Chimica - riassunti di teoria per l'esame orale e in preparazione agli esercizi

A B A B

Il diagramma isotermo rappresenta la legge di Raoult (a sinistra) la retta in grassetto corrisponde

alla pressione totale del vapore sopra la soluzione. Il diagramma isobaro di destra rappresenta e

temperature della fase liquida e della fase vapore in equilibrio con essa. P a g . 9 di 17

unipop Riassunto dagli appunti Prof.ssa Fontana Chimica

Considerando questo vapore e poi facendolo bollire più volte si realizza un processo di distillazione

(si realizza di continuo nelle colonne di distillazione come petrolio).

Per le soluzioni di soluti non volabili, invece, se aggiungiamo un soluto si ottiene che la T di

congelamento diminuisce e quella di ebollizione aumenta, le distanze fra i due grafici aumenta al

crescere della concentrazione di soluto. La reazione fra la nuova temperatura e la concentrazione

è ∆T=Km dove K è detta costante crioscopica (neo caso del congelamento) o ebullioscopica (per

l’ebollizione) e dipende solo dalla natura del solvente; m invece esprime la concentrazione sotto

forma di molalità ossia moli di soluto/kg di solvente.

Una membrana in grado di lasciar passare selettivamente alcune particelle e non altre è chiamata

membrana semipermeabile, (lo sono tutte le membrane degli organismi viventi) vi sono membrane

semipermeabili in grado di lasciar passare le molecole del solvente e non quelle del soluto, la

pressione osmotica dipende solo dalla concentrazione totale e non dalla natura del soluto:

π=(n/V)RT=cRT

Se vogliamo fa congelare una soluzione acquosa contenente sale dovremo scendere a T<0°C, il

solido che si separa non sarà una miscela di due componenti ma sarà uno dei due puro.

Scendendo di temperatura, man mano che si separa e si forma ghiaccio la concentrazione del sale

nella fase liquida aumenta. Quando si raggiunge la T o temperatura eutettica comincia a

E

separarsi insieme al ghiaccio anche il sale, la concentrazione della soluzione non cambia più,

perché il solido che si separa ha la stessa composizione della soluzione.

Equilibri in Soluzione nell’acqua viene detta di

La rottura eterolitica dei legami O-H autoprotolisi o autodissociazione

dell’acqua. 2H + - + -

O=H O +OH oppure H O=H +OH sono indifferenti. Per tutti gli equilibri in

2 3 2

soluzione, purché la soluzione sia sufficientemente diluita la concentrazione del solvente [H O] non

2

nell’espressione di K e Q perché presente in larghissimo eccesso rispetto alle altre

compare

sostanze. Possiamo dunque considerare [H O] costante e inglobarla in k trascurando. Esistono

2 eq

tre definizioni di sostanze acido-base:

La definizione secondo Arrhenius dice che si definisce acido una sostanza che in soluzione

→2H

+ + - + 4=

acquosa libera ioni H HCl→H +Cl (acido monoprotico) H SO +SO (acido biprotico)

2 4 P a g . 10 di 17

unipop Riassunto dagli appunti Prof.ssa Fontana Chimica

-

e si definisce base una sostanza che in soluzione acquosa libera ioni OH

→Ca

+ - ++ -

NaOH→Na +OH (base monovalente) Ca(OH) +2OH (base bivalente)

2

La definizione secondo Bronsted dice che si definisce acido una sostanza in grado di cedere uno

+ +

o più ioni H a una base e si definisce base una sostanza in grado di accettare uno o più ioni H da

→ - +

un acido. HCl + H O Cl + H O

2 3

Acido base b.coniug a.coniug

La definizione di Lewis dice che si definisce acido una sostanza in grado di accettare una coppia

di elettroni e si definisce base una sostanza in grado di cedere una coppia di elettroni. Base un

doppietto disponibile. Acido un orbitale vuoto.

ovvero in grado di comportarsi in un modo o nell’altro a

Esistono tuttavia sostanze anfotere

seconda del partner con cui reagiscono. Fra di esse vi è l’acqua che può comportarsi sia da base:

- + +

AH+H O=A +H O e in questo caso H O è il suo acido coniugato, oppure da acido: H O.

2 3 3 2

+

Un acido è tanto più forte quanta maggior tendenza ha a cedere H e una base è tanto più forte

tendenza ha ad accettarlo. Acido forte significa che l’equilibrio con l’acqua è

quanta maggior

completamente spostato a destra, e che quindi in soluzione la concentrazione di AH è trascurabile

. Se invece un acido o una base è “debole” significa che

-

e praticamente tutto AH si trasforma in A

l’equilibrio di dissociazione non è completamente spostato: in questo caso l’entità della forza è

data dal valore di K espressa in funzione delle concentrazioni:

eq

- + - +

K =[A ][H O ]/[AH] K =[OH ][HB ]/[B]

A 3 B +

Un acido debole messo in presenza di una base si dissocia maggiormente perché gli ioni H O da

3

-

esso liberati vengono neutralizzati da OH quello presente in minor quantità verrà neutralizzato e

sparirà assieme ad un’uguale quantità dell’altro. +

Un acido tende a cedere H , questo significa che

tanto più è facile la dissociazione perché l’idrogeno sarà

quanto più è polarizzato il legame A-H,

già sede di una consistente frazione di carica positiva e per l’acqua sarà facile strapparlo. Gli

ossiacidi sono costituiti da un acido legato a H e ad O, questi possono derivare dalla reazione con

acqua di elementi non metallici, gli acidi solforico e nitrico cono forti mentre per quanto riguarda le

basi quelle del primo e secondo gruppo sono basi forti. Quando un composto ionico viene sciolto in

acqua per prima cosa si scinde negli ioni che lo costituiscono:

