Chimica inorganica, laboratorio - Parte 1

Purificazione Alluminio

• L'estrazione di metalli dalla crosta terrestre richiede grossi dispendi energetici. Porta al consumo di grosse quantità di combustibili fossili e produce molta CO₂.

Al

• Abbondante sulla crosta terrestre (8%) ma non si trova allo stato metallico.
• E' legato con ossigeno a formare ossidi, idrossidi e silicati.

Minerale più usato per l'estrazione -> Bauxite

Es. Processo Bayer

• Bauxite macinata e solubilizzata ad alte temperature e pressione per separane i composti metallici.
• Nel riciclaggio dei rifiuti urbani è fondamentale come primo passaggio la separazione da altri materiali.

Corrente di Eddy

Rotore con magnete permanente che ruota ad alta velocità. I materiali non ferrosi sono respinti dal campo. I non metallici non subiscono effetto e quelli ferrosi sono attratti.

• L’alluminio di scarso contenuto in altri metalli e residui organici può essere purificato sfruttando le caratteristiche di metallo anfotero.
  1. Far attaccare l'alluminio da una sol. alcalina (KOH) e si scioglie l’alluminio metallico.

2Al + 2KOH + 6H₂O → 2KAl(OH)₄ + 3H₂

In queste condizioni molti altri metalli formano idrossidi insolubili (come ferro e rame) e possono essere eliminati. Per rimuovere lo stesso se ci sono materiali plastici che non si sciolgono (per il vasto ambiente non si sciolgono non è anfotero).

1. Una volta filtrata la soluzione si forma a pH acido scolandola con acido solforico acquoso.

2KAl(OH)₄ + H₂SO₄ → K₂SO₄ + 2H₂O + 2Al(OH)₃ ↓

Durante questa reazione si forma l’idrossido di alluminio, un precipitato bianco.

3. Continuando a scolandare e aggiungendo piano acido tutto l’idrossido va in soluzione come Al³⁺

Al(OH)₃ + 3H⁺ → Al³⁺ + 3H₂O

4) si fa precipitare a freddo per ottenere cristalli di allume

K⁺ + Al³⁺ + 2SO₄^2- + 12 H₂O → KAl(SO₄)₂ • 12 H₂O

Allume di potassio

L’allume di potassio ottenuto si filtra e si secca in stufa

Magneticamente parlando non ha e spaiati

Dal punto di vista UV-VIS non fa transizioni d-d (energia troppo elevata)

Redox

Al (o) + OH^- → Al(OH)₄^- + H₂

1. Bil. e^-
3. Bil. cariche

2Al + 3OH^- + H⁺ → 2Al(OH)₄^- + 3H₂

Bil. atomi

2Al + 3OH^- + H⁺ + 5H₂O → 2Al(OH)₄^- + 3H₂

2Al + 3OH^- + 4H₂O → 2Al(OH)₄^- + 3H₂

*Al in ambiente acido è anfotero! (passiva → bisogna usare un acido che non passiva l’Al)

2Al + 6H⁺ → 2Al³⁺ + 3H₂

Mm(III)(acac)(saloph)

d⁴

H₂Salophen (Tetradentato)

Chela 4 siti legame

Spettro Assorbimento

Per uno ione d⁴ (come Mn³⁺) ad alto spin, lo stato fondam. è 5eg^t2g ma tutti gli stati eccitati sono a molteplici di spin inferiore unica transiz. Spin permessa: 5eg ➔ 5t_2g

Transizione d-d (t_2g) orbitali d metallo intorno a 200/400 nm

Spettri di Ml _acac3 e Mm(acac)(saloph), che hanno l'ossigeno come primo donatore

Banda tra 280 e 450 nm, parziale sovrapposiz

VV-Vis ➔ Per tutti e due i complessi una sola banda, intorno a 400 nm

Proprietà Magnetiche

• Elettroni e particelle nucleari: sono dotati di spin, che si orientano in un campo magnetico
• Effetto diamagnetico
• La circolazione è si oppone al campo
• Effetto paramagnetico
• Gli e^- si allineano

Entrambi gli effetti si osservano solo in presenza di un campo esterno.

Magnetizzazione → verso MOVIMENTO → verso il C.M.E.

Dia ← contro il C.M.E.

Bilancia di Guoy

Strumento utilizzato per misurare la suscettibilità magnetica di: metalli e complessi metallici

• Esprime il grado in cui un composto è soggetto a magnetizzazione

Il campione viene finemente suddiviso e pesato, poi introdotto in un tubicino di vetro misurandone l'immersione nel campo magnetico uniforme.

Forza a cui è sottoposto il campione nel campo magnetico uniforme H:

F = ½ (K * A * H²)

Dove K = suscettibilità per unità di volume A = sezione orizzontale del campione

• Il valore che dà la bilancia è la suscettibilità magnetica misurata, che contiene il contributo sia diamagnetico che paramagnetico (quello diamagnetico è piccolo, ma non si può trascurare).

Prima si misura uno standard che ha e sparti, e il valore ottenuto va confrontato con valore tabulato.

Es: questo valore differisce dallo standard del 20% in più, si aggiunge questo 20% al nostro campione.

Dopo questa correzione otteniamo la suscettibilità magnetica specifica

χ = K / d

• K = suscettibilità per unità di volume → K =
• (K negativo per sostanze diamagnetiche, positivo per le sostanze paramagnetiche)
• d = densità

Curve di isteresi

Il grado di magnetizzazione di un materiale ferromagnetico ha una "inertia" (che mostra).

I domini, dopo essere allineati in risposta ad un campo esterno, tendono a permanere nello stato di allineamento anche in assenza di campo magnetico esterno.

Magnetizzazione massima —> Magnetizzazione di saturazione

Il percorso bcdeb è una: Curva di isteresi,

(M = magnetizzazione) (B₀ = campo m.

Va da 0 a b, poi dopo se elimino il campo esterno la magnetizzazione 0 non diventa 0 ma permane. C. si induce campo opposto e va 0 a D

Grafico χ_m

Ipérbole

Paramagnetico → T

Ferromagnetico → T

Temperatura di Curie (δ)

Legge di Curie (per sostanze ferromagnetiche)

χ_m = ^C/_{(T - δ)}

(Legge di Curie-Weiss)

δ = Temperatura di Curie

Non magnetizzazione dipinto ad spin disaccoppiati di atomi vieno possano interagire tra loro anule in assenza di C. M. E.

Reazioni

In generale ci sono quattro possibili meccanismi di sostituzione nucleofila:

• Associativo (A)

In questo processo il legame con il gruppo entrante si forma prima che il gruppo uscente esca. Si forma un intermedio con un numero di coordinazione più alto rispetto al reagente e al prodotto.

La velocità di questa reazione dipende da entrambi i reagenti:

V = k [ML₂TX][Y]

Però sperimentalmente si trova che la velocità dipende dalla concentrazione del complesso di partenza.

Effetto del solvente che agisce come nucleofilo.

• Dissociativo (D)

In questo processo il legame con il gruppo uscente si rompe completamente prima dell’attacco del gruppo entrante. Si forma un intermedio con un numero di coordinazione più basso rispetto al reagente e al prodotto.

La velocità dipende solo dal complesso reagente:

V = k [ML₂TX]

• Di interscambio (I_a associativo, I_d dissociativo)

Non ci sono intermedi di reazione. Si divide in:

• Interscambio associativo (I_a)
• Interscambio dissociativo (I_b)

Cambiati così frequente con gli altri meccanismi A e D, in entrambi, il rilascio del legante X e l’entrata di Y avvengono insieme.