risposte chimica orale prof.Cardellini

Formula dell'equazione di Nernst

Applicando l'equazione di Nernst, il potenziale in condizioni di concentrazione

non standard E, si può calcolare nel seguente modo:

in cui:

E° = potenziale standard di riduzione

R = costante dei gas che vale 8,314 J · mol-1 · K-1

T = temperatura assoluta

n = numero di elettroni scambiati

F = costante di Faraday che vale 96485 Coulomb

[Red] = concentrazione della specie ridotta

[Ox] = concentrazione della specie ossidata

n e m sono gli eventuali coefficienti stechiometrici della specie ridotta e della

specie ossidata

Trasformando il logaritmo naturale in logaritmo decimale (ln = 2,302 log) e

sostituendo nell'equazione precedente i valori di R, T, F che sono valori

costanti (per T si considera la temperatura di 298 K), l'equazione di Nernst

diventa:

da cui:

E' facile dimostrare che se [Red] = [Ox] = 1 M, si ha che E = E°

Che cos’è l’entalpia? Definizione di entalpia standard

L’entalpia è una funzione di stato di un sistema ed esprime la quantità di

energia che esso può scambiare con l'ambiente. Ad esempio, in una reazione

chimica, l'entalpia scambiata dal sistema consiste nel calore assorbito o

rilasciato nel corso della reazione. In un passaggio di stato, come la

trasformazione di una sostanza dalla sua forma liquida a quella gassosa,

l'entalpia del sistema è il calore latente di evaporazione. La definizione

formale dell'entalpia è: H = U + pV dove U rappresenta l'energia interna

del sistema, p la pressione, e V il volume.

entropia : In meccanica statistica è una grandezza che viene interpretata

come una misura del disordine presente in un sistema fisico qualsiasi,

incluso, come caso limite, l'universo. In termodinamica, funzione di stato

di un sistema la cui variazione, in una trasformazione che porti il sistema da

uno stato iniziale A ad uno finale B, viene calcolata sommando le quantità di

calore scambiate dal sistema in una qualsiasi trasformazione reversibile che

vada da A a B, divise rispettivamente per le temperature assolute delle

sorgenti con cui si scambia calore.

Significato di P, V, a e b nell’equazione di van der Waals

La legge di van der Waals è una legge fisica che descrive il comportamento

dei gas reali. Rappresenta un'estensione della legge dei gas perfetti, rispetto

alla quale consente una migliore descrizione dello stato gassoso per le alte

pressioni e in prossimità del punto di liquefazione.L’equazione di van der

Waals ha la seguente formulazione:

(P + a n2/V2) (V – nb) = nRT

In cui:

n = numero di moli di gas

P = pressione effettivamente esercitata dal gas Preale

V = volume del recipiente

R = costante universale dei gas

T = temperatura assoluta del gas

a = constante di misura dell'interazione tra le molecole

b = covolume (volume occupato dalle molecole)

Equazione di Kirchhoff

L'equazione di Kirchhoff, che prende il nome dal fisico tedesco Gustav Robert

Kirchhoff, permette di calcolare la variazione di entalpia, associata a una

reazione chimica, in relazione alla sua dipendenza dalla temperatura.

Diagramma di stato dell’acqua

Linea AO: rappresenta la variazione della pressione di vapore del ghiaccio

con la temperatura. Essa ha teoricamente inizio allo zero assoluto e cessa

con la fusione del ghiaccio (0,01 °C*) e il suo andamento segue l'equazione di

Clapeyron. Tale tratto di curva definisce i valori di T e di P ai quali il ghiaccio

sublima (o il vapore d'acqua brina). Le coordinate della linea AO

rappresentano i valori di T e di P ai quali esiste un equilibrio del sistema

ghiaccio-vapore. * Si ricordi che l'esperienza è condotta in recipiente chiuso e

inizialmente vuoto: è in queste condizioni che il ghiaccio fonde a +0,01 °C,

temperatura a cui corrisponde una pressione di vapore di 4,58 mmHg.

Linea OB: rappresenta la variazione della pressione di vapore dell'acqua con

la temperatura; anche in questo caso il suo andamento segue l'equazione di

Clapeyron. Essa ha inizio alla temperatura di 0,01°C e cessa a 374,1°C

(temperatura critica dell'acqua al di sopra della quale non ha più senso fare

distinzione tra liquido e vapore in quanto esiste un'unica fase: la fase critica).

Tale tratto di curva definisce i valori di T e di P ai quali esiste un equilibrio del

sistema liquido-vapore.

Il punto B del diagramma rappresenta il punto critico dell'acqua.

Linea OCD: rappresenta la variazione della temperatura di fusione del

ghiaccio con la pressione esercitata dall'esterno sul sistema; anche in questo

caso il suo andamento segue l'equazione di Clapeyron. Essa ha inizio alla

temperatura di 0,01°C e tale tratto di curva definisce i valori di T e di P ai

quali esiste un equilibrio del sistema solido-liquido. Le pendenze della linea

OCD (esagerate in figura per renderle evidenti) mostrano che:

sino alla pressione di 2100 atm, la temperatura di fusione del ghiaccio

diminuisce con l'aumentare della pressione (tratto OC);

per pressioni superiori a 2100 atm la temperatura di fusione del ghiaccio

aumenta con l'aumentare della pressione, (tratto CD).

