale velocità.

L’equilibrio chimico si raggiunge quando la velocità della reazione diretta reagenti → prodotti è uguale alla velocità della reazione inversa prodotti → reagenti

L’equilibrio chimico si scrive: reagenti ⇄ prodotti

Tutte le reazioni chimiche sono REVERSIBILI, la reazione diretta e la reazione inversa avvengono contemporaneamente determinando uno stato di equilibrio.

LEGGE DELL’AZIONE DI Cato Guldberg e Peter Waage enunciarono nel 1864 la MASSA.

In un sistema chimico in equilibrio, il rapporto fra il prodotto delle concentrazioni molari dei prodotti e il prodotto delle concentrazioni molari dei reagenti, ciascuna elevata al proprio coefficiente stechiometrico, è costante.

Data la

generica reazione aA + bB ⇄ cC + dD

Il valore di questo rapporto prende il nome di costante di equilibrio (K) ed è espressa dalla relazione:

Il valore della costante di equilibrio di una reazione dipende solo dalla temperatura

- Se K > 1 la reazione è spostata verso i prodotti

- Se K = 1 la reazione è all'equilibrio

- Se K < 1 la reazione è spostata verso i reagenti.

Lo stato di equilibrio si altera se si vanno a modificare le condizioni di temperatura, pressione, concentrazione di reagenti e prodotti.

Si deve a Le Châtelier il PRINCIPIO DELL'EQUILIBRIO MOBILE:

Se si modificano i parametri che determinano lo stato di equilibrio di un sistema, questo reagisce in maniera da opporsi alla variazione apportata.

È possibile spostare l'equilibrio verso destra (favorire la formazione dei prodotti) o verso sinistra (favorire la formazione dei reagenti) in diversi modi:

1. Aggiungendo o allontanando reagenti o prodotti
2. Variando la

temperatura

Variando la pressione (solo per sistemi allo stato gassoso)

Variando il volume (solo per sistemi allo stato gassoso)

Se si aggiungono reagenti, l'equilibrio si sposta verso i prodotti.

Se si aggiungono prodotti, l'equilibrio si sposta verso i reagenti.

Se si allontanano reagenti, l'equilibrio si sposta verso i reagenti.

Se si allontanano prodotti, l'equilibrio si sposta verso i prodotti.

ACIDI E BASI

ARRHENIUS

acido

Un è una sostanza che disciolta in acqua libera ioni H+

base

Una è una sostanza che disciolta in acqua libera ioni OH-

ACIDI: 18

IDRACIDI

1. perché in acqua dissociano lo ione H+

OSSIACIDI

2. perché in acqua dissociano lo ione H+

OSSIDI NON METALLI

3. Alcuni dei perché reagiscono con l'acqua dando ossiacidi che dissociano lo ione H+

ACIDI ORGANICI

4. perché in acqua dissociano lo ione H+

BASI: IDROSSIDI

1. perché in acqua dissociano lo ione OH-

OSSIDI DEI METALLI

2. perché reagiscono con

1. IDRACIDI
2. OSSIACIDI
3. ANIONI CON L'IDROGENO
4. ACIDI ORGANICI
5. CATIONI CON L'IDROGENO

1. ANIONI
2. MOLECOLE DOPPIETTO AZOTO
3. con l'AUTOPROTOLISI DELL'ACQUA

varia con la temperatura e si chiama prodotto ionico dell'acqua.

• Se [H3O+] > 10–7 M l'ambiente è acido;
• Se [H3O+] = 10–7 M l'ambiente è neutro;
• Se [H3O+] < 10–7 M l'ambiente è basico.

IL PH

Il pH misura il grado di acidità di una sostanza e si definisce come il logaritmo negativo in base 10 della concentrazione molare degli ioni H+.

pH = –log[H⁺]

OVVERO [H⁺] = 10^–pH

Analogamente il pOH misura il grado di basicità di una sostanza e si definisce come il logaritmo negativo in base 10 della concentrazione molare degli ioni OH–.

pOH = –log[OH–]

OVVERO [OH–] = 10^–pOH

ACQUA PURA

L'acqua ha pH=7 perché l'unico equilibrio chimico cui dà luogo è l'autoprotolisi: 2 H₂O ⇄ H₃O⁺ + OH–

Una soluzione con pH < 7 ha una concentrazione di H₃O⁺ maggiore di quella di OH–.

La soluzione si dice ACIDA [H₃O⁺] > [OH–]

[OH-]^3-Una soluzione con pH = 7 ha una concentrazione di H_O+ uguale a quella di OH^-.

