Diluizione e grado di dissociazione. Esercizi
Gen29

Diluizione e grado di dissociazione. Esercizi

Si definisce grado di dissociazione di un elettrolita e si indica con il simbolo α la frazione di moli di elettrolita che ha subito la dissociazione ovvero il rapporto fra le moli dissociate nd e quelle iniziali no: α = nd/no Il grado di dissociazione percentuale o percentuale di dissociazione è dato da 100 ∙ α. Nel caso di un equilibrio acido-base la percentuale di dissociazione può essere calcolata noti la costante acida (o basica) e il pH della soluzione. Il grado di dissociazione, così come la dissociazione percentuale variano al variare della concentrazione di un acido o di una base: gli acidi (o le basi) diluiti infatti si dissociano in misura maggiore degli acidi concentrati. Si consideri infatti un acido debole HA avente costante di equilibrio Ka per il quale l’equilibrio di dissociazione è HA ⇌ H+ + A– Detta C la concentrazione iniziale dell’acido all’equilibrio: [HA] = C – Cα = C(1-α); [H+] = Cα; [A–] = Cα Sostituendo questi valori nella legge di azione di massa si ha: Ka = [H+][A–]/[HA] = (Cα)(Cα) / C(1-α) = C2α2/C(1-α) = Cα2/1-α Per gli elettroliti deboli il grado di dissociazione è trascurabile rispetto a 1 quindi si può scrivere: Ka = Cα2 Ovvero α = √Ka/C Quindi il grado di dissociazione è inversamente proporzionale alla radice quadrata della concentrazione ovvero il grado di dissociazione di un acido debole aumenta quando la concentrazione diminuisce e quindi aumenta con la diluizione Esercizi Calcolare il grado di dissociazione di un acido debole per il quale Ka vale 9.2 ∙ 10-7 quando la concentrazione dell’acido è: 10 M 010 M  Concentrazione iniziale dell’acido = 0.10 M; all’equilibrio: [HA] = 0.10-x; [H+] = x; [A–] = xSostituendo questi valori nell’espressione della costante di equilibrio si ha: Ka = 9.2 ∙ 10-7 = [H+][A–]/[HA] = (x)(x)/ 0.10-xTrascurando la x sottrattiva al denominatore si ottiene: Ka = 9.2 ∙ 10-7 = x2/0.10 9.2 ∙ 10-8 = x2 Da cui x = √9.2 ∙ 10-8 = 3.0 ∙ 10-4 avendo escluso la radice negativa che implicherebbe una concentrazione negativa. Il grado di dissociazione α è dato da: α = 3.0 ∙ 10-4/ 0.10 =3.0 ∙ 10-3 Concentrazione iniziale dell’acido = 0.010 M; all’equilibrio: [HA] = 0.010-x; [H+] = x; [A–] = x Sostituendo questi valori nell’espressione della costante di equilibrio si ha: Ka = 9.2 ∙ 10-7 = [H+][A–]/[HA] = (x)(x)/ 0.010-x Trascurando la x sottrattiva al denominatore si ottiene: Ka = 9.2 ∙ 10-7 = x2/0.010 9.2 ∙ 10-9 = x2 Da cui x = √9.2 ∙ 10-9 = 9.6 ∙ 10-5 avendo escluso la radice negativa che implicherebbe una concentrazione negativa. Il grado di dissociazione α è dato...

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Equilibrio di ripartizione tra fasi. Esercizi
Gen28

Equilibrio di ripartizione tra fasi. Esercizi

Si supponga che due liquidi immiscibili, uno dei quali contiene un soluto solubile in entrambi i liquidi, entrino in contatto tra loro. Si potrebbe ritenere che parte del soluto migri da una parte all’altra fino a quando non sia equamente distribuito in entrambe le fasi. Tuttavia, se è presente, come di norma accade, una differenza di solubilità del soluto tra i due liquidi, il soluto migrerà nella fase in cui è più solubile fino al raggiungimento di uno stato di equilibrio. ùDette a e b le due fasi questo equilibrio è regolato da una costante Ka,b data dal rapporto tra la solubilità S del soluto nel liquido a e nel liquido b: Ka,b = [S]a/[S]b essendo Ka,b il coefficiente di ripartizione, detto anche coefficiente di distribuzione. Tale fenomeno assume una particolare importanza in molti campi come quello farmaceutico e quello ambientale. Poiché i due liquidi sono immiscibili, infatti, si può ritenere che uno abbia carattere idrofilo e l’altro carattere idrofobo e si può quindi studiare come e dove si distribuisce elettivamente un farmaco con conseguenti implicazioni farmacodinamiche. Analogamente si può studiare il diverso coefficiente di ripartizione di una sostanza inquinante come, ad esempio, il residuo di pesticidi, abitualmente liposolubili, possano essere assorbiti da organismi quali i pesci piuttosto che dalle acque marine dando luogo al fenomeno della biomagnificazione, processo in cui si verifica l’accumulo di sostanza dannose negli esseri viventi. Il coefficiente di ripartizione viene utilizzato nelle tecniche cromatografiche e costituisce un mezzo per poter prevedere i tempi di ritenzione sulla base dell’affinità degli analiti con la fase stazionaria e la fase mobile. Le tecniche estrattive sfruttano il coefficiente di ripartizione di una specie in due solventi diversi per separarla da altre sostanze. In laboratorio si può usare un imbuto separatore. L’efficienza di un’estrazione dipende dal coefficiente di ripartizione e dai volumi delle due fasi liquide. La percentuale di sostanza estratta E è data da: E = 100K/[K+ (Vaq/Vorg)] Essendo Vaq il volume della fase acquosa e Vorg il volume della fase organica. Per i soluti in cui K è piccolo una serie estrazioni multiple aumentano l’efficienza della separazione. Esercizi Il coefficiente di ripartizione dello iodio tra acqua e solfuro di carbonio vale 650. Calcolare la concentrazione dello iodio in acqua dopo che 50.0 mL di una soluzione acquosa di iodio 0.10 M viene mescolata a 10.0 mL di solfuro di carbonio. Le moli di iodio presenti nella soluzione acquosa sono 0.0500 L ∙ 0.10 M = 0.00500 Dopo che lo iodio si è ripartito tra le due fasi il numero di moli di iodio rimarrà ovviamente immutato. Lette m1 le moli  di iodio presenti in acqua e dette...

