Indice. Stechiometria: relazioni quantitàmassa-numero

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1 Prefazione all ottava edizione americana XV Ringraziamenti XIX Prefazione alla quarta edizione italiana XX Gli autori e il curatore XXII Guida alla lettura XXIII CAPITOLO 1 Le chiavi per lo studio della chimica Alcune definizioni fondamentali 2 Le proprietà della materia 2 I tre stati di aggregazione della materia 3 Il tema centrale della chimica 5 L importanza dell energia nello studio della materia Arti chimiche e origini della chimica moderna 7 Tradizioni prechimiche 8 L insuccesso della teoria del flogisto e l influenza di Lavoisier Il metodo scientifico: costruzione di un modello Risoluzione dei problemi di chimica 11 Unità di misura e fattori di conversione impiegati nei calcoli 12 Approccio sistematico alla risoluzione dei problemi di chimica La misurazione nella scienza 15 Caratteristiche generali del Sistema Internazionale di Unità 15 Alcune unità SI importanti in chimica Incertezza di misura: cifre significative 23 Determinazione delle cifre significative 24 Come operare con le cifre significative nei calcoli 24 Precisione, accuratezza e taratura degli strumenti 27 RISOLUZIONE DEI PROBLEMI DI CHIMICA NEL MONDO REALE 28 CAPITOLO 2 I componenti della materia Elementi, composti e miscele: uno sguardo d insieme dal punto di vista atomico Le osservazioni che condussero a una concezione atomica della materia 32 Conservazione della massa 32 Composizione definita e costante 33 Proporzioni multiple La teoria atomica di Dalton 35 Postulati della teoria atomica 36 Come la teoria di Dalton spiega le leggi di massa 36 Le masse relative degli atomi Le osservazioni che condussero al modello nucleare dell atomo 37 Scoperta dell elettrone e delle sue proprietà 37 Scoperta del nucleo atomico La teoria atomica odierna 41 Struttura dell atomo 41 Numero atomico, numero di massa e simbolo atomico 42 Isotopi e masse atomiche degli elementi 42 Un moderno riesame della teoria atomica Gli elementi: un primo sguardo alla tavola periodica 45 SPETTROMETRIA DI MASSA I composti: introduzione al legame chimico 49 La formazione di composti ionici 49 Formazione dei composti covalenti 52 Ioni poliatomici: legami covalenti entro gli ioni I composti: formule, nomi e masse 53 Tipi di formule chimiche 53 Qualche consiglio sull apprendimento dei nomi e delle formule 54 Nomi e formule dei composti ionici 54 Nomi e formule dei composti covalenti binari 60 Deduzione delle masse molecolari dalle formule chimiche Le miscele: classificazione e separazione 62 RAPPRESENTAZIONE DELLE MOLECOLE 63 TECNICHE DI SEPARAZIONE FONDAMENTALI 66 CAPITOLO 3 Stechiometria: relazioni quantitàmassa-numero nei sistemi chimici La mole 68 Definizione della mole 68 Massa molare 70 Interconversione di quantità di sostanza, massa e numero di entità chimiche 71 Percentuale in massa ottenuta dalla formula chimica Determinazione della formula di un composto sconosciuto 76 Formule empiriche 76 Formule molecolari 77 Analisi per combustione 79 Formule chimiche e strutture delle molecole 81

2 VIII 3.3 Scrittura e bilanciamento delle equazioni chimiche Calcolo delle quantità di reagenti e di prodotti 86 Rapporti molari stechiometricamente equivalenti ottenuti dall equazione bilanciata 86 Reazioni chimiche in sequenza 90 Reazioni chimiche a cui partecipa un reagente limitante 91 Reazioni chimiche in pratica: resa teorica, resa effettiva e resa percentuale Fondamenti di stechiometria delle reazioni in soluzione 95 Espressione delle concentrazioni in termini di molarità 95 Conversioni quantità-massa-numero che implicano soluzioni 96 Preparazione e diluizione di soluzioni molari 97 Stechiometria delle reazioni chimiche in soluzione 99 CAPITOLO 4 Le principali classi di reazioni chimiche Il ruolo dell acqua come solvente 104 La solubilità dei composti ionici 104 Il carattere polare dell acqua Scrittura delle equazioni per le reazioni ioniche in soluzione acquosa Reazioni di precipitazione 110 La forza