La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

1/24 STUDIO DELLE PROPRIETÀ PERIODICHE DI ALCUNI ELEMENTI CHIMICI (4 A ESPERIENZA)

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "1/24 STUDIO DELLE PROPRIETÀ PERIODICHE DI ALCUNI ELEMENTI CHIMICI (4 A ESPERIENZA)"— Transcript della presentazione:

1 1/24 STUDIO DELLE PROPRIETÀ PERIODICHE DI ALCUNI ELEMENTI CHIMICI (4 A ESPERIENZA)

2 2/24 OBIETTIVI Osservare semplici, ma importanti aspetti della chimica in soluzione acquosa di alcuni cationi metallici e di alcuni anioni inorganici; Cercare di razionalizzare le osservazioni fatte per verificare che il comportamento chimico dei vari elementi in esame può essere associato alla posizione degli elementi nella tabella periodica.(Quindi con le proprietà degli elementi che ne dipendono quali struttura elettronica, dimensioni, ecc….). Trovare riscontro di concetti introdotti nel corso di Chimica Generale (solubilità, proprietà acido-base……);

3 3/24 In pratica osserverete le reazioni tra una serie di cationi metallici e alcuni anioni e lammoniaca. CATIONI (provenienti dalla dissoluzione di nitrati): Ba 2+, Al 3+, Pb 2+, Fe 3+, Cu 2+, Co 2+, Zn 2+ e Ag + ANIONI (dalla dissoluzione di composti sodici o potassici): OH -, CO 3 2-, Cl -, Br -, I -,e NH 3

4 4/24 I cationi scelti metallici si possono classificare in diversi modi : Per Carica: monovalenti (Ag+) (Na + e K + ) bivalenti (Ba 2+, Co 2+, Cu 2+,Zn 2+,Pb 2+ ) trivalenti (Fe 3+, Al 3+ ). Per Blocco di appartenenza: blocco s (Ba 2+ ) (Na + e K + ) blocco p (Al 3+, Pb 2+ ) blocco d (Fe 3+, Co 2+, Cu 2+,Zn 2+, Ag + ) Per il risultato delle reazioni con un determinato anione: (lanalisi chimica qualitativa usava queste proprietà: cloruri, solfuri, idrossidi e carbonati)

5 5/24 S d p

6 6/24 Come potete osservare che è avvenuta una reazione tra il catione e lanione in esame ? Formazione di una seconda fase nella provetta (precipitato); Formazione di un complesso: cambio di colore, formazione e dissoluzione di un precipitato. Anche losservazione dellacidità delle soluzioni iniziali (cationi) può dare utili interessanti.

7 7/24 Formazione di Precipitati. Con precipitato si intende una fase solida cristallina o colloidale, non è necessario che questa si depositi al fondo della provetta. Nel caso di precipitati colloidali molto dispersi la soluzione può a prima vista sembrare trasparente. A seguito della formazione di un precipitato il contenuto della provetta può quindi apparire torbida, gelatinosa o avere un solido sul fondo.

8 8/24 Formazione di Complessi Metallici. Una specie chimica si dice un complesso quando è formata da entità costituenti che a loro volta sono specie chimiche distinte. Per esempio lo ione TETRAAMMINO RAME (II) è un complesso formato dallo ione Cu(II) e dalla ammoniaca: Cu NH 3 [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ Lo ione Cu 2+ e NH 3 esistono individualmente e sono in equilibrio con il complesso. Un altro esempio può essere lo ione diciano argentato(I) formato dallo ione Ag + e dallo ione cianuro (CN - ): Ag + + 2CN - [Ag(CN) 2 ] -

9 9/24 Nel nostro caso la formazione di un complesso si può notare se cambia il colore della soluzione, per i cationi dei metalli di transizione (Cr, Fe, Co, Ni e Cu), oppure se si osserva la formazione di un precipitato e la successiva scomparsa per ulteriore aggiunta di reagente ( vedi ammoniaca).

10 10/24 Reazioni acido-base. Alcuni dei reagenti sono basi deboli: carbonato e ammoniaca essi possono dare anche le stesse reazioni dello ione idrossido Alcuni dei cationi metallici sono acidi per poter osservare qualcosa può essere necessario che questa acidità sia consumata dal reagente basico.

11 11/24 Acidità dei cationi metallici. Gli ioni posti in acqua formano degli ioni solvati (acquati). Se le interazioni tra le molecole dacqua e lo ione sono forti si ha la formazione di un vero e proprio complesso. Per esempio lo ione Fe 3+ in acqua coordina sei molecole dacqua, si può correttamente indicare lo ione Fe 3+ (aq) come il complesso esa- acquoferro(III) : [Fe(OH 2 ) 6 ] 3+.

