Molecole polari e apolari
Gen12

Molecole polari e apolari

I legami chimici principali sono quello covalente e quello ionico: mentre il legame ionico è di natura elettrostatica e si instaura quando gli elementi hanno una significativa differenza di elettronegatività tale che si forma uno ione positivo e uno ione negativo ed è tipico di molti sali come nel caso di NaF in cui il legame è dovuto all’attrazione elettrostatica tra ioni Na+ e ioni F– il legame covalente è un tipo di legame in cui gli atomi condividono tra loro almeno una coppia di elettroni di legame. Se gli atomi costituenti la molecola sono uguali ovvero hanno la stessa elettronegatività il legame è di tipo covalente puro e gli elettroni di legame sono equamente condivisi come nel caso di Cl2. Se gli atomi costituenti la molecola sono diversi e hanno una moderata differenza di elettronegatività il legame è di tipo covalente polare e gli elettroni condivisi risultano maggiormente attratti dall’elemento più elettronegativo come nel caso di HCl. Nella maggior parte delle molecole in cui è presente un legame covalente pertanto questo è di tipo covalente polare ma ciò non implica che la molecola sia polare. La polarità delle molecole dipende infatti oltre che dal tipo di legame anche dalla loro geometria molecolare. Come regola generale si può dire che tutte le molecole simmetriche sono apolari mentre tutte le molecole asimmetriche sono polari. Consideriamo ad esempio la molecola di biossido di carbonio in cui il legame tra carbonio e idrogeno, a causa della differenza di elettronegatività tra i due elementi è di tipo polare. Considerando, tuttavia, che sulla base della teoria VSEPR la molecola è di tipo lineare : O=C=O ed è di tipo simmetrico i due momenti dipolari si annullano a vicenda e la molecola è di tipo apolare. Analogamente nella molecola BF3 ,a causa della differenza di elettronegatività tra i due elementi sono presenti legami polari  ma stante la sua geometria planare in cui il boro, ibridato sp2, si trova al centro e i tra atomi di boro formano angoli di legame di 120° i momenti dipolari si annullano e la molecola è apolare La molecola NF3 è solo apparentemente uguale a BF3 infatti l’azoto forma 4 orbitali ibridi sp3 e presenta una geometria trigonale piramidale in cui uno dei vertici è occupato dal doppietto elettronico solitario dell’azoto e la molecola pertanto è asimmetrica ed è quindi polare. Esempi di molecole polari sono H2O, NH3, CH3Cl mentre esempi di molecole apolari, oltre a quelle costituite da due elementi uguali come O2, Cl2 e H2 sono molecole simmetriche come CH4, CCl4, BeCl2. La polarità delle molecole influenza le proprietà fisiche infatti le molecole polari, presentando dipoli permanenti, formano legami secondari come l’attrazione dipolo-dipolo e pertanto...