motrice di una reazione di precipitazione 111 Come prevedere se una reazione avverrà o no Reazioni acido-base 113 La forza motrice e la trasformazione netta: formazione di H 2 O a partire da H + e OH 113 Titolazioni acido-base 115 Reazioni acido-base come processi di trasferimento protonico Reazioni di ossidoriduzione (reazioni redox) 119 La forza motrice per i processi redox 119 Terminologia essenziale delle reazioni redox 120 Impiego dei numeri di ossidazione per monitorare il movimento di carica elettronica 120 Bilanciamento delle equazioni redox 123 Titolazioni redox Sostanze elementari nelle reazioni redox Reazioni reversibili: un introduzione all equilibrio chimico 134 CAPITOLO 5 I gas e la teoria cinetica dei gas Uno sguardo d insieme agli stati fisici della materia Pressione di un gas e sua misurazione 140 Dispositivi di laboratorio per misurare la pressione di un gas 140 Unità di misura della pressione Le leggi dei gas e le loro basi sperimentali 144 La relazione tra volume e pressione: la legge di Boyle 144 La relazione tra volume e temperatura: la legge di Charles 145 La relazione tra volume e quantità: la legge di Avogadro 147 Comportamento di un gas in condizioni normali di temperatura e pressione 148 L equazione di stato dei gas perfetti 148 Risoluzione dei problemi sulle leggi dei gas Ulteriori applicazioni dell equazione di stato dei gas perfetti 153 Densità di un gas 153 Massa molare di un gas 155 La pressione parziale di un gas in una miscela di gas 156 Equazione di stato dei gas perfetti e stechiometria delle reazioni La teoria cinetica dei gas: un modello del comportamento dei gas 161 Come la teoria cinetica dei gas spiega le leggi dei gas 161 L importanza dell energia cinetica 164 Effusione e diffusione 166 Il mondo caotico dei gas: cammino libero medio e frequenza degli urti 167 CHIMICA NELLA SCIENZA PLANETARIA I gas reali: deviazioni dal comportamento dei gas perfetti 171 Effetti di condizioni estreme sul comportamento dei gas 171 L equazione di van der Waals: l equazione di stato dei gas perfetti corretta 173 CAPITOLO 6 Termochimica: flusso di energia e trasformazioni chimiche Forme di energia e loro interconversione 176 Il sistema e l ambiente 177 Flusso di energia dall esterno all interno di un sistema e viceversa 177 Calore e lavoro: due forme di trasferimento di energia 178 Il principio di conservazione dell energia 180 Unità di misura dell energia 181 Funzioni di stato e indipendenza della variazione di energia dal cammino percorso Entalpia: calori di reazione e trasformazioni chimiche 183 Significato dell entalpia 183 Confronto tra ΔE e ΔH 184

3 IX Processi esotermici ed endotermici 184 Alcuni tipi importanti di variazione dell entalpia 186 Variazioni delle forze di legame, ovvero: da dove proviene il calore di reazione? Calorimetria: misura dei calori di reazione in laboratorio 188 Calore specifico 189 I due principali tipi di calorimetria Stechiometria delle equazioni termochimiche Legge di Hess dell additività delle variazioni di entalpia Calori standard di reazione (ΔH 0 r) 195 Equazioni di formazione e loro variazioni standard di entalpia 196 Determinazione di ΔH 0 r a partire dai valori di ΔH 0 f dei reagenti e dei prodotti 197 CHIMICA NELLE SCIENZE AMBIENTALI 199 CAPITOLO 7 Teoria quantistica e struttura atomica Natura della luce 205 Natura ondulatoria della luce 205 Natura particellare della luce Spettri atomici 211 Il modello di Bohr dell atomo di idrogeno 213 Limitazioni del modello di Bohr 215 Gli stati energetici dell atomo di idrogeno 215 SPETTROFOTOMETRIA NELL ANALISI CHIMICA Il dualismo onda-particella di materia ed energia 218 Natura ondulatoria degli elettroni e natura particellare dei fotoni 219 Il principio di indeterminazione di Heisenberg Il modello quantomeccanico dell atomo 222 L orbitale atomico e la posizione probabile dell elettrone 223 Numeri quantici di un orbitale atomico 224 Forme degli orbitali atomici 227 Livelli energetici dell atomo di idrogeno 230 CAPITOLO 8 Configurazione