Laboratorio di Chimica Testi Consigliati M. Consiglio, V. Frenna, S. Orecchio Elementi di Chimica Analitica, D. C. Harris, Ed. Zanichelli HOME PAGE http://dipcia.unica.it/personale/ricercatori/aragoni/aragoni.htm ATTIVITÀ DIDATTICA. È docente incaricato per il Corso di Laboratorio di Chimica (Corso B) per il primo anno dei Corsi di Laurea in Scienze Biologiche. È docente incaricato del corso di Prevenzione e Sicurezza nei Laboratori Chimici e Chimica Supramolecolare del Corso di Studi in Chimica. ftp://dipcia.unica.it/pub/didattica/CdL_SB/Lab_Chim_I_anno/

Laboratorio di Chimica Calendario Lezioni Tutoraggio: Martedì pomeriggio dalle 15:00 alle 17:00

Nomenclatura Ossidi Sono composti formati dall’unione di un elemento qualsiasi con l’ossigeno Negli ossidi l’ossigeno ha stato di ossidazione –2 OSSIDI BASICI metallo + ossigeno per reazione con H2O danno: IDROSSIDI o BASI  OSSIDI ACIDI o ANIDRIDI non metallo + ossigeno per reazione con H2O danno: ACIDI OSSIGENATI o OSSOACIDI  OSSIDI ANFOTERI mostrano comportamento acido o basico a seconda dell’ambiente di reazione

Nomenclatura Ossidi Na2 O1 Na2 O1 Na2O Ba2 O2 Ba2 O1 BaO La formula molecolare si ottiene scrivendo prima il metallo e poi l’ossigeno e assegnando successivamente a ciascuno dei due elementi come “indice” il numero di ossidazione dell’altro. Se possibile, semplificare dividendo per il M.C.D. (massimo comun divisore). Ossido di sodio Na O stox +1 stox -2 Na2 O1 Na2 O1 Na2O Ossido di bario Ba O stox +2 stox -2 Ba2 O2 Ba2 O1 BaO

Nomenclatura Ossidi Ossido di (nome del metallo) Li2O Ossido di litio CaO Ossido di calcio IUPAC Uso di prefissi che indichino il numero relativo degli atomi mono = 1 ; di = 2 ; tri = 3 ; tetra = 4 ; penta = 5 ; esa = 6 Vecchia Nomenclatura Nomenclatura di Stock  Stox del metallo tra parentesi tonde Stox basso suffisso -oso FeO Ossido ferroso Ossido di ferro (II) Hg2O Ossido mercuroso Ossido di mercurio (I) Stox alto suffisso -ico Fe2O3 Ossido ferrico Ossido di ferro (III) HgO Ossido mercurico Ossido di mercurio (II) HgO

Nomenclatura Esempi - Ossidi metallo stox formula nomenclatura tradizionale Stock IUPAC Li +1 Li2O Ossido di litio Ossido di litio Ossido di litio Mg +2 MgO Ossido di magnesio Ossido di magnesio Ossido di magnesio Cu +1 +2 Cu2O Ossido rameoso Ossido di rame (I) Ossido di dirame CuO Ossido rameico Ossido di rame (II) Ossido di rame Cr +2 +3 CrO Ossido cromoso Ossido di cromo (II) Ossido di cromo Cr2O3 Ossido cromico Ossido di cromo (III) Triossido di dicromo Ni +2 NiO Ossido di nichel Ossido di nichel Ossido di nichel

Nomenclatura Anidridi Nel'attuale nomenclatura ufficiale le anidridi vengono classificate come ossidi che vengono definiti come tali indicandone la composizione Esempio: CO2 = diossido di carbonio e non anidride carbonica Il termine anidride è comunque tuttora usato nella nomenclatura comune.

Nomenclatura Anidridi Cl2O Anidride ipoclorosa Cl2O3 Anidride clorosa Anidride (aggettivo derivante dal nome del non-metallo) Stox basso suffisso –osa Stox alto suffisso -ica Nel caso di non-metalli aventi più di due stati di ossidazione, oltre ai suffissi, si usano i seguenti prefissi: Stox basso prefisso ipo- Stox alto prefisso per- Cl2O Anidride ipoclorosa Cl2O3 Anidride clorosa Cl2O5 Anidride clorica Cl2O7 Anidride perclorica

Esempi – Ossidi acidi (Anidridi) Nomenclatura Esempi – Ossidi acidi (Anidridi) metallo stox formula nomenclatura tradizionale Stock IUPAC Si +4 SiO2 anidride silicica ossido di silicio ossido di silicio S +4 +6 SO2 anidride solforosa ossido di zolfo (IV) diossido di zolfo S2O3 anidride solforica ossido di zolfo (VI) triossido di dizolfo N +3 +5 N2O3 anidride nitrosa ossido di azoto (III) triossido di diazoto N2O5 anidride nitrica ossido di azoto (V) pentossido di diazoto C +2 +4 CO ossido di carbonio os. di carbonio (II) ossido di carbonio CO2 anidride carbonica os. di carbonio (IV) diossido di carbonio

