Diapositiva 1 - Lez chimica

Diapositiva 1 - Lez chimica

Laurea in Biotecnologie Agrarie Chimica Generale e Chimica Fisica Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di DEFINIZIONI SOSTANZA SOLUBILE = Sostanza che si discioglie in misura apprezzabile in un determinato solvente (che se non diversamente specificato normalmente lacqua) SOSTANZA INSOLUBILE = Sostanza che NON si discioglie in misura apprezzabile in un determinato solvente (che se non diversamente specificato Le soluzioni sono costituite normalmente dal SOLVENTElacqua)

e dal SOLUTO. ELETTROLITI = Soluti che si dissociano in ioni in acqua rendendo la soluzione un buon conduttore Due bacchette di grafite, dette elettrodi, sono poste in di elettricit. soluzione. La sorgente di elettricit attira elettroni in una bacchetta e li spinge nellaltra generando su un elettrodo una carica negativa e sullaltro una carica positiva. In soluzione gli ioni positivi (cationi) e quelli negativi (anioni) sono attirati rispettivamente dallelettrodo negativo e dallelettrodo positivo. La carica elettrica si sposta in soluzione grazie agli ioni. Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Natura delle Soluzioni acquose NON-ELETTROLITA = Sostanza che NON si ionizza in soluzione e NON conduce la corrente (La lampada non si accende). a

ELETTROLITA FORTE = Sostanza che si ionizza COMPLETAMENTE in soluzione e conduce BENE la corrente (La lampada non si accende). b ELETTROLITA DEBOLE = Sostanza che si ionizza PARZIALMENTE in soluzione e conduce POCO la corrente (La lampada si accende ma la luce fioca). c Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Natura delle Soluzioni acquose Praticamente tutti i composti ionici e solo pochi composti molecolari sono elettroliti forti La maggior parte dei composti molecolari costituita da nonelettroliti o da elettroliti deboli NaCl: un solido ionico, un elettrolita forte; in acqua si dissocia in ioni Na+ e ClGLI IONI SONO GIA PRESENTI + - NaCl(s) Na (aq)

+ Cl (aq) ALLO STATO SOLIDO Il cloruro di sodio costituito da ioni sodio e da ioni cloruro. Venendo in contatto con lacqua (a sinistra) gli ioni sono in grado di separarsi e si disperdono nel solvente (a destra). La soluzione sar costituita da acqua, ioni sodio e ioni cloruro. In nessun momento sono presenti molecole NaCl Lenergia richiesta per rompere il forte legame tra ioni di carica opposta compensata da quella fornita da deboli ma NUMEROSISSIMI legami Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Lidratazione

UN CRISTALLO IONICO CHE SI SCIOGLIE IN ACQUA I dipoli di acqua sono raggruppati attorno agli ioni giacenti sulla superficie del cristallo. Le estremit negative dei dipoli dellacqua sono dirette verso gli ioni positivi e le estremit positive verso gli ioni negativi. Se queste forze di attrazione sono sufficientemente intense da superare le forze di attrazione interioniche el cristallo, la solubilizzazione ha luogo. Linterazione permane anche in soluzione. Uno ione circondato da molecole di acqua viene detto idratato. Lidratazione avviene con cessione di energia. Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Lidratazione La rottura di un legame un processo ENDOTERMICO, richiede energia. La rottura di un legame ionico un processo molto endotermico La formazione di un legame un processo ESOTERMICO, rilascia energia. Lidratazione degli ioni un processo esotermico La dissoluzione di un elettrolita pu essere ESOTERMICA (se lenergia di idratazione maggiore dellenergia di legame) o ENDOTERMICA (se lenergia di idratazione minore dellenergia di legame) CaCl2: un solido ionico, un elettrolita forte; in acqua si dissocia in ioni Ca+ e Cl-

CaCl2(s) Ca+(aq) + 2 Cl-(aq) NH4NO3: un solido ionico, un elettrolita forte; in acqua si dissocia in ioni NH4+ e NO3- NH4 NO3(s) NH4+(aq) + NO3-(aq) Reazione esotermica Reazione endotermica Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Lidratazione: Applicazioni Reazione endotermica in un pacco istantaneo refrigerante Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di