elettronica e periodicità chimica Sviluppo della tavola periodica Caratteristiche degli atomi polielettronici 233 Il numero quantico di spin elettronico 233 Il principio di esclusione 234 Effetti elettrostatici e separazione (splitting) dei livelli energetici Il modello quantomeccanico e la tavola periodica 237 Costruzione dei Periodi 1 e Costruzione del Periodo Configurazioni elettroniche entro i gruppi 241 La prima serie di transizione con riempimento degli orbitali d: costruzione del Periodo Principi generali delle configurazioni elettroniche 244 Schemi complessi: gli elementi di transizione e gli elementi di transizione interna Tendenze in alcune proprietà atomiche periodiche essenziali 247 Tendenze nel raggio atomico 247 Tendenze nell energia di ionizzazione 250 Tendenze nell affinità elettronica La connessione tra struttura atomica e reattività chimica 255 Tendenze nel comportamento metallico 255 Proprietà degli ioni monoatomici 258 CAPITOLO 9 Modelli del legame chimico Proprietà atomiche e legami chimici 265 Tipi di legame chimico 265 Simboli di Lewis: rappresentazione degli atomi nei legami chimici Il modello del legame ionico 268 Considerazioni energetiche nella formazione del legame ionico: l importanza dell energia reticolare 269 Tendenze periodiche nell energia reticolare 272 Come il modello spiega le proprietà dei composti ionici Il modello del legame covalente 275 La formazione di un legame covalente 275 Le proprietà di un legame covalente: energia di legame e lunghezza di legame 276 Come il modello spiega le proprietà dei composti covalenti Tra i due estremi: elettronegatività e polarità di legame 280 Elettronegatività e numero di ossidazione 281 Legami covalenti polari e polarità di legame 283 Il carattere ionico parziale dei legami covalenti polari 283 Il continuo di legame lungo un periodo Introduzione al legame metallico 286 Il modello del mare di elettroni 286 Come il modello spiega le proprietà dei metalli 286 SPETTROSCOPIA INFRAROSSA 288

4 X CAPITOLO 10 Le forme delle molecole Rappresentazione delle molecole e degli ioni con strutture di Lewis 291 Impiego della regola dell ottetto per scrivere le strutture di Lewis 292 Risonanza: legame a coppie di elettroni delocalizzate 295 Carica formale: scelta della migliore struttura di risonanza 297 Strutture di Lewis per le eccezioni alla regola dell ottetto Impiego delle strutture di Lewis e delle energie di legame per calcolare i calori di reazione Teoria VSEPR (Valence-Shell Electron- Pair Repulsion, repulsione tra le coppie di elettroni del guscio di valenza) e forma molecolare 304 Disposizioni dei gruppi di elettroni e forme molecolari 304 La forma molecolare con due gruppi di elettroni (disposizione lineare) 305 Forme molecolari con tre gruppi di elettroni (disposizione planare trigonale) 306 Forme molecolari con quattro gruppi di elettroni (disposizione tetraedrica) 307 Forme molecolari con cinque gruppi di elettroni (disposizione bipiramidale trigonale) 308 Forme molecolari con sei gruppi di elettroni (disposizione ottaedrica) 310 Impiego della teoria VSEPR per determinare la forma molecolare 310 Forme molecolari con più di un atomo centrale Forma molecolare e polarità molecolare 314 Polarità di legame, angolo di legame e momento di dipolo 315 L effetto della polarità molecolare sul comportamento fisico 316 BELLEZZA MOLECOLARE: FORME STRANE CON FUNZIONI UTILI 318 CHIMICA NELLE SCIENZE BIOLOGICHE 319 CAPITOLO 11 Teorie del legame covalente La teoria del legame di valenza (teoria VB) e l ibridazione degli orbitali 321 I temi centrali della teoria VB 321 Tipi di orbitali ibridi Il modo di sovrapposizione degli orbitali e i tipi di legami covalenti 328 La trattazione VB dei legami singoli e multipli 329 Sovrapposizione di orbitali e rotazione molecolare Teoria degli orbitali molecolari (teoria MO) e delocalizzazione elettronica 332 I temi centrali della teoria MO 332 Molecole biatomiche omonucleari di elementi del Periodo Descrizione di alcune molecole biatomiche