Questo comportamento è conseguenza del fatto che al di sotto di 2100 atm il

ghiaccio (ghiaccio I) ha densità minore dell'acqua; a pressioni superiori alle

2100 atm si incontra tutta una serie di trasformazioni strutturali del ghiaccio I

(zona rettangolare tratteggiata sulla OCD) in altri tipi di ghiaccio, tutti a

densità maggiore di quella dell'acqua. Pertanto la variazione di volume legata

alla fusione del ghiaccio ΔV=Vliq-Vsol, è negativa per pressioni inferiori a

2100 atm e positiva per pressioni superiori a 2100 atm.

E' importante fare notare infine che le tre linee AO, OB e OC si incontrano nel

unto O, che viene così ad individuare un punto univoco di valori di pressione

e di temperatura in corrispondenza dei quali coesistono in equilibrio ghiaccio,

acqua e vapore. Il punto O viene indicato perciò col nome di punto triplo

dell'acqua.

Sintesi industriale dell’ammoniaca

stadi del processo: (spiegazione di ogni stadio guardare slide

cardellini)

desulfurazione

l reforming primario

l reforming secondario

l ossidazione CO

l rimozione CO2

l Metanazione

l Compressione

l Sintesi

l

Discussione di una curva di titolazione

Le curve di titolazione per le reazioni acido-base sono i grafici che

rappresentano l'andamento del pH della soluzione titolata in funzione del

volume di titolante aggiunto. Da un punto di vista analitico, le curve di

titolazione ricoprono un ruolo molto importante poichè permettono di

determinare, in base alla variazione del pH in prossimità del punto

equivalente, il tipo di indicatore più adatto per quel tipo di titolazione. I valori

di pH necessari per tracciare tali curve sono determinabili sperimentalmente

misurando il pH dopo ogni aggiunta di titolante

Il punto di flesso della curva corrisponde al punto d'equivalenza (o punto

equivalente).

Nel caso di acidi monoprotici (indicati con HA), il punto a metà tra l'inizio

della curva (prima è stato aggiunto alcun titolante) e il punto di equivalenza è

significativo: in tali condizioni, le concentrazioni delle due specie (l'acido e la

base coniugata) sono uguali. Pertanto, pH=pKa

Quali caratteristiche debbono avere gli indicatori

Gli indicatori di pH sono acidi o basi organici deboli a elevato peso

molecolare, che assumono colorazioni diverse a seconda del pH.

Se indichiamo con HIn l'indicatore indissociato, esso in soluzione acquosa si

dissocia secondo la reazione:

dove In- rappresenta la base coniugata di HIn.

pH di viraggio di un indicatore

Per un dato indicatore, si definisce pH di viraggio il pH in corrispondenza del

quale la concentrazione molare dell'acido indissociato HIn è uguale alla

concentrazione molare (= molarità) della sua base coniugata In-, cioè il pH al

quale si realizza la seguente condizione:

Il pH di viraggio di un indicatore si può calcolare quando è nota la sua

costante di dissociazione KHIn :

Poichè, come si è visto, per definizione di pH di viraggio [HIn] = [In-],

semplificando i due termini nella formula precedente, si ha:

da cui, per definizione di pH, si ha:

Il pH di viraggio ha dunque un valore numerico bel definito.

Intervallo di viraggio di un indicatore

L'intervallo di viraggio indica il campo di variazione di pH che si deve

produrre perchè l'occhio umano possa percepire la variazione di colore dalla

forma acida a quella basica e viceversa. Normalmente, l'intervallo di viraggio

si estende per circa due unità di pH, all'inteno dei quali il pH di viraggio

occupa la posizione centrale. Come si sa, ogni unità di pH differisce da quella

immediatamente successiva o da quella immeditamente precedente per una

differenza di [H+] di 10 volte.Quindi perchè l'occhio dell'osservatore possa

distinguere nettamente il passaggio da un colore all'altro è necessario che

nella soluzione sia presente un eccesso di una delle due forme (HIn / In-)

rispetto all'altra di almeno 10 volte.Ne segue che il colore tipico della forma

acida dell'indicatore HIn è nettamente distinguibile quando:

Introducendo questo valore nella formula già vista:

si ha:

da cui, applicando semplici calcoli matematici e le proprietà dei logaritmi, si

ha:

Analogamente, il colore tipico della forma basica dell'indicatore (In-) è

nettamente distinguibile quando:

L'intervallo di viraggio dell'indicatore di pH sarà dunque pari a:

In una titolazione acido/base si sceglie l'indicatore il cui viraggio è il più

possibile vicino al punto di equivalenza.

Protezione dalla corrosione

Uno dei metodi più semplici utilizzati per evitare la corrosione del ferro è

quello di verniciarlo con una vernicie (vernice antiruggine) contenente

sostanze chimiche (come ad esempio il minio Pb3O4) che, avendo potenziali

standard di riduzione molto alti, non possono essere ossidati all'aria

umida.Tale soluzione non è duratura e quindi definitiva in quanto la vernice

non aderisce permanentemente al metallo sottostante.Una soluzione più

duratura è quella di rivestire il ferro con un metallo avente un potenziale di

riduzione più basso di quello del ferro, come ad esempio lo zinco, che subisce

il fenomeno della passivazione. In questo modo si ottiene il ferro zincato.La

zincatura ha il vantaggio che, anche se lo strato di zinco viene scalfito ed il

ferro si trova esposto all'aria umida, lo zinco, avendo un potenziale di

riduzione inferiore a quello del ferro, si ossida al posto su