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Lezioni 15,16,17,18. I due elettroni di un legame chimico covalente polare A--:--B vengono attribuiti allatomo più elettronegativo Se i due atomi sono.

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1 Lezioni 15,16,17,18

2 I due elettroni di un legame chimico covalente polare A--:--B vengono attribuiti allatomo più elettronegativo Se i due atomi sono identici o se hanno lo stesso nox i due elettroni di legame NON vanno attribuiti a nessun atomo. Esempio, sostanze allo stato elementare (H 2, O 2, Na, Cu, S etc), metalli Numero di ossidazione : varie regole semplici

3 Numero di ossidazione 2) Il nox di uno ione è pari alla sua carica Ca 2+ (nox +2) Al 3+ (nox +3) S 2- (nox -2)

4 Numero di ossidazione 3) L'idrogeno presenta sempre nox +1 tranne che negli idruri, composti in cui si lega direttamente con i metalli alcalini e alcalino-terrosi che risultano essere gli unici elementi più elettropositivi dell'idrogeno. In tali composti l'idrogeno ha dunque nox -1. esempi : idruro di sodio NaH, idruro di calcio CaH 2

5 Numero di ossidazione 4) L'ossigeno ha sempre nox -2 tranne che nei perossidi dove presenta nox -1. I perossidi sono composti dove l'ossigeno impegna uno dei suoi due elettroni per legarsi ad un altro atomo di ossigeno. Secondo quanto previsto dalla regola numero 1 in questo caso gli elettroni del legame tra atomi uguali non vanno attribuiti, mentre viene attribuito all'ossigeno l'altro elettrone utilizzato per legarsi ad altri elementi perossido di idrogeno o acqua ossigenata H 2 O 2 H-O-O-H perossido di sodio Na 2 O 2 Na-O-O-Na perossido di magnesio MgO 2

6 Numero di ossidazione 5) il fluoro, essendo l'elemento più elettronegativo della tabella periodica, ed avendo bisogno di un solo elettrone per raggiungere l'ottetto, ha sempre nox -1

7 Numero di ossidazione 7) In generale il nox più elevato di un elemento corrisponde al numero d'ordine del gruppo cui appartiene, sottraendo 10 se del caso. Così gli elementi del primo gruppo presentano nox +1, quelli del secondo +2, quelli del terzo +3 e così via fino agli elementi del diciassettesimo gruppo che presentano come nox più elevato +7. 8) sempre in generale, quando un elemento presenta più di un nox, il valore di quest'ultimo diminuisce di 2 unità alla volta. Così gli elementi del 17° gruppo oltre al nox +7 possono presentare nox +5, +3, +1, -1. gli elementi del 16° gruppo oltre al nox + 6 possono presentare nox +4, +2, -2.

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13 Numero di ossidazione 9) In una specie chimica neutra la somma dei nox di tutti gli atomi che la compongono deve sempre essere nulla. 10) In uno ione poliatomico la somma dei nox dei diversi atomi deve sempre essere pari alla carica totale dello ione.

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15 Come si ottengono i sali La formula chimica di un sale si può costruire attraverso numerose reazioni chimiche. Vediamo le principali. Metallo Ossido Idrossido Non metallo Anidride Acido

16 1) metallo + non metallo sale 2K + F 2 2KF(fluoruro di potassio) 2) ossido + anidride sale MgO + SO 3 MgSO 4 (solfato di magnesio) 3) idrossido + acido sale + acqua Ca(OH) 2 + H 2 CO 3 CaCO 3 + H 2 O(carbonato di calcio) 4) ossido + acido sale + acqua Na 2 O + H 2 SO 3 Na 2 SO 3 + H 2 O(solfito di sodio) 5) anidride + idrossido sale + acqua P 2 O 5 + 2KOH 2KPO 3 + H 2 O(metafosfato di potassio)

17 Dissociazione dei Sali Come abbiamo già detto la maggior parte dei sali sono elettroliti forti e in acqua si dissociano completamente negli ioni costituenti. Per scrivere correttamente la dissociazione di un sale è necessario riconoscere nella molecola gli anioni provenienti dall'acido e i cationi provenienti dalla base, con i rispettivi indici e cariche elettriche. A destra della freccia di reazione verranno perciò scritti il catione e l'anione, ciascuno con le rispettive cariche, preceduti da un coefficiente pari all'indice con cui compaiono nel sale. Ad esempio se vogliamo dissociare il carbonato di sodio Na 2 CO 3, scriveremo Na 2 CO 3 2Na + + CO 3 2-

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19 La legge di conservazione di massa La prima enunciazione di una legge chimica quantitativa rigorosamente dimostrata spetta a A. L. Lavoisier ( ). Egli osservò che i metalli, quando vengono riscaldati in presenza di aria, aumentano di peso mentre un uguale peso di aria viene assorbito; generalizzando i risultati di numerose esperienze, potè affermare che: la somma delle masse delle sostanze reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti che si formano in una reazione chimica.

20 La relazione che collega massa ed energia è rappresentata dalla cosiddetta equazione di Einstein : E = m · c 2 dove m è la variazione di massa E l'energia emessa o assorbita c la velocità della luce nel vuoto (2,998·10 8 metri al secondo).

