Laboratorio propedeutico di chimica organica

Laboratorio propedeutico di chimica organica

Prof. Daniela Imperio

3 CFU - 16 ore di lezione e 4 ore in laboratorio (solo un giorno)

Informazioni per la giornata di laboratorio

Nella giornata di laboratorio è necessario portare un quaderno, penna, calcolatrice (tutto per svolgere i calcoli alla fine delle titolazioni) e camice. Altri strumenti, come occhiali protettivi e guanti, vengono forniti.

Esame

Esercizi su modello di quelli fatti in aula, con risposta multipla numerica (circa 11 esercizi in 90 minuti).

Teoria

Soluzione

Nella sua definizione, una soluzione è una miscela omogenea di due o più componenti occupanti la stessa fase. Ciò implica che non si riescono a distinguere i componenti iniziali della soluzione. In particolare, esistono vari tipi di soluzione che si distinguono a seconda del tipo "fisico" della fase, ovvero:

• Fase solida (es. leghe metalliche, come l'acciaio formato da carbonio + ferro);
• Fase liquida (es. gas+liquido, liquido+liquido, solido+liquido);
• Fase gassosa (es. miscela gassosa, come l'aria che è formata da un insieme di tante sostanze).

In una soluzione in fase liquida si possono distinguere:

• Solvente: componente, liquido, più abbondante nella soluzione;
• Soluto: uno o più componenti minori presenti in soluzione.

Quando un soluto viene immerso nel solvente, perché il soluto si possa dire completamente disciolto, esso deve avere le proprie molecole completamente circondate dal solvente.

Comportamenti della soluzione

Soluzione insatura

In una soluzione insatura, non sono osservabili tracce di soluto all’interno del solvente: la soluzione è quindi omogenea, ovvero si può osservare un liquido dello stesso colore, stessa consistenza. Da questo, è possibile dedurre che con soluzione insatura si intende una soluzione in cui il solvente può ancora accettare, ovvero disciogliere al suo interno, dei soluti.

Tuttavia, una soluzione non può essere caricata di soluto all'infinito: ponendo come esempio acqua (solvente) e sale (soluto), inizialmente, il sale si deposita sul fondo del contenitore e, con il passare del tempo, si scioglie completamente (soluzione insatura, tutto il soluto si scioglie); continuando ad aggiungere sale viene raggiunto un punto oltre il quale il sale non viene più sciolto. In quest'ultimo stadio, la soluzione viene definita satura, ovvero non può più accettare soluto per scioglierlo.

Ricorda: le reazioni di dissoluzione sono degli equilibri, ciò implica che la reazione non avviene in un solo senso, il soluto si discioglie completamente, ma anche nel senso opposto, parti di soluto precipitano dal solvente e tornano ad essere non disciolte.

Soluzione satura

Continuando ad aggiungere ulteriori soluti ad una soluzione insatura, si va a perturbare il sistema, spostando l'equilibrio della reazione verso i prodotti e portando ancora più soluti in soluzione. Come detto in precedenza, la dissoluzione non può avvenire all'infinito ma fino al momento in cui il solvente è in grado di sciogliere il soluto: quando questo non avviene più, significa che si è raggiunto il punto di saturazione della soluzione. Questo non significa che non viene più sciolto soluto, ma che la velocità di soluto che passa da essere non disciolto a essere disciolto è identica alla velocità con cui il soluto precipita (raggiungimento dell'equilibrio dinamico).

Solubilità

La solubilità è intesa come la massima quantità di una data sostanza che si può sciogliere in una determinata quantità di solvente, a temperatura ambiente, e viene definita come concentrazione della soluzione satura. I fattori che influenzano la solubilità sono:

• La temperatura: abbassando la T di una soluzione, diminuiscono le interazioni tra solvente e soluto e di conseguenza diminuisce anche la solubilità della soluzione. Viceversa se si aumenta la T di una soluzione, aumentano le interazioni tra solvente e soluto, e così aumenta anche la solubilità della soluzione;
• L’effetto ione comune: un sale è meno solubile se uno dei suoi ioni è già presente nell’ambiente di reazione.