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Acido ossalico
Gen26

Acido ossalico

L’acido ossalico il cui nome I.U.P.A.C. è acido etandioico è il più semplice degli acidi bicarbossilici, ha formula HOOC-COOH in cui due carboni carbossilici sono legati tra loro e viene spesso indicato come (COOH)2. L’acido ossalico si trova abitualmente sotto forma di acido ossalico biidrato H2C2O4 ∙ 2 H2O. Alla temperatura di circa 100°C si allontana l’acqua di idratazione mentre a temperature di circa 157°C tende a sublimare e 189 °C l’acido ossalico che non è ancora sublimato tende a decomporsi in acido formico e biossido di carbonio secondo la reazione: HOOC-COOH → HCOOH + CO2 Si presenta come un solido cristallino incolore che ha una solubilità in acqua a 25°C di 143 g/L e in etanolo di 240 g/L mentre è poco solubile in etere (18 g/L). E’ un acido organico che presenta due costanti di dissociazione relative ai due equilibri: HOOC-COOH + H2O ⇌ HOOC-COO– + H3O+   Ka1= 0.0537 HOOC-COO– + H2O ⇌ –OOC-COO– + H3O+  Ka2 = 5.37 ∙ 10-5 L’acido ossalico si trova nelle arachidi, noci pecan, spinaci, rabarbaro, barbabietole, bietole, patate dolci, tè nero, frutti di bosco e cioccolato a cui conferisce un retrogusto amaro. L’acido ossalico fu sintetizzato per la prima volta dal chimico tedesco Friedrich Wöhler nel 1824 per idrolisi del cianogeno secondo la reazione C2N2 + 4 H2O → H2C2O4 + 2 NH3 L’acido ossalico può essere ottenuto dall’ossidazione del saccarosio, del glucosio e del glicole etilenico con acido nitrico in presenza di pentossido di bivanadio che agisce da catalizzatore. L’acido ossalico è un riducente e può utilizzato quale standard primario per standardizzare una soluzione di permanganato di potassio con cui reagisce, in ambiente acido, secondo la reazione: 2 KMnO4 + 3 H2SO4 + 5 H2C2O4 → K2SO4 + 2 MnSO4 + 10 CO2 + 8 H2O Durante la titolazione la colorazione del permanganato a contatto con l’acido ossalico scompare e il punto equivalente viene evidenziato dalla colorazione rosa pallido della soluzione che è dovuta a un lieve eccesso di permanganato. L’acido ossalico reagisce con il pentacloruro di fosforo a una temperatura di 80-90 °C per dare ossicloruro di fosforo, cloruro di idrogeno, biossido di carbonio e monossido di carbonio secondo la reazione: PCl5 + H2C2O4 → POCl3 + 2 HCl + CO + CO2 L’acido ossalico viene utilizzato per la rimozione della ruggine; esso è infatti in grado di ossidare lo ione Fe3+ a Fe2+ solubile in acqua secondo la reazione: 2 Fe3+ + H2C2O4 + 2 H2O → 2 Fe2+ + 2 CO2 + 3 H3O+ L’acido ossalico insieme all’ossalato di potassio reagiscono con bicromato di potassio per dare il complesso triossalatocromato di potassio, biossido di carbonio e acqua...