+ +

B +H O=BOH+H idrolisi acida

2

- -

A +H O=AH+OH idrolisi basica

2

Si danno dunque 4 casi:

1) Nessuno dei due ioni subisce idrolisi in maniera apprezzabile e il pH rimane neutro (es

NaCl perché sia Na che Cl sono forti e completamente dissociati)

Avviene solo l’idrolisi acida

2) Avviene solo l’idrolisi basica

3)

4) Entrambi gli ioni si idrolizzano (qui bisogna confrontare le k delle due reazioni)

Si definisce soluzione tampone una soluzione acquosa contenente quantità simili di un acido

debole e della sua base coniugata: una tale soluzione mantiene quasi costante il pH per piccole

aggiunte di acido o base forte. Quando a una tale soluzione vengono aggiunte piccole quantità di

+

H O questo fa spostare a sinistra il precedente equilibrio. Se si aggiungono piccole quantità di

3 -

OH invece si ha uno sposamento a destra. Se si desidera un pH leggermente diverso occorre

l’equazione

calcolare le concentrazioni delle due specie coniugate tramite di Henderson-

Hasselbach pH=Pk +log([prod]/[reag]).

a

Vi sono sali molto solubili e sali poco solubili, finché è presente corpo di fondo si è in una

situazione di equilibrio. La solubilità in acqua di un sale è data dal suo prodotto di solubilità K che

s

è la costante di equilibrio eterogeneo di dissoluzione. Si dicono dure le acque che hanno alte

P a g . 11 di 17

unipop Riassunto dagli appunti Prof.ssa Fontana Chimica

2+ 2+

concentrazioni di ioni Ca e Mg . La durezza totale si suddivide in: durezza temporanea dovuta

a Ca(HCO ) e a Mg(HCO ) disciolti, a T alte questi si decompongono liberando CO gas e

3 2 3 2 2

formando un precipitato; durezza permanente la cui solubilità diminuisce al crescere di T.

l’addolcimento di un’acqua dura si può ottenere facendo precipitare gli ioni Ca 2+ 2+

e M .

Ossidoriduzioni -

Si dicono reazioni di ossidoriduzione le reazioni in cui si ha scambio di e fra le specie reagenti. Il

estrani di quell’atomo il numero di e

- -

numero di ossidazione si ottiene sottraendo, dal numero di e

che quell’atomo ha ancora disponibili dopo aver -

formato i legami, cioè tutti gli e che fanno parte o

di doppietti non impegnati o di legami con atomi meno elettronegativi. Ci sono quattro regole

fondamentali: 1) Il numero di ossidazione di elementi puri in qualunque stato fisico è sempre zero.

Infatti un atomo isolato o legato con altri atomi identici non varia la propria disponibilità elettronica.

O, che nei composti forma sempre due legami covalenti è l’elemento più elettronegativo dopo F,

2)

quindi il suo numero di ossidazione è sempre -2 tranne che nei legami con F o con se stesso. H

invece, tranne che nei legami con i metalli o con se stesso ha generalmente numero di

ossidazione +1. 3) Gli elementi dei primi due gruppi nei composti con altri elementi hanno sempre

numero di ossidazione +1 e +2. 4) il massimo numero di ossidazione di un elemento corrisponde

alla perdita di tutti i suoi elettroni esterni e quindi corrisponde al numero di appartenenza, con il

segno +; il minimo numero di ossidazione possibile invece corrisponde all’acquisto di tanti elettroni

quanti ne mancano per completare l’ottetto, quindi (8-n), con n numero del gruppo.

I conduttori elettrici si distinguono in conduttori di prima specie o elettronici, in cui la conduzione

-

è data da un flusso di e (si tratta soprattutto dei metalli) e in conduttori di seconda specie o

ionici in cui la conduzione è data da un flusso di ioni e quindi avviene con trasporto di materia.

Ogni metallo ha una diversa tendenza a rilasciare ioni in soluzione acquosa. Quando il metallo

cede ioni positivi all’acqua la sua superficie si carica negativamente perché contiene un eccesso di

- ++

e . Costruendo questi due sistemi con due metalli diversi come Zn e Cu, gli ioni Cu in soluzione

++

avranno una concentrazione inferiore a Zn e quindi la sbarretta di Cu avrà una carica negativa

minore. Se ora colleghiamo le due sbarrette con un filo metallico gli elettroni passeranno da Zn a

++

Cu finché non si sarà accumulato un eccesso di cariche + nella soluzione Zn e sulla sbarretta di

rame un eccesso di cariche -. Per continuare ad avere il flusso di cariche bisogna mettere un ponte

+ 3-

salino in grado di neutralizzare le cariche in eccesso. Il ponte salino rilascerà ioni come Na e NO

che non prendono parte alle reazioni del sistema, gli ioni vengono man mano rilasciati mantenendo

la neutralità elettrica nei due scomparti. Il dispositivo finale che abbiamo ottenuto è una pila.

Ciascuno dei due scomparti è un semielemento in cui avviene una delle due semireazioni. Il

negativo, che libera elettroni e in cui avviene l’ossidazione è chiamato

semielemento anodo,

mentre il semielemento positivo che richiama elettroni e in cui avviene la riduzione è chiamato

In una pila avviene una reazione redox spontanea e l’energia da essa liberata

catodo. viene usata

Il valore di ΔG viene correlato al valore di differenza di potenziale in

per compiere lavoro elettrico.

questo modo: ΔG=-nFΔE ove F è la costante di Faraday e rappresenta la