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Ciclo del carbonio
Gen02

Ciclo del carbonio

Il ciclo del carbonio consiste nell’interscambio dinamico in cui il carbonio viene scambiato tra la geosfera, l’idrosfera, la biosfera e l’atmosfera della Terra tramite reazioni chimiche e processi fisici, biologici e geologici. Il ciclo del carbonio può essere diviso in un ciclo biologico che avviene in tempi relativamente brevi e un ciclo geologico che avviene in tempi che possono arrivare a milioni di anni. Il carbonio infatti può essere immagazzinato per lunghi periodi di tempo nell’atmosfera, nelle acque principalmente oceaniche, nel suolo, nei combustibili fossili e all’interno della Terra. La quantità di biossido di carbonio nell’atmosfera viene influenzata dalla riserva di carbonio negli oceani e viceversa; il biossido di carbonio presente nell’atmosfera si solubilizza in acqua dando luogo ai seguenti equilibri: CO2 + H2O ⇌ H2CO3 ⇌ H+ + HCO3– ⇌ CO32- + 2 H+ L’acido carbonico formatosi a seguito della reazione del biossido di carbonio con l’acqua rende le piogge debolmente acide le quali raggiungono la superficie della terra entrando in contatto con i minerali che subiscono una lieve solubilizzazione. Gli ioni ottenuti, tra cui lo ione calcio, vengono trasportati da acque superficiali come torrenti e fiumi verso il mare con formazione del carbonato di calcio che costituisce uno dei maggiori componenti del guscio di organismi marini i cui resti, una volta morti, tendono ad affondare diventando parte del sedimento di fondo dell’oceano. Nel corso del tempo il sedimento si trasforma in calcite che costituisce il più grande serbatoio di carbonio sulla Terra. I movimenti tettonici che si verificano sulla crosta terrestre possono sospingere verso l’alto questi sedimenti formando delle catene montuose o possono spingerli sotto la crosta terrestre nella fornace magmatica da cui ritornano in circolo sotto forma di biossido di carbonio a seguito di eruzioni vulcaniche o da sorgenti idrotermali. Sulla terra il carbonio viene immagazzinato sia sotto forma di carbonio organico derivante dalla decomposizione di organismi viventi che sotto forma di carbonio inorganico dall’erosione causata da agenti atmosferici delle rocce. Al di sotto della crosta terrestre si formano inoltre i combustibili come il gas naturale e il petrolio che derivano dalla fermentazione anaerobica di materiale biologico in decomposizione che si formano in milioni di anni e dalla cui combustione si forma biossido di carbonio che viene rilasciato nell’atmosfera. Nel ciclo biologico del carbonio quest’ultimo, sotto forma di biossido di carbonio entra nella biosfera e, tramite la fotosintesi viene trasformato in composti organici. La fotosintesi è una serie complessa di reazioni che avvengono nelle alghe, nelle foglie e negli organismi autotrofi fotosintetizzati presenti nel plancton. Nel corso della fotosintesi questi organismi, con la mediazione della clorofilla, utilizzano il biossido di carbonio e l’acqua per trasformarli grazie...

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Fuochi pirotecnici e danni ambientali
Dic29

Fuochi pirotecnici e danni ambientali

Da sempre i fuochi d’artificio hanno coinvolto gli spettatori di tutte le età creando una magica atmosfera dal fascino irresistibile. In molte città del mondo da Dubai a Copacabana, da Mosca a Sidney ci si appresta a vivere il fantasmagorico e sfavillante scenario provocato dall’effetto di luci e bagliori che colorano il cielo. Non dovrebbe meravigliare che l’effetto di queste esibizioni innescate dall’accensione della polvere da sparo produca un inquinamento ambientale che persiste per giorni e che si propaga fino a raggiungere le città più vicine e i corsi d’acqua contribuendo alla contaminazione delle risorse idriche. Da studi effettuati si è rilevato un aumento del 42% del particolato in zone in cui sono stati esplosi i fuochi d’artificio. Oltre che disorientare gli animali che spesso fuggono terrorizzati dai luoghi in cui dimorano vagando nel buio e spesso schiantandosi contro gli ostacoli che si frappongono alla loro corsa i fuochi pirotecnici producono polvere, fumo e un aumento dei PM10. I fuochi d’artificio possono inoltre contenere alcuni metalli come piombo e rame dannosi non solo per l’ambiente ma anche per l’uomo. A seconda dei colori prodotti dai fuochi d’artificio può essere presente il bario, utilizzato per conferire una colorazione verde, che può portare all’irritazione temporanea delle vie respiratorie, il rame che dà una tipica colorazione blu ma che costituisce un catalizzatore per la sintesi della diossina. Altri metalli contenuti nei fuochi d’artificio sono il titanio responsabile del bianco abbagliante che tinge il firmamento che può provocare danni alla salute, lo stronzio che aumenta lo stress ossidativo e il piombo che può portare a danni al sistema nervoso. I fuochi pirotecnici inoltre possono contenere il pirodal che è un tipo di esplosivo ad alto potenziale ed effetto detonante contenente il perclorato di potassio. I perclorati sono potenzialmente dannosi per la salute in quanto possono disturbare la normale funzione della ghiandola tiroidea, che svolge un ruolo importante nel metabolismo, nella produzione e nella conservazione di ormoni che aiutano a regolare la frequenza cardiaca, la pressione sanguigna, la temperatura corporea e la velocità con cui il cibo viene convertito in energia. Quanti la notte di Capodanno rivolgeranno il naso all’insù per ammirare i fuochi pirotecnici dovrebbero ricordare dei danni che essi provocano. Che non sia più salutare il botto di una bottiglia di spumante per accogliere il nuovo...