HCl: un liquido molecolare, un elettrolita forte; in acqua si dissocia in ioni H+ e Cl- HCl(g) H+(aq) + Cl-(aq) GLI IONI NON SONO PRESENTI NEL LIQUIDO: SI FORMANO IN SOLUZIONE CH3COOH: un liquido molecolare, un elettrolita debole; in acqua si dissocia solo parzialmente GLI IONI NON SONO PRESENTI CH3COOH(l) H+(aq) + CH3COO-(aq) NEL LIQUIDO: SI FORMANO IN SOLUZIONE CH3OH: un liquido molecolare, un non-elettrolita; in acqua non si

dissocia Nella soluzione di un non elettrolita il soluto si conserva come molecola senza scindersi in ioni. Il metanolo, CH3OH, un non elettrolita e, nellacqua in cui si disciolto, presente in forma di molecole Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Regola Empirica sulla solubilit: IL SIMILE SCIOGLIE IL SIMILE Solubilit e forze intermolecolari. Lolio per motori (a sinistra) composto da molecole apolari. Esso non miscibile con lacqua che polare. Il glicole etilenico, usato come anticongelante, miscibile con lacqua in tutti i rapporti in quanto entrambe le sostanze formano legami a idrogeno Solubilit degli

alcoli in acqua Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Formazione di soluzioni ed equilibrio Quando la solubilizzazione e la precipitazione avvengono alla stessa velocit, la quantit di soluto disciolto costante nel tempo e la soluzione si dice SATURA. Se la quantit di soluto superiore a quella corrispondente alla soluzione satura si ha una soluzione SOVRASATURA; questa in equilibrio metastabile e in condizioni blande si pu innescarvi la precipitazione La concentrazione della soluzione SATURA rappresenta la SOLUBILITA del soluto in quel certo solvente La lunghezza delle frecce rappresenta la velocit di dissoluzione (rossa)

e di cristallizzazione (nera). a. Quando il soluto viene posto nel solvente si ha solo dissoluzione. b. Dopo qualche tempo la velocit di cristallizzazione diventa significativa. c. La soluzione diventa satura quando le velocit di dissoluzione e cristallizzazione sono uguali. Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Effetto della temperatura sulla solubilit La solubilit varia con la temperatura come descritto dalle CURVE DI SOLUBILITA Le solubilit si esprimono in molti modi: molarit, massa percento o, come in questo caso, g di soluto per 100 g H2O. Il punto S indica la soluzione

satura; regioni sopra la curva (1) corrispondono a soluzioni sovrassature, sotto la curva (2) a soluzioni non sature La solubilit in acqua della maggior parte dei composti solidi aumenta con la temperatura; quella dei gas, invece, generalmente DIMINUISCE Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Effetto della temperatura sulla solubilit La cristallizzazione frazionata Come sfruttare leffetto della temperatura sulla solubilit? Ricristallizzazione di KNO3 Cristalli incolori di KNO3 si separano da una soluzione acquosa di KNO3 e CuSO4 (come impurezza). Il colore blu chiaro della soluzione dovuto agli ioni Cu2+ che restano in Purificazione soluzione per CRISTALLIZZAZIONE FRAZIONATA

Un solido impuro formato per la maggior parte dal composto desiderato ed in misura minore da impurezze. 1. Supponiamo che entrambi siano solubili in un dato solvente e prepariamo una soluzione concentrata ad alta temperatura 2. Lasciamola, poi, raffreddare. A temperature pi basse la soluzione diventa satura nel composto desiderato. 3. Leccesso di composto cristallizza nella soluzione e le impurezze restano in soluzione (la temperatura troppo alta per la loro Dr. Antonella Glisenti - Dip. cristallizzazione) Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Effetto della pressione sulla solubilit dei gas La legge di Henry William Henry (1775-1836) LEGGE DI HENRY La solubilit di un gas aumenta allaumentare della pressione Cio: C = k Pgas Con C = solubilit di un gas in un determinato solvente k = costante di proporzionalit Pgas = pressione parziale del gas sopra la soluzione La legge di Henry vale solo per lequilibrio tra molecole di gas e le stesse in soluzione (= non vale per le soluzioni

