Google+
ad uso ed abuso degli studenti...

Cianuro di sodio
Nov13

Cianuro di sodio

Il cianuro di sodio è un composto inorganico igroscopico di colore bianco e dal leggero odore di mandorle quando è umido. Ha formula NaCN ed è un solido ionico che si dissocia in acqua in ioni Na+ e ioni cianuro CN– in cui il carbonio ibridato sp è legato all’azoto tramite un triplo legame. In acqua dà luogo a un’idrolisi basica infatti il cianuro di sodio deriva dall’acido debole HCN che ha una costante acida dell’ordine di 10-10 pertanto la costante basica relativa all’idrolisi dello ione cianuro è dell’ordine di 10-4. Ha una  struttura cristallina simile a quella del cloruro di sodio la cui solubilità in acqua è influenzata dalla temperatura: a 10°C ha una solubilità di 48 g/100 mL mentre a 34.7 °C ha una solubilità di 82 g/100 mL. Il cianuro di sodio può essere ottenuto secondo diverse reazioni: Secondo il processo Castner-Kellner dalla reazione condotta a 600°C tra sodioammide e carbonio: NaNH2 + C → HCN + H2 Dalla reazione tra calciocianammide e carbonato di sodio: CaCN2 + Na2CO3 →2 HCN + CaCO3 Dalla reazione tra cianuro di idrogeno e idrossido di sodio: HCN + NaOH → NaCN + H2O Reazioni Il cianuro di sodio reagisce con i chetoni per dare cianidrine: Il cianuro di sodio reagisce con gli alogenuri alchilici primari per dare nitrili Il cianuro di sodio in presenza di agenti ossidanti dà luogo alla formazione di cianati: NaCN + 2 KMnO4 + 2 KOH → 2 K2MnO4 + NaCNO + H2O NaCN + H2O2 → NaCNO + H2O NaCN + O3 + H2O → NaCNO + O2 Il cianuro di sodio reagisce con acido solforico per dare solfato acido di sodio e il temibilissimo cianuro di idrogeno: NaCN + H2SO4 → NaHSO4 + HCN Il cianuro di idrogeno infatti è tristemente noto con il nome di Zyklon B è un pesticida utilizzato come agente tossico nelle camere a gas di alcuni campi di concentramento e sterminio nazisti. La tossicità dello ione cianuro è dovuta al fatto che esso può dare luogo alla formazione di composti di coordinazione con molti ioni metallici tra cui oro, argento, rame e ferro. Lo ione cianuro si complessa lo ione ferro presente nel sito attivo dell’enzima citocromo-c ossidasi interrompendo la catena di trasporto degli elettroni con conseguente blocco dell’attività enzimatica che porta alla cessazione della respirazione cellulare e alla morte della cellula. Il cianuro di sodio viene usato per l’estrazione mineraria di oro e argento tramite un processo detto processo al cianuro: il minerale finemente suddiviso viene trattato con il cianuro di sodio con ottenimento di un composto di coordinazione solubile. La reazione per estrarre l’oro è la...