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Cloruro di argento
Dic10

Cloruro di argento

Il cloruro di argento si rinviene in natura nel minerale clorargirite che può presentarsi in diverse colorazioni tra cui giallo, viola, verdastro, grigio o marrone chiaro. Allo stato solido il cloruro di argento cristallizza secondo un reticolo cubico a facce centrate analogo al cristallo di cloruro di sodio. Il cloruro di argento è un composto di colore bianco avente formula AgCl caratterizzato dalla sua scarsa solubilità in acqua. Dal valore del prodotto di solubilità che è pari a 1.77 ∙ 10-10 si ha infatti che la solubilità molare vale √ 1.77 ∙ 10-10 = 1.33 ∙ 10-5 M quindi in un litro di acqua infatti si solubilizzano 1.33 ∙ 10-5 mol/L ∙ 1 L ∙ 143.32 g/mol =0.00191 g di AgCl. A causa della sua scarsa solubilità in acqua il cloruro di argento può essere ottenuto per precipitazione da soluzioni di nitrato di argento e cloruro di sodio secondo la reazione: AgNO3(aq) + NaCl(aq) → AgCl(s) + NaNO3(aq) La scarsa solubilità del cloruro di argento viene sfruttata per determinare se in una soluzione sono presenti ioni cloruro aggiungendo un sale solubile di argento. Grazie alla capacità dell’argento di formare complessi, sebbene il cloruro di argento sia scarsamente solubile in acqua, può solubilizzarsi, ad esempio, in soluzioni di ammoniaca con la quale forma il complesso diamminoargento secondo la reazione: AgCl(s) + 2 NH3(aq) → [Ag(NH3)2]–(aq) + Cl–(aq) Il cloruro di argento è una sostanza fotosensibile infatti se esposto alla luce solare si decompone secondo la reazione: 2 AgCl(s) → 2 Ag(s) + Cl2(g) Il cloruro di argento viene utilizzato nelle lenti fotocromatiche che si scuriscono, secondo una reazione reversibile, quando vengono esposte alla luce solare ritornando allo stato trasparente quando la luce scompare. La variazione del colore in funzione della luce è dovuta a reazioni di ossidoriduzione. Infatti al vetro della lente costituito da silicati che è  di norma trasparente vengono aggiunti durante la lavorazione, quando il vetro è allo stato fuso, cloruro di argento e cloruro di rame (I). Una caratteristica del cloruro di argento è quella di essere suscettibile all’ossidazione e alla riduzione in presenza di luce secondo le due semireazioni: semireazione di ossidazione: Cl– → Cl + e– semireazione di riduzione: Ag+ + e– → Ag in cui lo ione cloruro viene ossidato per dare cloro in forma atomica e un elettrone che viene trasferito allo ione argento che si riduce diventando argento metallico. Questi atomi si raggruppano tra loro bloccando la trasmissione della luce e rendono la lente scura. La presenza del cloruro di rame (I) garantisce la reversibilità del processo infatti allontanando le lenti dalla luce l’atomo di cloro reagisce con lo ione rame (I)...

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Reazione camaleonte
Dic08

Reazione camaleonte

Una reazione chimica è una trasformazione della materia in cui si rompono i legami presenti nei reagenti e si formano nuovi legami nei prodotti di reazione. Per molte reazioni non si notano manifestazioni visibili mentre per altre si possono verificare fenomeni ad esse associati quali, ad esempio, precipitazione, formazione di gas, variazione di temperatura e variazione di colore. Questo tipo di reazioni sono spesso spettacolari e costituiscono motivo di stupore per i profani. Tra le tante reazioni che destano meraviglia vi è la reazione camaleonte ovvero una reazione in cui avvengono più variazioni di colore. Questa reazione è una reazione di ossidoriduzione in cui le variazioni di colore sono dovute ai vari colori che assume il manganese al variare del suo numero di ossidazione. Per realizzare questa reazione occorre preparare due soluzioni: soluzione A: solubilizzare circa 2 mg di KMnO4 in 50 mL di acqua distillata. Non eccedere nella quantità di permanganato di potassio in quanto impartirebbe una colorazione troppo scura alla soluzione soluzione B: solubilizzare circa 6 g di saccarosio e 10 g di idrossido di sodio in 750 mL di acqua distillata agitando con un’ancoretta magnetica. Quando le due soluzioni vengono mescolate il permanganato di potassio si riduce mentre il saccarosio si ossida. Questo processo avviene in due stadi: nel primo stadio il permanganato di colore viola in cui il manganese ha numero di ossidazione +7 viene ridotto a ione manganato in cui il manganese ha numero di ossidazione +6 che è di colore verde secondo la semireazione di riduzione: MnO4– + 1 e– → MnO42- Quando inizia la reazione sono presenti sia lo ione permanganato che lo ione manganato e la soluzione appare blu. Quando tutto il permanganato si è ridotto a manganato la soluzione diventa verde. Successivamente la soluzione verde il manganato viene ulteriormente ridotto, in ambiente basico a biossido di manganese in cui il manganese ha numero di ossidazione + 4 MnO42- + 2 H2O + 2 e– → MnO2 + 4 OH– Mano a mano che si forma il biossido di manganese la soluzione appare gialla ed infine marrone. Un bell’esempio di reazione chimica in cui viene utilizzato il manganese che è un metallo di transizione che uno che presenta più numeri di ossidazione e ciascuna specie è caratterizzata da un diverso...

