Chimica generale e inorganica

CHIMICA INORGANICA

La tavola periodica è composta da gruppi.

Gruppo 18

È il gruppo dei gas nobili: Elio, Neon, Argon, Cripton, Xenon e Radon

La configurazione elettronica di questi elementi prevede gusci esterni completi (He solo s2 ,

gli altri s2 p6)

-reattività nulla

-Si trovano di solito come gas monoatomici

-Il più abbondante di tutti nell’atmosfera è l’argon.

-L’elio è talmente tanto leggero che non risente della forza gravitazionale, quindi è

difficile trovarlo in natura.

Gli altri gas nobili (escluso He) vengono preparati per distillazione frazionata dell’aria

liquida (es distillando l’acqua, si hanno frazioni di gas nobili, che si riescono a separare).

L’elio viene trovato in alcune sacche sottoterra, dove rimane intrappolato. Solitamente viene

trovato nei giacimenti di petrolio.

ELIO

-unico gas nobile con configurazione 1s2

- Leggero

-non infiammabile

- Punto di ebollizione basso (solo esperimenti di fisica avanzata e di tecnologia)

- Un tempo era utilizzato come gas di galleggiamento degli aerostati

- Viene utilizzato per i Sub

-studi di criogenia

NEON

- Utilizzato per le luci a neon (all’interno dei tubi. Arco elettrico dà energia necessaria per

eccitare gli elettroni del neon che decadono ed emettono luce)

ARGON

- Utilizzato per le lampade a fluorescenza e per atmosfere inerti (non è reattivo e protegge i

prodotti delle reazioni)

KRIPTON E XENON

- Utilizzato nelle lampade speciali (auto, fotografia)

RADON

- Radioattivo, nessun tipo di utilizzo. Si trova tutto intorno a noi.

Reagiscono pochissimo: i composti con i gas nobili sono pochi e sono composti

solamente per gli ultimi esponenti del gruppo dei gas nobili (essendo in basso hanno molti

elettroni, quindi è più facile strapparne uno per fare dei composti)

GRUPPO ZERO

Il gruppo 0 ha un singolo esponente, l’idrogeno (H).

(Nella tavola periodica lo vediamo nel gruppo 1, ma in realtà è a se)

Ha due isotopi: deuterio e trizio. Il nome dell’idrogeno più abbondante è il prozio.

La sua configurazione elettronica è 1s1: può avere solo due numeri di ossidazione ossia 1 e

–1 (solo negli idruri).

L’idrogeno in natura lo troviamo come molecola biatomica (H2), è gassoso, soffre come

per l’elio della poca attrazione dalla terra (non si trova in alte concentrazioni nell’atmosfera)

ma è comunque l’elemento 0 dell’universo (elemento più abbondante, più semplice,

seguito dall’elio).

È presente nell’acqua e nel nostro corpo.

L’idrogeno biatomico è

-gas inodore

-incolore

-insapore.

-interazioni tra atomi: forze di London

-bassa densità

-esplosivo.

-si condensa allo stato liquido solo sotto i 20K

-quasi insolubile nei solventi polari

Viene prodotto estraendolo da giacimenti di petrolio o viene prodotto con reazioni di

reforming del metano. Viene fatto reagire con l’acqua, con produzione di monossido di

carbonio e idrogeno) e di elettrolisi.

È importante per:

-la produzione di ammoniaca e composti azotati (alla base dell’agricoltura)

-acidi e metanolo (oggi usato come carburante)

-produzione di HCl

-trizio per usi bellici

-combustibile per missili

-estrarre metalli o per lavorarci

È alla base degli shuttle e dei razzi (ripieni di idrogeno e ossigeno).

Un uso molto importante è anche nell’industria alimentare: grassi idrogenati (grassi

saturi che vengono creati da grassi mono o polinsaturi con ossigenazione con l’idrogeno).

Fa composti con tutti gli elementi: abbiamo gli idruri (unici composti dove ha un numero di

ossidazione –1), composti binari.

VELOCITÀ MEDIA DI REAZIONE

VELOCITÀ DI REAZIONE INIZIALE

•Velocità della reazione al tempo t=0, quando non sono ancora

presenti i prodotti, cioè quando [A] = max e [B] = 0

• Tangente alla curva della concentrazione al tempo t=0.

LEGGE CINETICA DI REAZIONE

• La legge cinetica di reazione ( o legge di velocità o equazione della

velocità di reazione) esprime la velocità di reazione in funzione delle

concentrazioni dei reagenti, dei prodotti* e della temperatura

ORDINE DI REAZIONE

ORDINI DI REAZIONE COMPLESSIVI

DETERMINAZIONE DEGLI ORDINI DI REAZIONE

Determinazione degli ordini di reazione: esempio reazione tra O2 e NO

Se facciamo il rapporto tra la velocità iniziale degli esperimenti 1 e 2 e 1 e 3 notiamo

che…

DIPENDENZA DELLA COSTANTE DI VELOCITÀ DALLA TEMPERATURA

ENERGIA DI ATTIVAZIONE

•Energia minima necessaria affinché la reazione avvenga.

Dai reattivi si fornisce un boost di energia (energia di attivazione) e quindi la reazione può

avvenire, se non si fornisce, non si riuscirebbe ad arrivare ai prodotti.

TEMPO DI DIMEZZAMENTO

Tempo necessario affinché la concentrazione del reagente sia ridotta al 50% rispetto a

quella iniziale (cioè sia dimezzata rispetto a quella iniziale).

Sono associati alla costante cinetica di velocità:

•Se la costante è molto grande il tempo di dimezzamento sarà molto piccolo.

•Se la costante cinetica sarà piccola, il tempo di dimezzamento sarà grande.