eteronucleari con la teoria MO 341 Descrizione dell ozono e del benzene con la teoria MO 342 CAPITOLO 12 Forze intermolecolari: liquidi, solidi e transizioni di fase Uno sguardo d insieme agli stati fisici e alle transizioni di fase Aspetti quantitativi delle transizioni di fase 348 Calore assorbito o rilasciato nelle transizioni di fase: un approccio cinetico 349 Le transizioni di fase come processi di equilibrio dinamico 351 Diagrammi di fase: l effetto della temperatura e della pressione sullo stato fisico Tipi di forze intermolecolari 357 Forze ione-dipolo 355 Forze dipolo-dipolo 355 Il legame idrogeno 359 Polarizzabilità e forze carica-dipolo indotto 362 Forze di dispersione (forze di London) Proprietà dello stato liquido 365 Tensione superficiale 365 Capillarità 366 Viscosità L unicità dell acqua 367 Proprietà solventi dell acqua 367 Proprietà termiche dell acqua 368 Proprietà di superficie dell acqua 368 PROPRIETÀ DEI LIQUIDI 369 La densità dell acqua solida e liquida Lo stato solido: struttura, proprietà e legami 370 Caratteristiche strutturali dei solidi 371 ANALISI PER DIFFRAZIONE DI RAGGI X E MICROSCOPIA ELETTRONICA A SCANSIONE A EFFETTO TUNNEL 376 Tipi di solidi cristallini e loro proprietà 378 Solidi amorfi 382 Legami nei solidi: teoria delle bande di orbitali molecolari Materiali avanzati 385 Materiali elettronici 386 Cristalli liquidi 388 Materiali ceramici 392 Materiali polimerici 394 Nanotecnologia: progettazione di materiali atomo per atomo 400

5 XI CAPITOLO 13 Le proprietà delle miscele: soluzioni e colloidi Tipi di soluzioni: forze intermolecolari e previsione della solubilità 404 Forze intermolecolari nelle soluzioni 404 Soluzioni liquide e ruolo della polarità molecolare 405 Soluzioni gassose e soluzioni solide Forze intermolecolari e macromolecole biologiche 409 Le strutture delle proteine 410 La doppia polarità di saponi, membrane e antibiotici 412 La struttura del DNA Variazioni di energia nel processo di dissoluzione 415 Calori di soluzione e cicli di dissoluzione 415 Calori di idratazione: solidi ionici in acqua 416 Il processo di dissoluzione e la variazione di Entropia La solubilità come processo di equilibrio 419 Effetto della temperatura sulla solubilità 420 Effetto della pressione sulla solubilità Espressioni quantitative della concentrazione 423 Molarità e molalità 423 Parti di soluto per parti di soluzione 424 Conversione delle unità di concentrazione Proprietà colligative delle soluzioni 428 Proprietà colligative delle soluzioni di non elettroliti non volatili 428 Impiego delle proprietà colligative per determinare la massa molare del soluto 434 Proprietà colligative delle soluzioni di non elettroliti volatili 436 Proprietà colligative delle soluzioni di elettroliti 437 PROPRIETÀ COLLIGATIVE NELL INDUSTRIA E IN BIOLOGIA Struttura e proprietà dei colloidi 440 CHIMICA NELL INGEGNERIA SANITARIA 444 UNO SGUARDO D INSIEME ALLE PROPRIETÀ DEGLI ELEMENTI Le principali proprietà atomiche 448 Le caratteristiche del legame chimico 450 Comportamento metallico 452 Il comportamento acido-base degli ossidi degli elementi 453 Comportamento redox degli elementi 454 Stati fisici e cambiamenti di fase 456 CAPITOLO 14 Andamenti periodici negli elementi dei gruppi principali: legami, strutture e reattività L idrogeno, l atomo più semplice 458 Dove si colloca l idrogeno nella tavola periodica? 459 Punti salienti della chimica dell idrogeno Tendenze attraverso la tavola periodica: gli elementi del periodo Gruppo 1A(1): I metalli alcalini 461 Perché i metalli alcalini sono teneri, bassofondenti e leggeri? 461 Perché i metalli alcalini sono così reattivi? 461 Ritratto di famiglia Gruppo 1A(1) : I metalli alcalini 464 Il comportamento anomalo del litio Gruppo 2A(2): I metalli alcalino-terrosi 467 Un confronto tra le proprietà fisiche dei metalli alcalino-terrosi e quelle dei metalli alcalini 467 Un confronto tra le proprietà chimiche dei metalli alcalino-terrosi e quelle dei metalli alcalini 467 Ritratto di famiglia Gruppo 2A(2) : I metalli alcalino-terrosi 468 Il comportamento anomalo del berillio 470 Relazioni diagonali: litio e magnesio 470 Guardando indietro e avanti: i gruppi 1A(1), 2A(2) e 3A(13) Gruppo 3A(13): La famiglia del boro 471 Ritratto di famiglia Gruppo 3A(13) : La famiglia del boro 472 In che modo gli elementi di transizione influenzano le proprietà del Gruppo 3A(13)? 