La concentrazione del gas disciolto, di HCl) suggerita dallintensit del color blu, proporzionale alla pressione del gas sulla soluzione (suggerita dal numero di puntini) Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Effetto della pressione sulla solubilit dei gas La legge di Henry: Applicazioni pratiche William Henry (1775-1836) La bottiglia chiusa di acqua frizzante sotto pressione di CO2. Quando viene aperta, la pressione cala di colpo e viene liberata CO2 (si formano bolle) Per evitare le dolorose e pericolose conseguenze dellembolia gassosa i

sommozzatori non devono riemergere troppo in fretta da grandi profondit Laria compressa respirata durante le immersioni molto pi solubile nel sangue. Quando il subacqueo riemerge leccesso di azoto disciolto viene rilasciato sotto forma di bollicine Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di La legge di Henry: Esempio A 0C e ad una pressione di O2 = 1.00 atm la solubilit in acqua di O2(g) 48.9 mL per litro. Quel la molarit di O2 in una soluzione acquoso satura quando lossigeno sotto la sua normale pressione parziale nellaria 1. Determinazione della molarit della soluzione satura di ossigene a 0Ce

(0.2095 atm)? 1 atm: 1 mol 0.0489 L O2 x O2 22.4 L O2 (STP) Molarit = 2.18 x 10-3 M O2 = 1 L soluzione 2. Valutare la costante della legge di Henry k = C P = 2.18 x 10-3 M O2 1.00 atm

3. Applicare la legge di Henry 2.18 x 10-3 M O2 C=kP= X 0.2095 atm = 4.57 x 10-4 M O2 1.00 atm Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Tensione di vapore delle soluzioni La legge di Raoult 1880 F.M. Raoult LEGGE DI RAOULT La pressione parziale esercitata dal vapore del solvente sopra una soluzione ideale, PA, uguale al prodotto della frazione molare del solvente nella soluzione, xA, per la tensione di vapore del solvente puro a quella temperatura, P A. Cio: PA = xA PA Esempio: Le tensioni di vapore del benzene e del toluene puri a 25C sono 95.1 e 28.4 mmHg, rispettivamente. Viene preparata una soluzione in cui le frazioni molari di benzene e toluene sono entrambe 0.5. Quali sono le pressioni parziali del toluene? Quale la tensione di vapore totale? Pbenz = xbenz Pbenz = 0.5 95.1 mmHg = 47.6 mmHg

Ptol = xtol Ptol = 0.5 28.4 mmHg = 14.2 mmHg Ptotale = Pbenz + Ptol = 47.6 + 14.2 = 61.8 mmHg = 47.6 mmH Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Equilibrio Liquido-Vapore: Soluzioni ideali I dati ottenuti nellesempio precedente, unitamente a quelli determinati per le altre composizioni, permettono di ottenere: - - - - = tensione di vapore totale Ogni pressione su questa linea uguale alla somma di quelle che compaiono nelle due rette sottostanti = tensione di valore del benzene Pbenz = xbenz Pbenz = tensione di vapore del toluene Ptol = xtol Ptol = composizione del vapore La fase vapore pi ricca del componente pi volatile di quanto lo sia la fase liquida, come mostra la linea di

vincolo o di connessione (che collega la composizione del liquido e quella del corrispondente vapore) Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Applicazione dellequilibrio Liquido-Vapore nella Distillazione La fase vapore pi ricca del componente pi volatile di quanto lo sia la fase liquida come evidenziato dai diagrammi temperatura/composizione Punti di ebollizione riportati in funzione della composizione della soluzione e del

vapore Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di La distillazione frazionata usata in molti processi industriali Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Equilibrio Liquido-Vapore: Soluzioni reali La maggioranza dei liquidi non si comporta idealmente, quindi la loro pressione di vapore non obbedisce alla legge di Raoult. Una miscela la cui pressione di vapore sia maggiore di quella prevedibile con la legge di Raoult (miscela benzene-etanolo) manifesta un DEVIAZIONE POSITIVA Ci significa che le forze intermolecolari tra i due composti sono energeticamente meno

favorevoli di quelle tipiche delluno e dellaltro componente puro: la formazione della miscela assorbe energia. Nel benzene liquido puro le molecole sono unite da forze di London, mentre nelletanolo regnano forti legami a idrogeno. Quando si mescola letanolo con il benzene molti di questi legami Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di sono costretti a rompersi! Equilibrio Liquido-Vapore: Soluzioni reali Una miscela la cui pressione di vapore sia minore di quella prevedibile con la legge di Raoult (miscela acetone-cloroformio) manifesta un DEVIAZIONE NEGATIVA

