POLITECNICO DI MILANO Facoltà d'ingegneria- Bovisa (PAC) V esercitazione di Fondamenti di Chimica Ottobre 2008

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1 PLITEI DI MILA acoltà d'ingegneria- Bovisa (PA) V esercitazione di ondamenti di himica ttobre 2008 ormule di struttura: Richiamo di teoria: momento di dipolo: μ=q d dove q è la carica e d è la distanza che separa carica positiva da carica negativa. Per convenzione si indica una freccia che parte dalla carica positiva e va verso la carica negativa. elle formule di struttura in cui viene disegnato il momento di dipolo elettrico totale (indicativo), la freccia è di colore rosso. 2 : 2 : : : l B Bl 3 : l l 4 : l l 4 : l l l

2 3 l: l l l P l l Pl 5 : l 6 : 2 : 3 : 2 : paramagnetico (l ordine di legame è due) 3 : e strutture risonanti

3 : : B 3 3 : B : 2 : e strutture risonanti e strutture risonanti 3 :

4 (diamante): (grafite): piani paralleli che interagiscono tramite legami di tipo π tra loro. Distanza d c-c nel piano=1,42å, d c-c fuori dal piano=3,35å : 2 : - + e strutture risonanti

5 2 3 : 2 : 3 : + (-- piegato) 2 3 : 2 4 : 3 P 3 : P (attenzione caso particolare: legato all atomo centrale)

6 3 P 4 : P l: l (secondo Lewis, ma qual è la reale struttura?) l l 2 : (l-- piegato) l l 3 : (l-- piegato) l l 4 : (l-- piegato) 2 : 2 : Br Br ibr 4 : Br i Br

7 MPTI RGAII: Alcani: n 2n+2 ex: etano Alcoli ex: metanolo ex: etanolo Eteri ex: dimetiletere Acidi carbossilici ex: acido acetico Esteri ex: acetato di metile

8 ormule di struttura da disegnare Alcheni: n 2n ex: etene 2 4 ; Alchini: n 2n+2 ex: etino 2 2 ; Aldeidi ex: acetaldeide 3 ; hetoni ex: dimetil chetone 3 3 Esercizi 1) Disegnare la formula di struttura dell ossido di bario, del solfuro di idrogeno, del metano e dell acqua, indicare il tipo di legami chimici e l'eventuale polarità stabilire quale di essi è solido e quale liquido in condizioni ambiente..b: due sono gassosi. a) solido ionico Ba ; b) legami σ covalenti, debolmente polare, gassosa; c) tetraedrica, legami σ covalenti, apolare, gassosa; d) legami σ covalenti, molto polare, liquida (legami a idrogeno). 2) crivere le formule di struttura della fosfina (P 3 ), del trifluoruro di boro e dell acido nitrico, evidenziando la loro geometria molecolare. Indicare se presentano momento dipolare uguale o diverso da zero. Ibridaz. sp 3, Ibridaz. sp 2, μ =0 Ibridaz. sp 2, 3) i considerino le seguenti sostanze: metanolo ( 3 ), tetrafluoruro di carbonio ( 4 ). Disegnare le formule di struttura. Una delle due é liquida, l altra gassosa a temperatura ambiente. Indicare quale e quale motivando la risposta. Il metanolo è liquido a temperatura e pressione ambiente: legami idrogeno intermolecolari. Il tetrafluoruro di carbonio è gassoso: dipoli indotti-dipoli indotti 4) crivere le formule ed il nome dei composti che presumibilmente verranno formati da: (a) e, (b) K e, (c) e, (d) B e l.

9 Indicare la geometria molecolare (per i composti covalenti) o la carica degli atomi (per i composti ionici) a) 4 (altalena), 6 (ottaedrica); b) 2K + e 2- ; c) 2 (lineare); d) Bl 3 (planare trigonale) 5) Dati i seguenti composti ionici, identificare gli ioni presenti e scrivere il nome degli stessi: KBr, a 4, a 3, a() 2, e )Descrivere la struttura (tipo di legame, geometria, polarità) dei seguenti composti: a) ossido di bario; b) ioduro di cesio; c) anidride solforica a) e b) composti ionici, Ba e si; c) molecola planare trigonale, apolare 7) Disegnare la formula di struttura dei seguenti composti, prevedere quale di essi sarà solido, quale liquido e quale gassoso in condizioni ambiente e prevederne la solubilità in acqua: a) 3 2 ; b) Bal 2 ; c) 2. a) solubile: forma legami a idrogeno; b) composto ionico: molto solubile; c) apolare: insolubile 8)Prevedere quali composti si possono formare tra i seguenti elementi: a) P e ; b) e Br; c) P e l; d) a e. Disegnare e, ove opportuno, discutere la geometria della molecola. Prevedere infine lo stato fisico dei composti in condizioni ambiente. (a) P e formano P 3. geometria piramidale trigonale (vedi 3 ). Molecola polare. tato gassoso. (b) e Br formano Br 4, tetraedrica. Molecola apolare, forti interazioni di dispersione. tato liquido. (c) P e l formano Pl 3 (geometria piramidale trigonale), ma anche la specie ipervalente Pl 5 (geometria bipiramidale trigonale). Legami poco polari, forti interazioni di dispersione. tato liquido. (d) a 2, composto ionico (2a + e 2- ). olido cristallino 9) crivere la formula di struttura delle seguenti specie chimiche. Per le specie molecolari indicare quale presenta il momento dipolare:, 4, 3, al 2. -,. a 2+ l -, solido ionico. μ=0; μ 0 10) Dopo avere scritto la formula di struttura, indicare quali sono le principali forze intermolecolari presenti nei seguenti liquidi (a opportune temperature e pressioni): a) acido solforico; b) metano; c) cloruro di idrogeno. a)forti legami a ; b) dip. indotto - dip. indotto; c) dipolo- dipolo e dipolo indotto-dipolo indotto 11) Dopo averne scritto la formula di struttura, dire quali dei seguenti composti sono liquidi e quali gassosi in condizioni ambiente e quali sono solubili in acqua: metanolo, metano e acetilene( 2 2 ). Il metanolo è liquido e solubile in acqua per la presenza di legami a idrogeno dovuti alla