474 Quali nuove caratteristiche compaiono nelle proprietà chimiche del Gruppo 3A(13)? 475 Punti salienti della chimica del boro 476 Relazioni diagonali: berillio e alluminio Gruppo 4A(14): La famiglia del carbonio 478 In che modo il legame in un elemento influenza le proprietà fisiche? 478 Ritratto di famiglia Gruppo 4A(14) : La famiglia del carbonio 480 Come cambia il tipo di legame nei composti degli elementi del Gruppo 4A(14)? 482 Punti salienti della chimica del carbonio 482 Punti salienti della chimica del silicio 484 Relazioni diagonali: boro e silicio 485 Guardando indietro e avanti: i Gruppi 3A(13), 4A(14) e 5A(15) 485 MINERALI SILICATICI E POLIMERI SILICONICI Gruppo 5A(15): La famiglia dell azoto 488 Che cosa spiega l ampio spettro di comportamento fisico nel Gruppo 5A(15)? 488

6 XII Quali andamenti regolari si osservano nel comportamento chimico degli elementi del Gruppo 5A(15)? 489 Ritratto di famiglia Gruppo 5A(15) : La famiglia dell azoto 490 Punti salienti della chimica dell azoto 492 Punti salienti della chimica del fosforo: ossidi e ossiacidi Gruppo 6A(16): La famiglia dell ossigeno 497 Un confronto tra la famiglia dell ossigeno e la famiglia dell azoto sotto l aspetto fisico 497 Ritratto di famiglia Gruppo 6A(16) : La famiglia dell ossigeno 498 Un confronto tra le proprietà chimiche della famiglia dell ossigeno e quelle della famiglia dell azoto 500 Punti salienti della chimica dell ossigeno: lo spettro di proprietà degli ossidi 502 Punti salienti della chimica dello zolfo: ossidi, ossiacidi e solfuri 502 Guardando indietro e avanti: i Gruppi 5A(15), 6A(16) e 7A(17) Gruppo 7A(17): Gli alogeni 504 Che cosa spiega i cambiamenti regolari nelle proprietà degli alogeni? 504 Perché gli alogeni sono così reattivi? 504 Ritratto di famiglia Gruppo 7A(17) : Gli alogeni 506 Punti salienti della chimica degli alogeni Gruppo 8A(18): I gas nobili 511 Proprietà fisiche dei gas nobili 511 In che modo i gas nobili riescono a formare composti? 511 Guardando indietro e avanti: i Gruppi 7A(17), 8A(18) e 1A(1) 512 Ritratto di famiglia Gruppo 8A(18) : I gas nobili 513 CAPITOLO 15 Composti organici e proprietà atomiche del carbonio 514 CAPITOLO 16 Cinetica chimica: velocità e meccanismi delle reazioni chimiche I fattori che influenzano la velocità di reazione Espressione della velocità di reazione 518 Velocità media, istantanea e iniziale di una reazione 519 Espressione della velocità di reazione in funzione delle concentrazioni dei reagenti e dei prodotti 521 MISURA DELLE VELOCITÀ DI REAZIONE La legge cinetica di reazione e le sue componenti 524 Determinazione della velocità iniziale di reazione 526 Terminologia degli ordini di reazione 526 Determinazione degli ordini di reazione 528 Determinazione della costante di velocità Leggi cinetiche integrate: la concentrazione varia nel tempo 531 Leggi cinetiche integrate per reazioni del primo ordine, del secondo ordine e di ordine zero 532 Determinazione dell ordine di reazione in base alla legge cinetica integrata 533 Tempo di dimezzamento di una reazione L effetto della temperatura sulla velocità di reazione Spiegazione degli effetti della concentrazione e della temperatura 540 Teoria delle collisioni: basi della legge cinetica 540 Teoria dello stato di transizione: natura molecolare dello stato attivato Meccanismi di reazione: stadi nella reazione complessiva 546 Reazioni elementari e molecolarità 546 Lo stadio determinante la velocità di un meccanismo di reazione 548 Correlazione del meccanismo di reazione con la legge cinetica Catalisi: accelerazione di una reazione chimica 552 Catalisi omogenea 553 Catalisi eterogenea 554 Cinetica e azione