Laboratorio propedeutico di chimica organica

Concentrazioni delle soluzioni

Molarità: La molarità, o concentrazione molare (M), di una soluzione esprime il numero di moli (n) di soluto contenute in 1 L di soluzione.

Formalità: La formalità, o concentrazione analitica (F), è la quantità totale di soluto, ovvero il numero totale di moli di sostanza, in un litro di soluzione.

Elettroliti: Un elettrolita è una sostanza che si dissocia in acqua. Un elettrolita forte si dissocia completamente, ad esempio HCl → H+ + Cl-. Un elettrolita debole si dissocia parzialmente, ad esempio CH3COOH → CH3COO- + H3O+.

Normalità: La normalità (N) di una soluzione esprime il numero di equivalenti di soluto contenuti in 1 litro di soluzione. L'equivalente (EQ) esprime la quantità di reagente che può accettare o donare una mole di unità. Ad esempio, in una reazione acido/base, un equivalente è la quantità di sostanza che accetta o cede una mole di H+. Ad esempio, 2 H2SO4 → 2 H+ + SO4^2-. Ciò significa che:

N = normalità = M * fattori equivalenti = M * 22 4 42+ -Ca(OH) → Ca + 2 OH Ciò significa che: N = normalità = M * fattori equivalenti = M * 22 + 3-H PO → 3 H + PO Ciò significa che: N = normalità = M * fattori equivalenti = M * 33 4 4

MOLALITÀ

La molalità (m) di una soluzione esprime il numero di moli di soluto contenute in 1 Kg di solvente puro.

COMPOSIZIONE PERCENTUALE → COSTANTI D'EQUILIBRIO

Una costante di equilibrio permette di capire se una reazione avviene facilmente o difficilmente. In particolare, a temperatura e pressione costanti, un sistema chimico chiuso è all'equilibrio se la concentrazione (o pressione, in caso di gas) dei reagenti e dei prodotti è costante nel tempo.

Si analizzi la reazione, indicando la velocità, che dipende da concentrazioni e costanti, della reazione diretta tra A e B con v e con v la velocità della reazione inversa tra C e D:

1 2

dove k e k sono le costanti

di velocità delle reazioni. Quando la reazione è all'equilibrio, le due velocità sono uguali e si può scrivere: Il valore del rapporto tra k1 e k2 prende il nome di costante di equilibrio (k) ed è espressa dalla relazione: k = [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b Infatti, secondo la legge dell'azione di massa, in un sistema chimico in equilibrio, a una data temperatura e a una data pressione, 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. Esempio: In ogni caso, la costante di equilibrio assume valori differenti a seconda della reazione, ovvero keq varia a seconda del comportamento dei reagenti e dei prodotti: - con K < 1, la reazione è spostata verso i reagenti; - con K > 1, la reazione è spostata verso i prodotti.la reazione è spostata verso i reagenti. Aumentando la temperatura, K aumenta di valore, ma rimane comunque minore di 1. Ciò significa che anche a temperature elevate, i reagenti non formano il prodotto in quantità significativa.idrossido nell'acqua è uguale a 1x10^-14 M^2. Questo valore è noto come costante di dissociazione dell'acqua (Kw). La reazione di autoprotolisi dell'acqua può essere rappresentata come segue: 2H2O ⇌ H3O+ + OH- In questa reazione, due molecole di acqua reagiscono per formare uno ione idronio (H3O+) e uno ione ossidrile (OH-). L'ione idronio è un acido, mentre l'ione ossidrile è una base. La costante di dissociazione dell'acqua può essere calcolata come il prodotto delle concentrazioni dell'ione idronio e dell'ione ossidrile nell'acqua: Kw = [H3O+][OH-] A temperatura ambiente, la concentrazione di ioni idronio e ioni ossidrile nell'acqua pura è di 1x10^-7 M. Pertanto, la costante di dissociazione dell'acqua a temperatura ambiente è: Kw = (1x10^-7)(1x10^-7) = 1x10^-14 M^2 Questa costante è valida a temperatura ambiente, ma può variare leggermente con la temperatura.ossidrile in acqua è chiamato prodotto ionico dell'acqua K con valore costante pari a 1,0 x 10^(-14) a 25°C. Nell'acqua, la concentrazione dello ione idronio è uguale a quella dello ione ossidrile ed è pari a 1,0 x 10^(-7) M, ovvero: COSTANTE DI DISSOCIAZIONE ACIDA Acidi e basi - Teoria di Lewis Secondo questa teoria, gli acidi sono sostanze in grado di accettare una coppia di elettroni in compartecipazione con un'altra specie, mentre le basi sono sostanze in grado di donare una coppia di elettroni in compartecipazione ad un'altra specie. - Teoria di Arrhenius In questo caso, gli acidi sono sostanze in grado di rilasciare in acqua protoni, H+, formando lo ione idronio; mentre le basi sono sostanze in grado di rilasciare in acqua ioni ossidrile, OH-. - Teoria di Bronsted-Lowry Secondo questa teoria, gli acidi sono sostanze in grado di donare dei protoni. Mentre le basi sono sostanze in grado di accettare uno o più protoni. Distinguere unasoluzione neutra / acida / basica