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Esercizi sulla cinetica chimica
Gen25

Esercizi sulla cinetica chimica

Consideriamo la reazione fra le sostanze A e B che formano la sostanza C: a A + b B = c C A temperatura costante, la dipendenza della velocità di questa reazione dalla concentrazione dei reagenti è data dall’equazione: v = K [A]m[B]n che esprime matematicamente la legge della velocità della reazione. v indica la velocità [A] e [B] indicano le concentrazioni molari dei reagenti m e n sono due esponenti interi o frazionari K è una costante che prende il nome di costante specifica della velocità della reazione. Sia K che m e n possono essere dedotti solo sperimentalmente per la specifica reazione. I due esponenti m e n esprimono l’ordine della reazione, in quanto m rappresenta l’ordine della reazione rispetto ad A e n rappresenta l’ordine di reazione rispetto a B; la loro somma (m + n) esprime l’ordine di reazione globale della reazione. Si noti che m e n non coincidono con i coefficienti stechiometrici a e b presenti nella reazione bilanciata. Per determinare sperimentalmente l’ordine di reazione di ciascun reagente e per calcolare la costante specifica della velocità di reazione, si misura nel tempo, la variazione della concentrazione del reagente in esame partendo da quantità note iniziali del medesimo. Se la sostanza che reagisce è una sola si misura la velocità di comparsa dei prodotti di reazione o la velocità di scomparsa del reagente. Esercizi Data la reazione R → P vi verifica che la concentrazione di R passa da 0.03 M a 0.02 M in 25 minuti. Calcolare la velocità della reazione in M/s 25 min = 25 min ∙ 60 s/min = 1500 s V = – (C2 – C1/T) = – (0.02 – 0.03/1500 = 6.7 ∙ 10-6 M/s In una reazione del primo ordine la costante è di 1.15 ∙ 10-3 s-1. Calcolare dopo quanto tempo un reagente passa da 5 a 3 g Per le reazioni del primo ordine ln [A]= ln [Ao] – kt ovvero ln [A]- ln [Ao]  = – kt ln 0.02 – ln 0.03 = – 1.15 ∙ 10-3 M/s ∙ t t = 353 s Il tempo necessario per decomporre SOCl2 alla metà della sua quantità iniziale è di 60 minuti. Calcolare la costante della reazione Dalla relazione ln [A]- ln [Ao]  = – kt poiché ½ [Ao] = [A] si ha: ln ½ = – kt ovvero ln 2 = kt Poiché = 60 min ∙ 60 s/min = 3600 s k = ln 2/3600 = 1.93 ∙104 s-1 La costante di una reazione a 32 °C è pari a 0.055 s-1 e il fattore di frequenza A vale 1.2 ∙ 1013 s-1. Calcolare...

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Polimeri termoplastici e termoindurenti a confronto
Gen23

Polimeri termoplastici e termoindurenti a confronto

I polimeri possono essere classificati in svariati modi tenendo conto, ad esempio, del tipo di processo di polimerizzazione attraverso il quale sono stati ottenuti e quindi si distinguono in polimeri di poliaddizione e di policondensazione, della loro struttura e quindi vengono classificati come lineari, ramificati o reticolati o in relazione alla loro proprietà quando vengono sottoposti a riscaldamento e quindi vengono classificati come termoplastici e termoindurenti. Per poter visualizzare le differenze tra questi due tipi di polimeri vengono confrontate le diverse proprietà tra essi in una tabella. Proprietà quando vengono sottoposti a riscaldamento Polimeri termoindurenti Polimeri termoplastici In opportune condizioni di temperatura e/o in presenza di particolari sostanze si trasformano in materiali rigidi, insolubili e infusibili. Questa trasformazione si verifica in seguito a reazioni di reticolazione (processo tramite il quale le catene polimeriche vanno incontro a una reazione che crea legami fra diverse catene a livello di gruppi funzionali reattivi) che avvengono fra le catene polimeriche con formazione di legami forti (covalenti o ionici).   Quando vengono riscaldati presentano forti decrementi di viscosità, e conservano la proprietà di scorrere a temperature elevate per un tempo relativamente lungo. Cessata l’azione del calore, per raffreddamento al di sotto del punto di rammollimento, riacquistano lo stato rigido e conservano la forma impartita: la trasformazione è reversibile anche se c’è sempre una certa degradazione che limita il numero di cicli possibili Vantaggi Polimeri termoindurenti Polimeri termoplastici Hanno alta resistenza alle sostanze chimiche, elevata stabilità termica, elevata rigidità, resistenza allo scorrimento e alla deformazione sotto carico, basso peso, elevate proprietà di isolamento termico e elettrico Hanno elevata durezza, resistenza ai solventi, rapidi tempi di ottenimento, elevati volumi di produzione, possibilità di realizzare parti complesse, possibilità di essere riciclati e possono, in taluni casi sostituire i metalli Svantaggi Polimeri termoindurenti Polimeri termoplastici Non possono essere riciclati ma, al più usati come riempitivi, hanno scarsa flessibilità, sono relativamente fragili e possono essere soggetti a crepe Possono degradarsi alla luce, sotto sforzo possono fratturarsi piuttosto che deformarsi e hanno un costo generalmente elevato Esempi Polimeri termoindurenti Polimeri termoplastici poliesteri, resine epossidiche, resine melamminiche, poliuretani polietilene, polivinilcloruro, polipropilene, polietilentereftalato, politetrafluoroetilene...

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