dei catalizzatori biologici 555 CHIMICA NELLA SCIENZA ATMOSFERICA 558 CAPITOLO 17 L equilibrio: l entità delle reazioni chimiche Natura dinamica dello stato di equilibrio Il quoziente di reazione e la costante di equilibrio 563 Scrittura del quoziente di reazione 564 Variazioni della forma del quoziente di reazione Espressione degli equilibri con termini di pressione: relazione tra K c e K p Direzione di una reazione: confronto di Q e K Come si risolvono i problemi di equilibrio 573 Uso delle quantità per determinare la costante di equilibrio 573 Uso della costante di equilibrio per determinare le grandezze 576

7 XIII 17.6 Condizioni di reazione e stato di equilibrio: principio di Le Châtelier 582 L effetto di una variazione della concentrazione 583 L effetto di una variazione della pressione (del volume) 586 L effetto di una variazione della temperatura 588 L assenza di effetto di un catalizzatore 589 CHIMICA NELLA PRODUZIONE INDUSTRIALE 591 CHIMICA NELLE SCIENZE BIOLOCIHE 593 CAPITOLO 18 Equilibri acido-base Acidi e basi in acqua 596 Rilascio di protone o di ione idrossido e definizione classica di acidi e basi 597 Variazione della forza degli acidi: la costante di dissociazione acida (K a ) 597 Classificazione delle forze relative degli acidi e delle basi Autoionizzazione dell acqua e scala del ph 601 Il carattere di equilibrio dell autoionizzazione: il prodotto ionico dell acqua (K w ) 602 Espressione della concentrazione dello ione idronio: la scala del ph Trasferimento protonico e definizione di acidi e basi secondo Brønsted-Lowry 606 La coppia coniugata acido-base 607 Forza relativa di acidi e basi e direzione netta di reazione Risoluzione di problemi che implicano equilibri coinvolgenti acidi deboli 610 Determinazione di K a date le concentrazioni 611 Determinazione delle concentrazioni data K a 612 L effetto della concentrazione sull entità della dissociazione di un acido 614 Il comportamento degli acidi poliprotici Le basi deboli e la loro relazione con gli acidi deboli 617 Molecole come basi deboli: ammoniaca e ammine 617 Anioni di acidi deboli come basi deboli 620 La relazione tra K a e K b di una coppia coniugata acido-base Proprietà molecolari e forza di un acido 622 Tendenze della forza acida degli idruri non metallici 622 Tendenze della forza acida negli ossiacidi 623 Acidità degli ioni metallici idrati Proprietà acido-base delle soluzioni saline 625 Sali che producono soluzioni neutre 625 Sali che producono soluzioni acide 626 Sali che producono soluzioni basiche 626 Sali di cationi debolmente acidi e di anioni debolmente basici Generalizzazione del concetto di Brønsted- Lowry: l effetto di livellamento Donazione di coppie di elettroni e definizione di acidi e basi secondo Lewis 630 Molecole come acidi di Lewis 631 Cationi metallici come acidi di Lewis 632 Uno sguardo d insieme alle definizioni di acidi e basi 633 CAPITOLO 19 Equilibri ionici in soluzione acquosa Equilibri dei sistemi tampone acido-base 635 Come funziona un tampone: l effetto ione a comune 636 L equazione di Henderson-Hasselbalch 640 Potere tamponante e campo di tamponamento 641 Preparazione di un tampone Curve di titolazione acido-base 644 Monitorare il ph con indicatori acido-base 644 Curve di titolazione acido forte-base forte 645 Curve di titolazione acido debole-base forte 647 Curve di titolazione base debole-acido forte 650 Curve di titolazione per acidi poliprotici 651 Amminoacidi come acidi poliprotici biologici Equilibri di composti ionici poco solubili 653 L espressione del prodotto ionico (Q ps ) e la costante prodotto di solubilità (K ps ) 653 Calcoli riguardanti la costante prodotto di solubilità 655 L effetto di uno ione a comune sulla solubilità 658 L effetto del ph sulla solubilità 659 Predire la formazione di un precipitato: Q ps e K ps Equilibri degli ioni complessi 661 Formazione degli ioni complessi 661 Ioni complessi e solubilità 664 Ioni complessi di idrossidi anfoteri 664 CHIMICA IN GEOLOGIA 667 CHIMICA NELLE SCIENZE AMBIENTALI 668 CAPITOLO 20 Termodinamica: entropia, energia libera e direzione delle reazioni chimiche La seconda legge della termodinamica: prevedere una trasformazione spontanea 674 Limitazioni della prima legge della termodinamica 674 Il segno di ΔH non permette di prevedere una trasformazione spontanea 675 Libertà di moto delle particelle e dispersione della loro energia 676 Entropia e numero di microstati 677 Entropia e seconda legge della termodinamica 680