Sia l'influenza della temperatura che l’effetto dello ione comune derivano dal principio di Le Chatelier che tende a ristabilire l’equilibrio dopo una sua perturbazione.

Effetto ione comune

Prima di spiegare cos’è l’effetto ione comune, è necessario specificare che un sale è meno solubile se uno dei suoi ioni è già presente nell’ambiente di reazione. Questo cosa significa? Aggiungendo ad una soluzione di cloruro di argento un altro tipo di cloruro, come cloruro di sodio, quest’ultimo non può essere aggiunto rispettando il valore base della solubilità di quella soluzione: infatti, la solubilità è diminuita in quanto è già disciolto all’interno della soluzione lo stesso ione che fa parte dell’ulteriore soluto che si aggiunge.

Dunque, l’effetto dello ione comune si verifica nel momento in cui si vanno a mescolare due tipi di soluti che hanno uno ione in comune tra loro.

Reazione all’equilibrio: Reazione in cui le molecole di argento cloruro solido che si disciolgono sono uguali a quelle che riprecipitano dall’argento cloruro solubilizzato. (soluzione acquosa di un sale, AgCl, con bassa solubilità in acqua)

Reazione non all’equilibrio (equilibrio alterato): Cosa accade se si aggiunge un altro soluto che ha uno ione in comune con quello che vi era già in precedenza? In questo caso, oltre che alterare l’equilibrio viene anche alterata la solubilità complessiva del sistema, in quanto vengono aggiunti altri ioni cloro che non possono più essere disciolti completamente.

A questo punto, la soluzione dovrà scegliere se sciogliere gli ioni cloro provenienti da AgCl o da NaCl: l’elemento che non viene disciolto dalla soluzione tenderà a precipitare, ovvero formare granelli all'interno della soluzione. In questo caso, la soluzione riesce a disciogliere NaCl, considerando la sua alta solubilità, mentre AgCl, proprio a causa della sua bassa solubilità in acqua, tenderà a precipitare (precipitare significa far passare il soluto dallo stato in soluzione, allo stato solido non più in soluzione). Dunque, il criterio con cui la soluzione sceglie di disciogliere uno dei due soluti è la maggiore solubilità tra i due.

Il simile scioglie il simile

È noto che non tutte le sostanze liquide si mischiano tra loro: questo dipende dalla polarità delle molecole all’interno delle sostanze. Infatti, due sostanze con forze intermolecolari analoghe sono solubili tra loro: quindi, un soluto, per essere solubile in un solvente, deve essere in grado di compiere lo stesso tipo di interazioni intermolecolari che è in grado di fare il solvente. In particolare, le sostanze solubili tra loro sono:

• Molecole non polari sono solubili, ovvero si sciolgono, in solventi non polari;
• Molecole polari sono solubili in solventi polari;
• Composti ionici sono solubili in solventi polari.

Esempio: Un esempio può essere il fatto che il sale, cloruro di sodio NaCl, si sciolga in acqua: l’acqua riesce a circondare completamente lo ione Na⁺, con cui espone la sua parte negativa, e poi circonda anche Cl^- con la sua parte positiva, in modo da formare una sorta di guscio di idratazione.

Invece, molte sostanze sono insolubili tra loro, proprio perché non compiono lo stesso tipo di interazioni intermolecolari. Ad esempio, molecole non polari non sono solubili in solventi polari: infatti, acqua ed olio non sono solubili, in quanto l’olio è una molecola non polare, neutra, priva di cariche, mentre l’acqua è un solvente polare. Essa, infatti, non riesce a circondare completamente l’olio perché non vi possono essere interazioni tra cariche opposte: per questo, l’olio tenderà a restare con le molecole simili a sé stesso. Un altro caso è rappresentato dal fatto che composti ionici non sono solubili in solventi apolari.

Concentrazione

Le proprietà delle soluzioni dipendono dalle quantità relative delle sostanze che le compongono. È chiaro che per poter calcolare la concentrazione di una data soluzione sia necessario specificare quantitativamente la composizione di quella soluzione. Infatti, soluzioni della stessa molecola, ma a concentrazioni completamente diverse, hanno caratteristiche completamente diverse.