Cloroformio o Acetone triclorometan o CHCl3 C3H6O Ci significa che le interazioni tra le molecole di acetone e di cloroformio sono energeticamente pi favorevoli di quelle esistenti tra le molecole dei liquidi separati: mentre si forma la miscela si libera energia. Il cloroformio una molecola polare con momento dipolare relativamente elevato; latomo di H possiede una parziale carica positiva. Quando si avvicina una molecola di acetone si verifica lattrazione tra latomo di H e le coppie solitarie sullatomo di O dellacetone. Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di

Equilibrio Liquido-Vapore nelle soluzioni reali: Gli Azeotropi PRO-MEMORIA Deviazione positiva dalla legge di Raoult = P. eb. pi basso del previsto Deviazione Diagramma negativa dalla legge di Raoult = P. eb. pi alto del temperatura previsto Diagramma composizione di un azeotropo bassobollente (etanolo-benzene). Se si effettua la distillazione frazionata di tale miscela il distillato iniziale costituito dallazeotropo (pi volatile). BASSOBOLLENTI AZEOTROPI

temperatura composizione di un azeotropo altobollente (acetonecloroformio). La distillazione frazionata di tale miscela lascia nel bollitore lazeotropo (meno volatile). Miscele la cui temperatura di ebollizione minima inferiore a quella dei componenti puri (i loro componenti non si possono separare per distillazione la miscela bolle e si allontana prima del componente pi volatile). AZEOTROPI ALTOOLLENTI Miscele la cui temperatura di ebollizione massima superiore a quella dei componenti puri (costituir lultima frazione raccolta che sar quindi diversa dal liquido puro- meno volatile). Dr. Antonella Glisenti

Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di PER CONCLUDERE Le soluzioni nelle quali le forze intermolecolari sono pi intense che in seno ai singoli componenti puri manifestano deviazione negativa dalla legge di Raoult (ed entalpia di mescolamento negativa); spesso danno luogo ad azeotropi a punto di ebollizione massimo. Le soluzioni nelle quali le forze intermolecolari sono pi deboli che in seno ai singoli componenti puri, manifestano deviazione positiva dalla legge di Raoult (ed entalpia di mescolamento ugualmente positiva); possono dar luogo ad azeotropi a punto di ebollizione minimo. Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Concentrazioni delle Soluzioni MOLARITA (M) = quantit di soluto in moli (m)/volume di soluzione in litri (L) Che massa di K2CrO4 necessaria per preparare 250 ml di soluzione 0.250 M?

M = m/L m=ML L = m/M MM K2CrO4 = 194.1903 g= grammomole/mole m=ML g K2CrO4 ? = 0.2500 L soluzione x L 0.250 mol K2CrO4 1 L soluzione M x

194.2 g K2CrO4 1 mol K2CrO4 Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Diluizione delle Soluzioni Tutto il soluto prelevato dalla soluzione iniziale, pi concentrata, compare nella soluzione finale diluita (nulla si crea e nulla si distrugge) STATO INIZIALE ni = Mi x Vi STATO FINALE nf = Mf x Vf ma ni = nf Quindi Mi x Vi = M f x Vf Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Diluizione delle Soluzioni: esempio Che volume di K2CrO4 0.250 M bisogna diluire per preparare 250 ml di soluzione 0.01 M?

Mi x Vi = M f x Vf Vi = (Mf x Vf)/ Mi = (0.01 x 0.250)/ 0.250 = 0.01 L = 10 ML Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di Concentrazioni delle Soluzioni MOLARITA (M) = quantit di soluto in moli (m)/volume di soluzione in litri (L) MOLALITA (m) = quantit di soluto in moli (m)/massa di solvente in chilogrammi (Kg) FRAZIONE MOLARE DEL COMPONENTE i-ESIMO DELLA SOLUZIONE (xi) = quantit del componente i in moli (m)/quantit di tutti i componenti della soluzione (in moli) La somma delle frazioni molari di tutti i componenti di una soluzione = 1 X1 + X2 + X3 + = 1 PARTI PER MILIONE = g /1000000 g PARTI PER MILIARDO = g /1000000000 g Dr. Antonella Glisenti - Dip. Scienze Chimiche - Universit degli Studi di

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