21 Il concetto di mole 1 mol = 6,022·10 23 unità fondamentali 1 uma = 1/N A (grammi) = 1,66· grammi

22 C(s) + O 2 (g) CO 2 Nella reazione di 12 grammi carbonio con 32 grammi di ossigeno si sviluppano circa joule. Avremo quindi : m = E / c 2 = / (2,998 · 10 8 ) 2 = 4,4 · kg Il rapporto tra perdita di massa e sostanza messa a reagire è quindi pari a (4,4 · ) / (44·10 -3 ) =

23 Ricordando che i coefficienti stechiometrici di un'equazione chimica bilanciata rappresentano, in scala macroscopica, il numero di moli delle sostanze che reagiscono è allora possibile determinare i rapporti in peso, o rapporti ponderali, tra le specie chimiche. Ricordiamo che il numero di moli (n) di una sostanza chimica è pari al suo peso in grammi (g), diviso il suo peso molare (PM) n = g/PM

24 Bilanciamo ad esempio la seguente reazione (non-redox) per ispezione Fe 2 (CO 3 ) 3 + HNO 3 Fe(NO 3 ) 3 + H 2 CO 3 Iniziamo bilanciando il ferro : Poiché tra i reagenti vi è un solo atomo di azoto, poniamo un coefficiente "6" davanti all'acido nitrico Fe 2 (CO 3 ) 3 + 6HNO 3 2Fe(NO 3 ) 3 + H 2 CO 3 Ora sia il ferro che l'azoto sono bilanciati. Bilanciamo il carbonio. Vi sono 3 atomi di carbonio tra i reagenti e 1 tra i prodotti di reazione. Poniamo quindi un coefficiente "3" davanti all'acido carbonico Fe 2 (CO 3 ) HNO 3 2 Fe(NO 3 ) H 2 CO 3 Verifichiamo l'idrogeno. 6 atomi tra i reagenti, 6 atomi tra i prodotti di reazione. --> L'idrogeno è bilanciato. Verifichiamo l'ossigeno. 27 atomi tra i reagenti, 27 tra i prodotti di reazione. --> L'equazione è bilanciata! Ok!

25 Fe 2 (CO 3 ) HNO 3 2 Fe(NO 3 ) H 2 CO 3 possiamo calcolare quanti grammi di ciascun composto partecipano alla reazione chimica, moltiplicando il peso molare di ciascuno per il numero di moli con cui ciascuna sostanza compare nella reazione. Possiamo in definitiva affermare che 292 g di carbonato ferrico (1 mole x 292 g/mol) reagiscono con 378 g di acido nitrico (6 moli x 63 g/mol) per dare 484 g di nitrato ferrico (2 moli x 242 g/mol) e 186 g di acido carbonico (3 moli x 62 g/mol).

26 Reazioni redox : scambio di elettroni tra atomi

27 Sommando membro a membro le due semireazioni si ottiene infine la reazione bilanciata 2N e 4NH 3 6H 2 O 3O e 2N 2 + 6H 2 O 4NH 3 + 3O 2

28 Reazioni di disproporzione redox multiple

29 4FeS O 2 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 Bilanciabile che per ISPEZIONE

30 Combustione del butano gassoso con ossigeno stechiometrico a- scrittura corretta delle sostanza reagenti e dei prodotti (ricordarsi che lossigeno è un gas biatomico) C 4 H 10 + O 2 CO 2 + H 2 O b- bilanciamento del carbonio C 4 H 10 + O 2 4CO 2 + H 2 O c- bilanciamento dellidrogeno C 4 H 10 + O 2 4CO 2 + 5H 2 O c- bilanciamento retrospettivo dellossigeno tra i reagenti (13 atomi di O = 13/2 molecole) C 4 H ,5O 2 4CO 2 + 5H 2 O Si possono accettare nelle reazioni di combustione coefficienti frazionari per lossigeno

31 Combustione delleptano liquido con carenza di O 2 e formazione di CO a- scrittura corretta delle sostanza reagenti e dei prodotti C 7 H 16 + O 2 CO + H 2 O b- bilanciamento del carbonio C 7 H 16 + O 2 7CO + H 2 O c- bilanciamento dellidrogeno C 7 H 16 + O 2 7CO + 8H 2 O c- bilanciamento retrospettivo dellossigeno tra i reagenti (15 atomi di O = 15/2 molecole) C 7 H ,5O 2 7CO + 8H 2 O

32 Combustione del pentano liquido con grave carenza di O 2 e formazione di fuliggine (C solido) a- scrittura corretta delle sostanza reagenti e dei prodotti (ricordarsi che lossigeno è un gas biatomico) C 5 H 12 + O 2 C + H 2 O b- bilanciamento del carbonio C 5 H 12 + O 2 5C + H 2 O c- bilanciamento dellidrogeno C 5 H 12 + O 2 5C + 6H 2 O c- bilanciamento retrospettivo dellossigeno tra i reagenti (9 atomi di O = 9/2 molecole) C 5 H O 2 5C + 6H 2 O

33 K 2 Cr 2 O 7 + KI + HNO 3 KNO 3 + Cr(NO 3 ) 3 + I 2 + H 2 O Assegniamo i numeri di ossidazione ed individuiamo le specie chimiche i cui atomi abbiano subito variazioni di nox

34 Il Cromo e lo Iodio sono gli elementi che variano il nox durante la reazione. Bilanciamo con i consueti metodi la reazione redox, e otteniamo: K 2 Cr 2 O 7 + 6KI + 14HNO 3 8KNO 3 + 2Cr(NO 3 ) 3 + 3I 2 + 7H 2 O dissociamo, se possibile, le specie chimiche rimanenti K 2 Cr 2 O 7 2K + + Cr 2 O 7 2- KI K + + I - Cr(NO 3 ) 3 Cr NO 3 - KNO 3 K + + NO 3 - HNO 3 H + + NO 3 -

35 Cr 2 O K I H NO Cr I K H 2 O + 14 NO 3 - Lambiente è acido per presenza di HNO 3, per cui quando si effettuerà il bilancio di carica dovranno esistere ioni H +. La reazione scritta in forma ionica netta, eliminando gli ioni spettatori è quindi la seguente : Cr 2 O I H + 2 Cr I H 2 O

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