12 12/24 Le molecole di acqua del complesso (coordinate) hanno acidità diversa dalle molecole di acqua libere del solvente. Esse sono più acide a causa della forte interazione tra lo ione centrale e gli atomi di ossigeno. Questa interazione porta all indebolimento del legame O-H di queste molecole e alla maggiore acidità degli idrogeni di queste molecole dacqua. [M(OH 2 ) r ] n+ + H 2 O [M(OH 2 ) r-1 OH] (n-1)+ + H 3 O + Il complesso metallico quindi si comporta come un acido di Brönsted :

13 13/24 Perturbazioni. Impurezza dellidrossido di sodio: Lidrossido di sodio aperto allaria assorbe anidride carbonica e in soluzione si forma del carbonato: CO 2 + 2OH - CO H 2 O Potrete osservare in piccola scala le reazioni dello ione carbonato anche quando usate lo ione idrossido. Alcuni Idrossidi si disidratano e cambiano di colore: Es. Cu(OH) 2 (azzurro) disidrata e diventa CuO (nero)

14 14/24 Linterazione degli ioni ossidrile con i vari cationi metallici può portare alla formazione dei corrispondenti idrossidi (insolubili, colloidali) in base alla seguente reazione: M n+ + nOH - (aq) M(OH) n (s) Gli idrossidi che si formano possono avere ancora affinità per gli ioni idrossido dando un complesso (che molto spesso si disidrata) : M(OH) n (s) + + mOH - (aq) [M(OH) n+m ] m- Al(OH) 3(s) + OH - (aq) [Al(OH) 4 ] - AlO H 2 O Tetraidrosso- alluminato Alluminato Il comportamento dei cationi rispetto agli ioni OSSIDRILE (OH - )

15 15/24 Specie in grado di agire sia da basi che da acidi si dicono anfotere Al(OH) 3(s) + OH - (aq) [Al(OH) 4 ] - AlO 2 - (come base) Al(OH) 3(s) + 3 H + Al H 2 O come acido Per estensione si dice che il catione (metallo) ha caratteristiche anfotere Trovare i cationi anfoteri

16 16/24 Cationi bivalenti e argento: Rame(II), piombo(II), bario(II), nichel(II), zinco(II), ferro(II), stronzio(II), cobalto(II) (e lo ione argento(I)) Si osserva la formazione di carbonati secondo il seguente equilibrio: M 2+ (aq) + CO 3 2- MCO 3(s) oppure 2 Ag + + CO 3 2- Ag 2 CO 3(s) Il comportamento dei cationi rispetto agli ioni CARBONATO (CO 3 2- )

17 17/24 Cationi trivalenti: ferro(III), cromo(III) e alluminio(III) I cationi trivalenti sono più acidi dei cationi bivalenti, la loro reazione di idrolisi (qui sotto, vedi esempio del ferro(III)) diventa più importante: (a) M 3+ (aq) + 2 H 2 O [M(OH) 2 ] + + 2H + Gli ioni H + possono reagire con gli ioni carbonato: (b) 2 H + + CO 3 2- H 2 CO 3(s) CO 2(g) + H 2 O consumandolo in parte (spostando il seguente equilibrio a destra) Per questa ragione la reazione complessiva (a) + (b) M 3+ (aq) + CO 3 2- (aq) + H 2 O (l) [M(OH) 2 ] + (aq) + CO 2(g) Rende poco efficace la reazione di precipitazione : 2M 3+ (aq) + 3CO 3 2- (aq) M 2 (CO 3 ) 3 (s) la provetta diviene appena appena torbida.

18 18/24 Il comportamento dei cationi rispetto agli ALOGENURI (X - ) X= F, Cl, Br, I Gli alogenuri e i pseudoalogenuri formano generalmente sali molto solubili, fanno eccezione tra laltro il piombo(II) e largento(I) M 2+ (aq) + 2X - (aq) MX 2(s) e M + + X - MX (s) Essi formano anche complessi, spesso però non molto stabili (alcuni possono essere osservati)

19 19/24 Il comportamento dei cationi rispetto all AMMONIACA (NH3) Lammoniaca è una base debole NH 3(aq) + H 2 O NH OH - Si può osservare la precipitazione di idrossidi (vedi) Lammoniaca può dare complessi, per esempio con rame(II) Cu NH 3 [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ Si può osservare che la soluzione cambia colore, (metalli di transizione) oppure la dissoluzione dellidrossido che si è formato. Trovare i complessi

20 20/24 Procedimento sperimentale Fase preliminare. Preparazione delle soluzioni dei reattivi. Alloccorrenza gli studenti hanno il compito di preparare alcune delle soluzioni necessarie. (calcoli) Seconda fase. Reazione dei cationi con gli altri reagenti. (preliminarmente è interessante misurare il pH delle soluzioni cationiche) Per ognuno dei cationi in esame si preparano 8 provette riempite con ~3 cm 3 di soluzione. Poi viene aggiunto (~ 1 cm 3 goccia a goccia e agitando) ad ognuna delle 8 provette una differente soluzione contenente un anione. Per realizzare quindi tutte le combinazioni 6(cationi) x 8(anioni) sono necessarie 48 provette. Si osserva il decorso (eventuale) della reazione. Terza fase. Aggiunta di un eccesso di reagente.