Leggi tutto
Catalizzatori per trasferimento di fase
Nov12

Catalizzatori per trasferimento di fase

Si consideri un sistema eterogeneo del tipo liquido-liquido; esso è costituito da due fasi immiscibili tra loro e generalmente una fase acquosa e una fase organica Un catalizzatore per trasferimento di fase (PTC) facilita la migrazione di un reagente da una fase all’altra dove la reazione ha luogo ed è generalmente usato per le reazioni tra anioni o cationi e sostanze organiche. Poiché molti anioni (cationi) sono solubili in acqua ma non in solventi organici e reattivi di tipo organico non sono solubili in acqua un catalizzatore per trasferimento di fase agisce da navetta tra il solvente organico e l’acqua legandosi all’anione (catione) e trasportandolo nel solvente organico in modo che possa reagire con il reagente contenuto nel solvente organico per formare il prodotto di reazione tramite un meccanismo detto di estrazione. I catalizzatori per trasferimento di fase usati per il trasferimento di anioni sono in genere sali di ammonio quaternari mentre quelli usati per il trasferimento di cationi sono gli eteri corona. Un esempio è costituito dalla reazione tra 1-cloroottano e il cianuro di sodio. La soluzione di cianuro di sodio e immiscibile con la soluzione di 1-cloroottano e la reazione di sostituzione non avviene neanche sotto agitazione, riscaldamento e lasciando agire per un tempo piuttosto lungo. Aggiungendo un sale di ammonio quaternario come il cloruro di tetraesilammonio la reazione ha luogo nel giro di 2-3 ore con una resa prossima al 100% e con formazione del prodotto di reazione ovvero l’ottanonitrile: CH3(CH2)6CH2Cl + NaCN → CH3(CH2)6CH2CN + NaCl In questo processo il sale di ammonio quaternario trasferisce lo ione cianuro dalla fase acquosa alla fase organica e, a seguito della reazione, trasferisce lo ione cloruro dalla fase organica a quella acquosa. Per comprendere il meccanismo della reazione proposto nel 1971 da Starks ci si riferisce a un sale di ammonio quaternario denominato quat che viene simboleggiato come Q+X– dove X– è in genere lo ione alogenuro che si solubilizza nella fase acquosa dove è presente il reagente M+Y–. Nella fase organica è presente R-Y. La coppia ionica Q+X– può attraversare l’interfaccia liquido-liquido diffondendosi nella fase organica dove avviene la reazione tra R e X– con formazione di R-X che costituisce il prodotto di reazione. Q+ e Y– attraversano l’interfaccia liquido-liquido dalla fase organica a quella acquosa combinandosi con M+X– con formazione di Q+X– e M+Y– e così il ciclo può continuare. I fattori che influenzano la reazione sono: Superficie interfacciale Natura dell’anione Dimensioni del catione del sale di ammonio Temperatura Agitazione Tipo di solvente organico I catalizzatori per trasferimento di fase consentono l’uso di materie prime economiche e disponibili come il carbonato di potassio e l’idrossido di...

Leggi tutto
Gruppo 16
Ott30

Gruppo 16

Il gruppo 16 o gruppo dell’ossigeno detto anche gruppo dei calcogeni è costituito da ossigeno, zolfo, selenio, tellurio, polonio e livermorio che è un elemento artificiale radioattivo. Gli elementi del gruppo appartengono al blocco p e hanno una configurazione elettronica che termina in ns2,np4. I calcogeni sono il primo gruppo del blocco p che non presenta elementi metallici stabili infatti il polonio che è l’unico metallo del gruppo presenta isotopi radioattivi. Contrariamente all’ossigeno, selenio, tellurio e polonio lo zolfo era conosciuto fin dall’antichità e viene citato nel libro della Genesi, Omero menziona lo zolfo, usato come agente purificatore dopo la strage dei Proci e Plinio il Giovane riferisce che lo zolfo era un “singolare tipo di terra” con grande potere su altre sostanze, ricco di “virtù medicinali”. L’ossigeno fu scoperto solo nel 1771 dal chimico svedese Karl Wilhelm Scheele che solo nel 1777 lo riconobbe come un componente dell’aria. Il selenio fu scoperto nel 1816 dal chimico svedese Jöns Jakob Berzelius nei fanghi accumulati nel fondo delle camere dove si produceva acido solforico. Il tellurio fu scoperto dal mineralogista austriaco  Franz-Joseph Müller Freiherr von Reichenstein in una roccia aurifera mentre il polonio fu scoperto nel 1902 dai coniugi Pierre e Marie Curie. I numeri di ossidazione più comuni dei calcogeni sono -2, +2, +4, +6. Gli elementi di questo gruppo seguono il trend previsto dalle proprietà periodiche: il raggio atomico aumenta dall’alto verso il basso come il carattere metallico mentre l’energia di ionizzazione diminuisce dall’alto verso il basso. Le proprietà degli elementi tuttavia varia notevolmente: l’ossigeno e lo zolfo sono non metalli, il selenio e il tellurio sono semimetalli e il polonio è un metallo. Gli elementi del gruppo, ad eccezione del polonio si possono trovare in diverse forme allotropiche: l’ossigeno ha come forma allotropica l’ozono O3, lo zolfo allo stato gassoso si presenta sia come S2 che come S3 mentre allo stato cristallino in cui è presente come S8 si presenta come zolfo rombico, zolfo monoclino e zolfo γ. Il selenio si presenta nella sua forma termodinamicamente più stabile nota come selenio grigio, ma anche nelle forme α e β di colore rosso con struttura cristallina monoclina e il tellurio ha due forme allotropiche di cui una amorfa nera e l’altra cristallina. L’ossigeno è tra gli elementi più abbondanti in natura e viene ottenuto a livello industriale per distillazione frazionata dell’aria liquida mentre in laboratorio può essere ottenuto per elettrolisi dell’acqua, per decomposizione di perossidi e superossidi di metalli alcalini o metalli alcalino-terrosi o per decomposizione termica di alcuni sali inorganici come il clorato di potassio in presenza di una quantità catalitica di MnO2 secondo la reazione 2 KClO3(s) →...