• Una soluzione si definisce neutra quando la concentrazione degli ioni idronio è pari a quella degli ioni idrossido: [H₃O⁺] = [OH^-]
• Una soluzione si definisce acida quando la concentrazione degli ioni idronio è superiore a quella degli ioni idrossido: [H₃O⁺] > [OH^-]
• Una soluzione si definisce basica quando la concentrazione degli ioni idronio è inferiore a quella degli ioni idrossido: [H₃O⁺] < [OH^-]

Scala pH

L'acidità e basicità delle soluzioni non è espressa tramite la concentrazione molare degli ioni H₃O⁺ e degli ioni OH^-, ma tramite il pH. Esso è una grandezza chimica che misura l'acidità o la basicità di una soluzione acquosa espressa come:

• soluzione acida: [H₃O⁺] > [OH^-]
• soluzione basica: [H₃O⁺] < [OH^-]
• soluzione neutra: [H₃O⁺] = [OH^-]

Proprietà acido/base

In chimica si

parla sempre e solo di acidità, mentre per le basi si fa riferimento all'acidità dell'acido coniugato alla base. Esiste un valore, pK, con il quale si individua il valore del pH in cui un acido è ionizzato al 50%. Mettendo in relazione pH e pK si possono ottenere informazioni sulla soluzione: in particolare, quando il pH < pK la specie predominante in soluzione è quella protonata; invece, nel secondo caso, quando il pH > pK la specie predominante è quella deprotonata. Coppie acido-base coniugate ↪ Fattori che influenzano l'acidità ↪ - posizione dell'atomo nella tavola periodica: in questo caso, l'acidità aumenta da sinistra a destra in un periodo della tavola con l'aumentare dell'elettronegatività degli atomi; - con l'aumento dell'acidità, la pK diminuisce; - un composto è acido tanto più la sua base coniugata è stabile; - l'acidità

aumenta dall'alto verso il basso in uno stesso gruppo;

l'acidità dipende dall'ibridazione dell'atomo da cui si stacca l'idrogeno;

i super-acidi, con pK < -10, sono miscele di acidi protici e di Lewis;

Acidi e basi polifunzionali:

• Un acido poliprotico è una specie che ha la possibilità di cedere più di uno ione H. Gli acidi di questa specie danno tanti equilibri con l'acqua, quanti sono i protoni che può cedere.
• In particolare, una base che può accettare più di un protone, viene definita base poliacida.

SOLUZIONI TAMPONE:

Le soluzioni tampone sono soluzioni di composizione tale da mantenere (tamponare) il pH quasi costante, per piccole aggiunte di acidi o basi. Esse sono composte da un acido debole (HA) e dalla sua base coniugata (A-).

La massima efficienza di una soluzione tampone si ha quando vi sono concentrazioni uguali di acido e base coniugata, ovvero il pH = pKa.

L'azione di una

La soluzione tampone si basa sul seguente equilibrio acido/base:

Potere tamponante: Il potere tamponante corrisponde alla quantità di acido o di base forte che la soluzione è in grado di neutralizzare senza variare in maniera significativa il suo pH, ed esso raggiunge il suo valore massimo quando il pH = pKa.

Tamponi di uso comune:

• ANALISI QUANTITATIVA: L'analisi quantitativa è la determinazione della quantità di una sostanza all'interno di un campione ignoto. In particolare, esistono due metodi per determinare la quantità di sostanza di un campione ignoto:
  • Metodi gravimetrici: si utilizza la massa di prodotto per determinare la quantità di analita originario.
  • Metodi volumetrici: misura della concentrazione dell'analita attraverso la misura di un titolante a concentrazione nota.
• ANALISI VOLUMETRICA: Questa analisi è completata misurando il volume di una soluzione a concentrazione esattamente nota necessaria per avere una

noto di una soluzione contenente l'analita. Durante la titolazione, si osserva un cambiamento di colore o un cambiamento di pH che indica il raggiungimento del punto di equivalenza, ovvero il punto in cui la quantità di titolante aggiunto è sufficiente per reagire completamente con l'analita presente. Per eseguire una titolazione, è necessario utilizzare una buretta per aggiungere il titolante in modo controllato alla soluzione contenente l'analita. Si registra il volume di titolante aggiunto quando si raggiunge il punto di equivalenza. Questo volume viene utilizzato per calcolare la concentrazione dell'analita nella soluzione iniziale. La titolazione può essere utilizzata per determinare la concentrazione di una vasta gamma di sostanze, come acidi, basi, sali e altre specie chimiche. È un metodo molto versatile e ampiamente utilizzato in laboratorio per l'analisi quantitativa. È importante notare che la titolazione richiede una reazione chimica specifica tra il titolante e l'analita. Pertanto, è necessario selezionare il titolante appropriato in base alla sostanza che si desidera determinare. Inoltre, è fondamentale seguire le procedure di titolazione corrette e utilizzare attrezzature pulite e calibrate per ottenere risultati accurati. In conclusione, la titolazione è un metodo di analisi volumetrica che consente di determinare la concentrazione di una sostanza utilizzando una reazione chimica quantitativa. È un metodo affidabile e conveniente, ma richiede attenzione e precisione nell'esecuzione delle procedure.