8 XIV Entropie molari standard e terza legge della termodinamica 681 Previsione dei valori relativi di S 0 di un sistema Calcolo della variazione di entropia di una reazione 685 Variazioni di entropia nel sistema: l entropia standard di una reazione ΔS r ) 685 Variazioni di entropia dell ambiente: l altra parte del totale 687 La variazione di entropia e lo stato di equilibrio 688 Reazioni spontanee esotermiche ed endotermiche: un riepilogo 689 CHIMICA IN BIOLOGIA Entropia, energia libera e lavoro 691 Variazione di energia libera e spontaneità di una reazione 691 Calcolare le variazioni di energia libera standard 692 ΔG e lavoro che un sistema può compiere 694 L effetto della temperatura sulla spontaneità di una reazione 696 Accoppiamento di reazioni per favorire una trasformazione non spontanea Energia libera, equilibrio e direzione di una reazione 699 CHIMICA E SCIENZE BIOLOGICHE 704 CAPITOLO 21 Elettrochimica: variazioni chimiche e lavoro elettrico Semireazioni e celle elettrochimiche 707 Riepilogo dei concetti sulle ossidoriduzioni 707 Bilanciamento delle reazioni redox con il metodo delle semireazioni 707 Celle elettrochimiche Celle voltaiche: utilizzare reazioni spontanee per produrre energia elettrica 713 Costruzione e funzionamento di una cella voltaica 713 Rappresentazione di una cella voltaica 716 Perché funziona una cella voltaica? Potenziale di cella: l output di una cella voltaica 717 Potenziali standard di cella 718 Forza relativa di agenti ossidanti e riducenti Energia libera e lavoro elettrico 726 Potenziale standard di cella e costante di equilibrio 726 L effetto della concentrazione sul potenziale di cella 729 Potenziale di cella e relazione tra Q e K 730 Celle a concentrazione Processi elettrochimici nelle batterie 735 Batterie primarie (non ricaricabili) 735 Batterie secondarie (ricaricabili) 737 Celle a combustibile Corrosione: un caso di elettrochimica ambientale 739 La corrosione del ferro 739 Protezione del ferro dalla corrosione Celle elettrolitiche: utilizzare energia elettrica per far avvenire una reazione non spontanea 742 Costruzione e funzionamento di una cella elettrolitica 742 Predizione dei prodotti di elettrolisi 744 La stechiometria dell elettrolisi: relazione tra quantità di carica e prodotto 748 CHIMICA E SCIENZE BIOLOGICHE 751 CAPITOLO 22 Gli elementi in natura e nell industria Gli elementi in natura 753 La struttura della Terra e l abbondanza naturale degli elementi 753 Fonti degli elementi I cicli degli elementi nell ambiente 758 Il ciclo del carbonio 759 Il ciclo dell azoto 760 Il ciclo del fosforo Metallurgia: estrarre un metallo dal suo minerale 765 Pretrattare il minerale 765 Convertire il minerale nell elemento 766 Raffinazione e formazione di leghe Trivellando la crosta: isolamento e uso di alcuni elementi 770 Produzione dei metalli alcalini: sodio e potassio 771 Gli indispensabili tre: ferro, rame e alluminio 772 Estrarre il magnesio dal mare 778 Fonti e usi dell idrogeno L industria chimica: due casi studio 782 L acido solforico, il composto chimico più importante 782 Il processo cloro-soda 785 Appendice A Operazioni matematiche di uso comune in chimica 787 Appendice B Valori termodinamici standard per sostanze scelte a 298 K 791 Appendice C Costanti di equilibrio a 298 K 794 Appendice D Potenziali elettrodici (di semicella) standard a 298 K 797 Appendice E Dati e informazioni utili 798 Appendice F Dati e informazioni utili nel volume 799 Appendice G Gli elementi 800 Appendice H Tavola periodica degli elementi 802 analitico 803 Eserciziario 809