Nomenclatura Idrossidi NaOH Idrossido di sodio OH- ione idrossido Formula molecolare scrivere prima il metallo scrivere (OH)n (n = stox metallo) Nomenclatura IUPAC stesse regole degli ossidi con il termine ossido di sostituito da idrossido di Idrossido di (nome del metallo) Stox basso suffisso –oso Stox alto suffisso -ico NaOH Idrossido di sodio Mg(OH)2 Idrossido di magnesio CuOH Idrossido rameoso Cu(OH)2 Idrossido rameico Idrossido di rame Idrossido di rame (I) Idrossido di rame (II) diidrossido di rame Cu(OH)2

Nomenclatura Idracidi Formula molecolare HnX (n = stox non-metallo X) Combinazione diretta di H con non-metalli: alogeni (F, Cl, Br, I), S e cianuro (CN) H stox +1 non metalli stox negativo Formula molecolare HnX (n = stox non-metallo X) Nomenclatura IUPAC nome del nonmetallo desinenza -uro seguito dal termine di idrogeno Nome ACIDO non-metallo-idrico HCl Acido cloridrico Cloruro di idrogeno H2S Acido solfidrico Solfuro di idrogeno HCN Acido cianidrico Cianuro di idrogeno HBr Acido bromidrico Bromuro di idrogeno HF Acido fluoridrico Fluoruro di idrogeno H2Se Acido selenidrico Seleniuro di idrogeno

Nomenclatura Ossiacidi Formula molecolare H2O + ossido acido Composti ternari H O non metallo gli ossidi di alcuni metalli negli stox più alti hanno caratteristiche acide V, Cr, Mn Formula molecolare H2O + ossido acido Nome si sostituisce “ossido” o “anidride” con il termine “acido” Anidride solforosa SO2 + H2O H2SO3 Acido solforoso Anidride solforica SO3 + H2O H2SO4 Acido solforico Anidride ipoclorosa Cl2O + H2O (H2Cl2O2) HClO Acido ipocloroso i prefissi meta-, orto- e piro- che vengono usati per distinguere il diverso grado di idratazione dell'ossoacido

Nomenclatura Ossiacidi Nomenclatura IUPAC acido + enneosso + nonmetallo-ico (stox) H2SO4 acido tetraossosolforico (VI) H2SO3 acido triossosolforico (IV) HClO2 acido diossoclorico (III) HClO4 acido tetraossoclorico (VII) H2CO3 acido triossocarbonico (IV)

Nomenclatura Sali HgI2 CuS Ag3PO4 -oso -ito –ico -ato Derivati da idracidi nome del nonmetallo desinenza -uro seguito dal termine di “nome metallo” Cloruro di Sodio NaCl Solfuro di alluminio Al2S3 HgI2 Derivati da ossocidi nome del residuo acido prefissi e desinenze funzione dello stox seguito dal termine di “nome metallo” CuS -oso -ito –ico -ato Ag3PO4 Ipoclorito di sodio NaClO Solfato di Calcio CaSO4 Cromato di Potassio K2CrO4

Nomenclatura Sali Se non tutti gli atomi di idrogeno sono sostituiti il nome dell’anione si fa precedere dal prefisso “idrogeno-” il nome dell’anione si fa precedere dal prefisso “bi-” al nome dell’anione segue l’aggettivo “acido” Fe(HSO4)2 Idrogenosolfato di ferro (II) Bisolfato di ferro (II) [o ferroso] Solfato acido di ferro (II) KHCO3 Idrogenocarbonato di potassio Bicarbonato di potassio Carbonato acido di potassio

Nomenclatura Sali NaCl cloruro di sodio Cu2S solfuro di dirame Nomenclatura IUPAC Derivati da idracidi nome del nonmetallo desinenza -uro seguito dal termine di “nome metallo” prefissi indicanti il n° di atomi NaCl cloruro di sodio Cu2S solfuro di dirame CuS solfuro di rame Derivati da ossoacidi residuo acido -ato + (stox nm) di “metallo” + (stox M) [se possibili più stox] LiClO2 diossoclorato (III) di litio Fe(ClO4)3 tetraossoclorato (VII) di ferro (III) Na2CO3 triossocarbonato (IV) di sodio CuSO4 tetraossosolfato (VI) di rame (II)