Leggi tutto
Legame a idrogeno
Ott29

Legame a idrogeno

Il legame a idrogeno è un legame intermolecolare che ha luogo quando in una molecola è presente un atomo di idrogeno legato a un elemento elettronegativo e di piccole dimensioni come F, O e N. Il legame a idrogeno è il più forte dei cosiddetti legami secondari ed è responsabile dei punti di ebollizione delle molecole in cui esso si verifica. Quando l’idrogeno è legato a un atomo come l’ossigeno l’elevata differenza di elettronegatività tra i due elementi fa sì che gli elettroni di legame siano attratti dall’elemento più elettronegativo. Ciò comporta che il tipo di legame sia polare ovvero il baricentro delle cariche positive non coincide con il baricentro delle cariche negative. L’idrogeno ha quindi una parziale carica positiva δ+ e l’elemento più elettronegativo una parziale carica negativa δ–. Quando queste molecole polari si avvicinano tra loro l’idrogeno sarà attratto dall’elemento più elettronegativo dell’altra molecola con conseguente formazione di un legame cosiddetto a ponte di idrogeno. Questo tipo di legame è un particolare tipo di interazione dipolo-dipolo e può avvenire in molecole come HF, H2O e NH3. L’evidenza della formazione di questo legame è data dalle temperature di ebollizione del fluoruro di idrogeno, acqua e ammoniaca. Uno dei fattori che influenza la temperatura di ebollizione di un composto è la massa molecolare. Se si considerano infatti le temperature di ebollizione dei composti formati da un elemento del Gruppo 14 e dall’idrogeno si verifica che, all’aumentare della massa molare del composto aumenta la temperatura di ebollizione e quindi CH4 ha la temperatura di ebollizione minore e SnH4 ha la temperatura di ebollizione maggiore. Questo trend non si verifica invece per HF rispetto ai composti costituiti da idrogeno e gli altri alogeni: infatti HF, nonostante sia il composto con la minor massa molare, ha la temperatura di ebollizione maggiore. Analogo andamento di verifica per i composti costituiti dagli elementi del Gruppo 15 e del Gruppo 16 con l’idrogeno Per il fluoruro di idrogeno, l’acqua e l’ammoniaca è quindi evidente che esiste una forza intermolecolare attrattiva che è necessario vincere prima che la sostanza bolla con un’elevata quantità di energia termica. Il legame a idrogeno si manifesta anche in alcuni composti organici ovvero negli alcoli e nelle ammine primarie e secondarie. Un alcol infatti è caratterizzato dal gruppo funzionale –OH in cui si l’idrogeno assume quindi una parziale carica positiva δ+ e l’ossigeno una parziale carica negativa δ– mentre nelle ammine primarie e secondarie è presente il gruppo –NH2 e –NH- rispettivamente e l’idrogeno assume quindi una parziale carica positiva δ+ e l’azoto una parziale carica negativa δ–. Le temperature di ebollizione degli alcoli sono infatti maggiori rispetto a quelle degli...