• E' detto anche t1/2 o t50•

• Molto importante in campo farmaceutico il

valore di t90

- Per reazioni del primo ordine, il valore di t1/2 è costante.

- Per reazioni del secondo ordine, t1/2 aumenta al diminuire della concentrazione di

reagente

TEORIA DEGLI URTI

Affinché la reazione avvenga:

- le molecole devono urtarsi tra loro;

- gli urti devono essere efficaci;

- le molecole devono essere ben orientate

Quando le molecole si urtano in modo efficace, si forma una sostanza che si chiama

COMPLESSO ATTIVATO, una via di mezzo tra i reattivi e i prodotti, una sostanza con

un'energia maggiore dei reattivi e si può sviluppare verso i prodotti facendo eseguire la

reazione.

La differenza di energia tra i reagenti e il complesso attivato è l’ENERGIA DI

ATTIVAZIONE (minore è l’energia, più veloce è la reazione)

EFFETTO DELLA TEMPERATURA

IMPORTANZA DELL ORIENTAMENTO MOLECOLARE

TEORIA DEL COMPLESSO ATTIVATO

• Un urto efficace tra particelle porta alla formazione di uno stato di transizione

o complesso attivato.

• Lo stato di transizione è una specie transiente tra reagente e prodotti, instabile,

con legami parziali —> non è un prodotto isolabile

• Lo stato di transizione si trova a un massimo di energia potenziale.

• L'energia di attivazione è l'energia necessaria per formare lo stato di transizione

CATALIZZATORI

• Un catalizzatore abbassa l'energia di attivazione E di una reazione e quindi comporta

un aumento della costante di velocità, k, e della velocità di reazione

•Un catalizzatore aumenta la velocità della reazione diretta e di quella inversa

• Un catalizzatore abbassa E, fornendo un differente cammino di reazione ad energia

più bassa e non varia la costante di equilibrio

• Ogni catalizzatore ha il proprio specifico modo di funzionamento

• Un catalizzatore non dà più prodotto rispetto alla reazione non catalizzata, dà più

rapidamente il prodotto

CATALIZZATORE OMOGENEO

Presente nella stessa fase dei reagenti disciolti nell’ambiente di reazione, per questo sono

indistinguibili.

CATALIZZATORE ETEROGENEO

Presente in una fase diversa da quella dei reagenti, sono distinguibili.

i catalizzatori possono inoltre essere

AVVELENATI e INATTIVATI

ENZIMI

Sono i CATALIZZATORI BIOLOGICI.

Proteine con un SITO ATTIVO in grado di combinarsi specificamente con il

substrato(molecola sulla quale l’enzima agisce).

Per spiegare come il substrato si adatta al sito attivo esistono due teorie:

1. CHIAVE SERRATURA —> substrato perfettamente compatibile con il sito attivo

2. ADATTAMENTO INDOTTO(inibizione dell’enzima)—> il substrato quando inizia ad

interagire con il sito attivo si adatta alla sua forma

GRUPPO 1

• CONFIGURAZIONE ELETTRONICA ESTERNA ns1

• Bassa energia di ionizzazione, carattere metallico, non elettronegativi.

• Molto reattivi, si ossidano facilmente, non presenti in natura allo stato elementare, ma

come composti.

Sono metalli teneri di colore grigio-argentei

(consistenza simile a quella del burro tenuto fuori frigo)

Si conservano nell’olio, cosicché l’O2 presente nell’atm non riesca a raggiungere la loro

superficie.

SI PRODUCONO PER ELETTROLISI DI SALI FUSI

Per esempio si partirà da NaCl, si fonderà a T elevate e poi si applicherà una corrente

elettrica.

PROPRIETÀ

• Si trovano comunemente come cationi a carica unitaria (Li+, Na+, K+, ecc.)

• Nei composti N.O. +1

• Reagiscono con la maggior parte dei non-metalli, dando composti ionici.

• Sono ottimi riducenti, riducono anche l'acqua

PRINCIPALI USI DEGLI ELEMENTI

•Na e K= in miscela come fluidi refrigeranti nei reattori nucleari

•Li=armi

PRESENZA IN NATURA

• Quasi tutti i sali sono molto solubili, quindi si trovano nel mare (sali di Li, Na е K).

• NaCI si trova anche come minerale (salgemma).

PRINCIPALI COMPOSTI

•OSSIDI —> Li2O

•PEROSSIDI—> Na2O2

•SUPEROSSIDI—>KO2

• Li

Ceramiche, batterie, lubrificanti, farmaci contro i disturbi maniaco-depressivi (LiCO3).

• Na

da composti idrosolubili di basso costo:

NaCI ottenibile per evaporazione della salamoia nelle saline o come salgemma.

Usato come sale da cucina e nella conservazione dei cibi. Usato per produrre NaOH e Cl2

(elettrolisi)

•NaOH (idrossido di sodio o soda caustica) solido bianco ceroso, utilizzato nell'industria dei

saponi e della carta.

•Na2CO3

carbonato sodio anidro (soda Solvay), usato nell'industria del vetro, della carta, tessile.

•K

KCI (fertilizzanti, sale nelle diete povere di sodio per ipertesi)

KNO3

K2SO4

•Rb, Cs

Cellule fotoelettriche

•Fr

Radioattivo (nessun uso)

EQUILIBRIO CHIMICO

Si ottiene quando in una reazione non abbiamo più cambiamenti nella composizione della

miscela.

Tante moli di prodotto si formano, tante moli di reattivo si formano inversamente

(equilibrio dinamico).

→C (la reazione va avanti fino al termine di uno o entrambi i reattivi)

•A+B

⇄ (la reazione si sviluppa in modo parziale fino all’arresto della reazione per il

•A+B

raggiungimento di un equilibrio dinamico)

Equ