Esercizi Scrivere i nomi dei seguenti composti e lo stato di ossidazione del metallo e/o del non-metallo Mg(OH)2; Na2O; N2O3; Fe(OH)2; SiO2; H2SiO3; Br2O5; I2O7; Cl2O; H2SO3; H2CrO4; FeSO3; Ba(OH)2; NaClO4; NH4NO3; HBrO3; NaHSO4; Al2(SO4)3; NaHS; K2O; Cu2O; LiOH; HBrO; Al(OH)3; B2O3; CO2; SO3; Al2(CO3)3; N2O5; CaO; Al2O3; H2CO3; HNO2; HNO3; HCrO2; MgO; K2Cr2O7; CaCrO4; HBrO2; HBrO4; H2MnO4; HMnO4; K2SO4; CuOH; MgSO3; Fe2O3; CaHPO4; Fe(HSiO3)2; SO2

Esercizi Scrivere la formula chimica dei seguenti composti e lo stato di ossidazione del metallo e/o del non-metallo Idrogenomanganato rameico; fluoruro di litio; bromuro ferroso; fosfato di calcio; solfato di potassio; anidride carbonica; idrossido ferroso; solfito ferrico; fosfato acido di alluminio; bicarbonato di cadmio; fosfito di zinco; anidride fosforosa; anidride fosforica; cloruro di cobalto; ammoniaca; carbonato di cobalto; permanganato di sodio; perclorato di nichel.

Sistema omogeneo che contiene due o più sostanze Le Soluzioni Sistema omogeneo che contiene due o più sostanze solvente soluto La densità è la massa dell’unità di volume della soluzione H2O d = 1 g/cm3 Una soluzione acquosa di HBr al 48.5% ha una densità di 1.488 g/cm3 Una soluzione di acido solforico al 96.4% ha una densità di 1.835 g/cm3

Le Soluzioni Solubilità e Miscibilità È la quantità massima di sostanza che può sciogliersi in un dato solvente. La solubilità è generalmente espressa in moli/L o in g/L. Composti solubili s > 10 g /L Composti insolubili s < 1 g /L Solvente + Soluto Soluzione INSATURA Soluzione SATURA Quando soluto e solvente sono liquidi, si parla di MISCIBILITÀ

Le Soluzioni Fattori che influenzano la solubilità Il simile scioglie il suo simile Solvente Covalente Polare o Ionico: CH3OH, H2O, etc. Solvente Covalente Apolare: CHCl3, Idrocarburi, etc. Soluti Covalenti Polari o Ionici: Acidi, Sali, etc. Soluti Covalenti Apolari: Composti organici Fattori Entalpici Fattori Entropici + Forze Intermolecolari Solvente Forze Intermolecolari Soluto (Energia Reticolare) Calore di Solvatazione + Perdita ordine molecolare del Soluto e del Solvente Formazione legami intermolecolari Soluto-Solvente + - - Entropia di Solubilizzazione Calore di Solubilizzazione + - DG = DH-TDS Endotermica Esotermica

Le Soluzioni Solubilità degli elettroliti Elettroliti Forti: sono completamente dissociati in H2O Composti solubili s > 0.1 mol/L NO3- Cl- SO42- NaCl(s) Na+(aq) + Cl-(aq) Pb(NO3)2(s) Pb2+(aq) + 2 NO3-(aq) Composti insolubili s < 0.1 mol/L CO32- OH- S2- BaCO3(s) Ba2+(aq) + CO32-(aq) Pb(OH)2(s) Pb2+(aq) + 2 OH-(aq) Elettroliti Deboli: sono parzialmente dissociati in H2O Quando si indica la concentrazione della soluzione si fa riferimento alla Concentrazione Analitica

Reazioni e relazioni ponderali

Reazioni in soluzione acquosa Quando è possibile prevedere una reazione chimica fra due o più specie ? Le reazioni possono essere: 1 – di precipitazione 2 – acido-base 3 – di metatesi 4 - di ossidoriduzione (redox) fra un ossidante ed un riducente In soluzione acquosa, si verificherà una reazione chimica fra due o più elettroliti se le combinazioni degli ioni che da essi derivano formano: un sale insolubile un elettrolita debole un gas

Solubilità dei composti chimici Sono solubili: I sali dei metalli alcalini e dello ione ammonio (NH4+). I nitriti, nitrati, clorati, perclorati ed acetati. (L'acetato di Ag+ ed il perclorato di K+ sono moderatamente solubili). Gli alogenuri, con eccezione dei sali di Pb2+, Ag+ ed Hg22+; PbCl2 é debolmente solubile. I solfati;i solfati di Ca2+ ed Ag+ sono moderatamente solubili;i solfati di Sr2+, Ba2+, Pb2+,ed Hg22+ sono insolubili.    Sono insolubili (Eccetto i sali del precedente punto 1): I carbonati, cromati e fosfati. I solfuri; tranne i sali dei metalli alcalini e alcalino-terrosi. Gli idrossidi sono generalmente insolubili eccetto quelli dei metalli alcalini che sono solubili. Gli idrossidi di Ca2+, Sr2+ e Ba2+ sono moderatamente solubili. Tutti gli ossidi dei metalli eccetto quelli dei metalli di alcalini e di Ca2+, Sr2+ e Ba2+ sono insolubili. Gli ossidi dei metalli, quando si sciolgono, reagiscono con l'acqua per formare idrossidi, per esempio: CaO + H2O → Ca2+ + 2OH-