Leggi tutto
Monossido di carbonio
Ott22

Monossido di carbonio

Il monossido di carbonio è un gas inodore, incolore, insapore, non irritante e tossico che si forma per combustione incompleta del carbonio secondo la reazione: 2 C(s) + O2(g)→ 2 CO(g) Viene prodotto in genere nelle reazioni di combustione di legna, carbone, benzina, gasolio e altri combustibili quando la combustione avviene in carenza di ossigeno. Il monossido di carbonio è presente nell’aria ed è prodotto naturalmente da attività vulcaniche, decomposizione della vegetazione e incendi; tuttavia la gran parte è dovuto agli autoveicoli alimentati a benzina e a gasolio. Elevate concentrazioni di monossido di carbonio si rinvengono in garage sotterranei o isolati dall’ambiente esterno in cui gli autoveicoli sostano con motore acceso o in ambienti dove avvengono processi biologici come, ad esempio, vasche di depurazione e cantine di vinificazione. Nelle mura domestiche sono a rischio scaldabagni a fiamma libera, caldaie a gas, canne fumarie con scarso tiraggio e impianti difettosi, mal funzionanti o non installati correttamente. La molecola è costituita da un atomo di carbonio e uno di ossigeno; la struttura di risonanza prevalente prevede che essi sono legati tra loro tramite un triplo legame in cui il carbonio ha una parziale carica negativa e l’ossigeno una parziale carica positiva. In laboratorio il monossido di carbonio può essere ottenuto per disidratazione dell’acido metanoico in presenza di acido solforico a calda secondo la reazione: HCOOH → CO + H2O A livello industriale può essere ottenuto dalla combustione incompleta di un idrocarburo come, ad esempio: 2 CH4 +3 O2 → 2 CO + 4 H2O Reazioni: Il monossido di carbonio è un gas combustibile e può reagire in presenza di ossigeno per dare il biossido di carbonio secondo la reazione esotermica: 2 CO + O2 →2 CO2 Il monossido di carbonio può reagire in presenza di cloro su un letto di carbonio attivo che funge da catalizzatore per dare il fosgene: CO + Cl2 → ClCOCl Il monossido di carbonio reagisce a 200°C e alla pressione di 6 atm con l’idrossido di sodio per dare il formiato di sodio secondo la reazione: CO + NaOH → HCOONa Il monossido di carbonio è un ottimo riducente e, in particolare, reagisce con gli ossidi metallici per formare i rispettivi metalli e biossido di carbonio: CuO + CO → Cu + CO2 PbO + CO → Pb + CO2 Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2 Il monossido di carbonio è un materiale di partenza per la sintesi di molti composti organici. Ad esempio dalla reazione di idrogenazione del monossido di carbonio in presenza di catalizzatore costituito da Cu-ZnO-Al2O3 si ottiene il metanolo: CO + 2 H2 → CH3OH Il monossido di...

Leggi tutto
Borofene
Ott16

Borofene

Il grafene, costituito da un singolo strato di grafite, è stato il primo materiale con struttura bidimensionale è stato considerato fin dalla sua scoperta avvenuta nel 2004 uno dei materiali più promettenti per la sua grande versatilità in molte e svariate applicazioni tecnologiche in quanto mostra resistenza e rigidità superiore a quella dell’acciaio e una capacità di conduzione elettronica a temperatura ambiente più veloce di qualsiasi altra sostanza. Il monostrato atomico di grafene può essere considerato come la struttura di base di altre forme allotropiche del carbonio. Si sono quindi sviluppati studi su altri materiali bidimensionali onde valutarne le potenzialità un team di ricercatori è riuscito ad ottenere una struttura bidimensionale di boro a cui è stato dato il nome di borofene. Mentre il boro nella sua forma tridimensionale è un non metallo che viene usato quale dopante di tipo p nei semiconduttori quando ha una struttura bidimensionale mostra proprietà metalliche. Analogamente al carbonio che presenta diverse forme allotropiche che vanno dalla grafite al diamante, il boro che si trova nello stesso Periodo del carbonio ed è ad esso adiacente presenta anch’esso forme allotropiche. La similitudine tra i due elementi, tuttavia, non va oltre: infatti mentre il grafene non è altro che un singolo strato di grafite da cui può essere ottenuto per esfoliazione meccanica, il borofene viene ottenuto vaporizzando il boro tramite un fascio elettronico e poi facendolo condensare su una pellicola sottile di argento utilizzando la tecnica della deposizione fisica da vapore (PVD) Il materiale ottenuto non ha una superficie liscia e uniforme come avviene per il grafene ma ha una struttura simile a un cartone ondulato che dipende dal modo in cui gli atomi di boro sono legati tra loro. La presenza di queste creste provoca il fenomeno dell’anisotropia pertanto le proprietà meccaniche e elettroniche come la conduttività elettrica sono dipendenti dalla direzione e quindi, ad esempio, gli elettroni possono muoversi in una direzione più facilmente che in un’altra. Inoltre da calcoli teorici i ricercatori hanno ipotizzato che il borofene potrebbe presentare una resistenza alla trazione maggiore di qualunque materiale ad oggi conosciuto. Il borofene tuttavia si ossida in poco tempo ma questa caratteristica potrebbe rivelarsi vantaggiosa in quanto la reattività del borofene potrebbe essere sfruttata per modificarlo con altri gruppi chimici o inserito tra altri materiali al fine di variarne le proprietà. Il borofene avrebbe densità elettronica maggiore rispetto al grafene e quindi se opportunamente raffreddato potrebbe agire la superconduttore. Il borofene inoltre costituisce il battistrada per studi sul comportamento dell’alluminio che appartiene allo stesso Gruppo della Tavola Periodica: secondo studi teorici anche l’alluminio potrebbe formare strutture di alluminene bidimensionali che avrebbe proprietà da oscurare quelle...

Leggi tutto