La SOLUZIONE si dice NEUTRA

[H_O+] = [OH-]^3-Una soluzione con pH > 7 ha una concentrazione di H_O+ minore di quella di OH^-.

La SOLUZIONE si dice BASICA o alcalina

[H_O+] < [OH-]^3-Il pH di una soluzione si misura tramite gli indicatori.

Gli indicatori sono sostanze che assumono colorazioni diverse a seconda del pH della soluzione in cui si trovano. Il punto di passaggio da un colore a un altro è detto punto di viraggio.

ACIDI FORTI E DEBOLI

ACIDO FORTE- Un è un acido che in soluzione acquosa si dissocia completamente.

ACIDO DEBOLE- Un è un acido che in soluzione acquosa si dissocia solo parzialmente.

BASE FORTE- Una è una base che in soluzione acquosa si dissocia completamente.

BASE DEBOLE- Una è una base che in soluzione acquosa si dissocia solo parzialmente.

LE TITOLAZIONI

La NEUTRALIZZAZIONE è una reazione fra un acido e una base in

Quantità stechiometricamente equivalenti

La neutralizzazione è una reazione chimica che avviene tra un acido e una base, in cui vengono utilizzate quantità stechiometricamente equivalenti. Questa reazione porta alla formazione di un sale e di acqua, con liberazione di calore.

Titolazione

La neutralizzazione è alla base della titolazione, una tecnica utilizzata per determinare la concentrazione incognita di una soluzione acida o basica. Questo viene fatto aggiungendo una soluzione basica o acida a concentrazione nota e misurandone il volume. Il pH della soluzione viene riportato in un grafico in funzione dell'aggiunta di titolante, permettendo di ottenere una curva di titolazione.

Cartine al tornasole e pH-metro

Le cartine al tornasole sono carte su cui sono adsorbiti indicatori di pH. Queste carte cambiano colore in base al pH della soluzione (in modo approssimato). Un pH-metro, invece, è un apparecchio che misura elettrochimicamente, mediante un elettrodo di vetro, la concentrazione di ioni H3O+ in soluzione (in modo preciso).

Idrolisi salina

L'idrolisi salina è la reazione che avviene tra gli ioni del sale disciolto e le molecole d'acqua. Tutti gli anioni e i cationi provenienti da acidi o basi forti, quando vengono disciolti in acqua, subiscono idrolisi.

fanno variare il pH. Se il sale contiene un anione che è la base coniugata di un acido debole, forma soluzioni BASICHE. Se il sale contiene un catione che è l'acido coniugato di una base debole, forma soluzioni ACIDE. I SALI si dissociano in ioni, i quali possono dare luogo a reazioni acido base. I cationi sono acidi, eccetto i cationi dei metalli del primo e del secondo gruppo che non danno un'apprezzabile reazione acida in acqua. Gli anioni sono basici, eccetto gli anioni che derivano dagli acidi forti che non danno un'apprezzabile reazione basica in acqua. Uno IONE METALLICO in acqua si circonda di 2, 4 o più frequentemente 6 molecole di acqua formando AQUOIONI. (Negli aquoioni le molecole di acqua sono legate allo ione metallico con legami covalenti.) Negli aquoioni il legame O-H dell'acqua è debole perché lo ione metallico richiama Per questo motivo gli aquoioni sono acidi di densità elettronica verso sé.

stesso.Bronsted-Lowry più forti dell'acqua.Relazione tra Ka e Kb di una coppia acido – base coniugataIl prodotto tra la costante di dissociazione acida (Ka) e la costante di dissociazione dibase (Kb) è uguale al prodotto ionico dell'acqua Kw.Ka · Kb = KwACIDI POLIPROTICIGli equilibri simultanei.Gli acidi poliprotici sono quelli che possono subire più di una dissociazione.Si riconoscono perché hanno più di un idrogeno acido: H2S, H2SO3, H2SO4, H3PO4,H4SiO4, H2C2O4, ecc. Ad ogni equilibrio di dissociazione corrisponde una Ka, cheusualmente vengono indicate come Ka1, Ka2, Ka3, ecc.Gli equilibri sono indipendenti, se una specie chimica partecipa a più equilibri la suaconcentrazione è la stessa in ogni espressione della costante.Di solito la Ka1 è molto più grande della Ka2 che è molto più grande della Ka3 e cosìvia. LE SOLUZIONI TAMPONEUn Sistema Tampone è un sistema che si