Elettroliti Elettroliti forti: Acidi forti es. HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4, HClO4. Basi forti es. gli idrossidi alcalini ed alcalino terrosi. Sali la maggior parte dei sali inorganici ed organici.   Elettroliti deboli La grande maggioranza di acidi e basi inorganici ed organici. Gli alogenuri e i cianuri di metalli pesanti, per es. Pb ed Hg, sono spesso elettroliti deboli Non-elettroliti H2O La grande maggioranza dei composti organici.

Sviluppo di gas CO2 CO32- + 2H+ → H2CO3 → CO2(g) + H2O ▼ Carbonati, bicarbonati   H2S S2- + 2H+ → H2S(g) Solfuri, purché non estremamente insolubili SO2 SO32- + 2H+ → H2SO3 → SO2(g) + H2O Solfiti, bisolfiti NO, NO2 2NO2- + 2H+ → 2HNO2 → H2O + NO(g) + NO2(g) ▼ ▼ Nitriti colore bruno 3HNO2 → H2O + 2NO(g) + HNO3 (aq) NH3 NH4+ + OH- → NH3(g) + H2O Sali di ammonio

SOLUBILITÁ IN ACQUA DEI GAS PIÚ COMUNI Gas in soluzione acquosa SOLUBILITÁ IN ACQUA DEI GAS PIÚ COMUNI (Litri di gas/litro di H2O) a 20°C Gas poco solubili: N2 (0.015) H2(0.018) CO (0.023) O2 (0.031) Gas abbastanza solubili CO2 (0.88) Cl2 (2.0) H2S (2.58) Gas molto solubili: SO2 (39.4) HCl (475) NH3 (700)

Reazioni in soluzione acquosa 1) Dissociazione elettrolitica CuCl2(aq) + NaOH(aq) Cu2+ + 2 Cl- + Na+ + OH- 2) Individuazione prodotto insolubile Cu(OH)2 idrossido insolubile Na+, Cl- 3) Individuazione ioni spettatori 4) Bilanciamento di massa e carica Cu2+ + 2 OH- Cu(OH)2

Formazione di un sale insolubile

Reazioni in soluzione acquosa 1) Dissociazione elettrolitica NH4NO3(aq) + NaCl(aq) NH4+ + NO3- + Na+ + Cl- 2) Individuazione prodotto insolubile Nessuno ! Le possibile combinazioni (NH4NO3, NH4Cl, NaNO3, NaCl) non corrispondono a composti insolubili, ad elettroliti deboli, non sviluppano gas

Reazioni in soluzione acquosa 1) Dissociazione elettrolitica HCl(aq) + CH3COOK(aq) H+ + Cl- + CH3COO- + K+ 2) Individuazione elettrolita debole CH3COOH K+, Cl- 3) Individuazione ioni spettatori 4) Bilanciamento di massa e carica H+ + CH3COO- CH3COOH

Reazioni in soluzione acquosa 1) Dissociazione elettrolitica HCl(aq) + NaOH(aq) H+ + Cl- + Na+ + OH- 2) Individuazione elettrolita debole H2O Na+, Cl- 3) Individuazione ioni spettatori 4) Bilanciamento di massa e carica H+ + OH- H2O

Reazioni in soluzione acquosa 1) Dissociazione elettrolitica Na2CO3(aq) + HCl(aq) 2 Na+ + CO32- + H+ + Cl- 2) Formazione di un gas H2CO3 CO2 + H2O Na+, Cl- 3) Individuazione ioni spettatori 4) Bilanciamento di massa e carica CO32- + 2 H+ CO2 + H2O

Reazioni in soluzione acquosa CaCO3(aq) + HCl(aq) → NaOH(aq) + HCl(aq) → CH3COONa (aq) + NaOH(aq) → CH3COONa (aq) + HCl(aq) → NH4Cl(aq) + NaOH(aq) → KCl(aq) + HNO3(aq) → HCl(aq) + KNO3(aq) → Na2S(aq) + HCl(aq) → Na2CO3(aq) + BaCl2(aq) → Na3PO4(aq) + NiCl2(aq) →

Reazioni in soluzione acquosa CoCl2(aq) + AgNO3(aq) → CuSO4(aq) + BaCl2(aq) → FeCl3(aq) + NaOH(aq) → Na2CO3(aq) + CuSO4(aq) → CoCl2(aq) + NaOH(aq) → KI(aq) + Pb(NO3)2(aq) → KI(aq) + AgNO3(aq) →