21 21/24 Poco più di metà

22 22/

23 23/24 DOMANDE ?

24 24/24 Dati ed informazioni utili per spunti di riflessione Dati ed informazioni utili per spunti di riflessione.

25 25/24 Prodotti di solubilità specie poco solubili possibili precipitati Costanti acido - base SpecieFormulaEquilibrioNote ACIDIpKa Ione ammonioNH 4 + NH 4 + +H 2 O == NH 3 + H 3 O Acido coniugato ammoniaca Acido carbonico H 2 CO 3 H 2 CO 3 + H 2 O == HCO H 3 O Acido biprotico Ione bicarbonato HCO 3 - HCO H 2 O == CO H 3 O IDROSSIDIpPS Alluminio(III)Al(OH) 3 Al(OH) 3 == Al OH - 33AlO 2 - Ferro(III)Fe(OH) 3 Fe(OH) 3 == Fe OH - 37 CobaltoCo(OH) 2 Co(OH) 2 == Co OH RameCu(OH) 2 Cu(OH) 2 == Cu OH CuO (nero) ZincoZn(OH) 2 Zn(OH) 2 == Zn OH – 17.4ZnO 2 2- PiomboPb(OH) 2 Pb(OH) 2 == Pb OH – 16.8PbO 2 2- ArgentoAg(OH)Ag(OH) == Ag + + OH - 7.7Ag 2 O (nero) Giallo possibile comportamento anfotero per dare idrosso complessi e ossoanioni Arancione possibile disidratazione a ossido

26 26/24 SpecieFormulaEquilibrioNote CLORURIpPS BarioBaCl 2 BaCl 2 == Ba Cl - ~0.5 PiomboPbCl 2 PbCl 2 == Pb Cl ArgentoAgClAgCl == Ag + + Cl - 9.8Bianco BROMURIpPS PiomboPbBr 2 PbBr 2 == Pb Br ArgentoAgBrAgBr == Ag + + Br Grigio IODURIpPS PiomboPbI 2 PbI 2 == Pb I ArgentoAgIAgI == Ag + + I Giallo

27 27/24 SpecieFormulaEquilibrio CARBONATIpPS CobaltoCoCO 3 CoCO 3 == Co 2+ + CO RameCuCO 3 CuCO 3 == Cu 2+ + CO ZincoZnCO 3 ZnCO 3 == Zn 2+ + CO ArgentoAg 2 CO 3 Ag 2 CO 3 == 2 Ag + + CO PiomboPbCO 3 PbCO 3 == Pb 2+ + CO StronzioSrCO 3 SrCO 3 == Sr 2+ + CO BarioBaCO 3 BaCO 3 == Ba 2+ + CO ALCUNI COMPLESSI DELL AMMONIACApKd Cobalto[Co(NH 3 ) 4 ] 2+ [Co(NH 3 ) 4 ] 2+ == Co NH Rame[Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ == Cu NH Zinco[Zn(NH 3 ) 4 ] 2+ [Zn(NH 3 ) 4 ] 2+ == Zn NH Argento[Ag(NH 3 ) 2 ] + [Ag(NH 3 ) 2 ] 2+ == Ag NH 3 7.2

28 28/24 ZnCuNiCoFeMnCr V Ti Sc Colorazione di complessi di cationi del blocco blocco d Colorazione del Vanadio in diversi stati di ossidazione Cambia con lo stato di ossidazione (II)(III)(IV)(V) La colorazione dei composti dei metalli di transizione

29 29/24

30 30/24 Lunghezza donda in nanometri Visibile

31 31/24 Effetto dellassorbimento (o riflessione) da parte di un oggetto colorato

32 32/24 Assorbimento della radiazione elettromagnetica Solo radiazione con la corretta frequenza ( oppure lunghezza donda ) può eccitare una molecola, un atomo o uno ione. La radiazione viene quindi assorbita solo se il sistema molecolare ha dei livelli energetici separati opportunamente: E=h

33 33/24 I metalli di transizione (o gli ioni) hanno gli orbitali d parzialmente occupati

34 34/24 Teoria del campo cristallino La presenza di leganti, visti semplicemente come cariche puntiformi, (nell esempio il complesso ha geometria ottedrica) rimuove la degenerazione presente nei livelli energetici degli orbitali d. Le cariche negative respingono in maniera diversa i diversi orbitali.

35 35/24 Complesso ottaedrico I cinque orbitali d sono perturbati in modo differente dai leganti le loro energie cambiano in modo differente: egeg t 2g

36 36/24 La promozione di un elettrone da un orbitale t 2g ad un orbitale e g richiede normalmente un radiazione che cade nel visibile.

37 37/24 Coordinazione Tetraedrica egeg t 2g

38 38/24

39 39/24 Confronto tra le due geometrie di coordinazione


Scaricare ppt "1/24 STUDIO DELLE PROPRIETÀ PERIODICHE DI ALCUNI ELEMENTI CHIMICI (4 A ESPERIENZA)"

Presentazioni simili


Annunci Google