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Catalizzatori bimetallici
Nov29

Catalizzatori bimetallici

I costi di un processo industriale dipendono, tra l’altro, dalla velocità delle reazioni coinvolte: abitualmente un aumento della temperatura provoca un aumento della velocità della reazione stessa ma, in molti casi, ci si avvale di catalizzatori che, abbassando l’energia di attivazione, accelerano il processo. I catalizzatori che vengono utilizzati sono di tipo poroso al fine di aumentare la superficie di contatto e la reazione procede sulla superficie del catalizzatore: le molecole reagenti diffondono infatti attraverso i pori del catalizzatore. Nei catalizzatori bimetallici  la presenza di un secondo metallo porta a cambiamenti nella struttura atomica ed elettronica delle nanoparticelle offrendo numerosi vantaggi rispetto ai catalizzatori monometallici in relazione a: effetti geometrici in quanto i siti attivi sono alterati a causa di modificazioni geometriche effetti elettronici in quanti i siti attivi sono modificati dal trasferimento di elettroni tra i metalli effetti di stabilizzazione effetti sinergici effetti bifunzionali in quanto ogni metallo può offrire una funzione diversa nel meccanismo della reazione costituzione della superficie Negli ultimi decenni sono state fatte ricerche sulla relazione esistente tra configurazione elettronica dei metalli utilizzati quali catalizzatori e la loro attività catalitica da cui si è riscontrato che un catalizzatore bimetallico costituisce un valido supporto nella catalisi eterogenea. Inizialmente furono compiute ricerche su catalizzatori costituiti rispettivamente da nichel– cromo, rutenio– rame, osmio– rame, platino– iridio e platino-rutenio nelle reazioni di idrogenazione, deidrogenazione e nei processi di isomerizzazione. Nell’ultimo decennio si sono studiate le attività catalitiche di catalizzatori bimetallici costituiti dagli elementi del Gruppo VIII i cui capostipiti sono ferro, cobalto e nichel con gli elementi del Gruppo IB costituiti da rame, argento e oro. Da queste ricerche sono stati ottenuti i catalizzatori bimetallici che vengono utilizzati in molte reazioni tra cui la riduzione dell’ossigeno nelle celle a combustibile. In particolare sono stati studiati gli effetti dei catalizzatori bimetallici nella produzione di biocarburanti da biomasse in cui si è dimostrato che essi presentano, rispetto ai catalizzatori tradizionali, una maggiore attività e un’alta selettività nella trasformazione delle biomasse. E’ inoltre stato studiato il ruolo dei catalizzatori bimetallici nella produzione dell’idrogeno e si è trovato che la selettività varia notevolmente a seconda delle diverse combinazioni di questo tipo di catalizzatori. I catalizzatori rutenio-rame usati nell’idrogenolisi del glicerolo mostrano infatti una diversa selettività e una diversa resa controllate dal differente rapporto dei due metalli. Ulteriori studi effettuati su nanoparticelle hanno evidenziato che le loro proprietà sia chimiche che fisiche sono influenzate da entrambi i metalli e, l’aggiunta di un altro metallo, produce proprietà completamente diverse. I catalizzatori bimetallici possono presentarsi con diverse strutture; ad esempio se è presente un metallo particolarmente costoso esso viene assemblato in particolari posizioni sulla superficie dell’altro...

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