10 presenza dell'atomo di ossigeno. Il metano ( 4 ) e l'acetilene sono molecole apolari, quindi gassose e insolubili in acqua. 12) Tra le seguenti sostanze: rbr 2, PBr 3, 4, Li 2, 3, l 3, 3 l, si, Pl 5, 2, 2, 6 quali sono sicuramente costituite da ioni e quali da molecole? Quali tipi di interazione sono responsabili della formazione del solido cristallino? Ioni: r 2+ Br -, Li + 2-, s + I - rbr 2 si, Li 2, solidi ionici: attrazione elettrostatica PBr 3, l 3, 2, 3 l, solidi molecolari: dipolo-dipolo 3, solido molecolare: legame idrogeno 2, 6, 4, Pl 5 solido molecolare: dipolo indotto-dipolo indotto 13) L alcol propilico e l etere etilmetilico 3 2 3, pur avendo la stessa massa molecolare presentano caratteristiche fisiche molto diverse: ad esempio, nelle condizioni ambiente, una delle due sostanze è gassosa (liquefa a 280,4 K) mentre l altra è liquida (bolle a 370,3 K ). Giustificare. Alcol Etere Tutti i gli atomi di carbonio hanno geometria tetraedrica (angoli 109 ), gli atomi di ossigeno geometria planare angolata a causa dei doppietti solitari (angoli 104 ). L'alcol bollirà a temperatura più alta, per la formazione di legami a idrogeno tra le sue molecole. 14) crivere la geometria molecolare di: (a) l 2 (b) 2 3 (c) 2 2. Discutere la geometria molecolare e la polarità di questi composti. l l piramidale triangolare triang. planare piramidali Tutte le molecole sono polari (μ 0). 2 3 e 2 2 fromano legami a idrogeno..b. Il legame tra e in l 2 è tuttavia meglio descritto da un legame covalente dativo: lo zolfo in questo modo raggiunge l ottetto (non cambiano comunque geometria e ibridazione). 15) Quali proprietà fisiche sfruttereste per separare l elio e l azoto presenti in una miscela gassosa? Quali sono le ragioni strutturali che determinano le differenti proprietà dei due gas? i può procedere ad un processo di liquefazione per compressione sotto la temperatura critica, che è molto più elevata per 2 che non per il gas monoatomico nobile e. La ragione per cui

11 le forze intermolecolari di tipo dispersivo (forze di dispersione di London) sono molto più deboli nel caso di e sono da ricercare nella più ridotta polarizzabilità di questo atomo rispetto alla molecola di 2. 16) piegare quali delle seguenti sostanze possono essere liquefatte a temperatura ambiente per semplice compressione: a) 2 ; b) vapore d 2 ; c) Ar; d) 3. Il vapore d acqua e il metanolo ( 3 ) per la formazione di forti legami a idrogeno. L ossigeno molecolare e l argon, essendo apolari e poco polarizzabili, presentano una temperatura di liquefazione molto più bassa. 17)Per i seguenti composti, indicare il tipo di legami, disegnare la formula di struttura e dire quale è solido, quale liquido e quale gassoso in condizioni ambiente: a)rb 2 ; b) i 3 Br c) 2 2 a) 2Rb + 2 legame ionico, solido; b) legami covalenti con angoli 109, gassosa (forze dipolo dipolo deboli); c) legami covalenti con angoli 100, liquida (legami a idrogeno) 18) L'ossigeno e lo zolfo danno con l'idrogeno i composti 2 e 2. A 25 e 1 atm l'acqua è liquida, mentre 2 è un gas. piegare il motivo di questa differenza. ell' acqua esistono forti legami a idrogeno, in 2 no (diversa elettroneg. fra e ) 19)Le seguenti sostanze, in ciascun gruppo di tre, sono ordinate secondo il punto di ebollizione crescente. Per ciascun gruppo indicare le interazioni coinvolte e dare una spiegazione della tendenza osservata: a) 4, 2 6, 3 8, b) Ar, l, a)orze di interazione dipolo indotto-dipolo indotto, che aumentano con la massa molare. b)per legame idrogeno, per l interazioni dipolo-dipolo, di intensità minore delle precedenti, per Ar interazioni dipolo indotto-dipolo indotto. 20) i considerino le seguenti specie chimiche allo stato solido: Ba, 3, diam, Ti, 2 e Ar. Indicare per ciascuna di esse il tipo di solido cristallino e il tipo di interazioni responsabili della formazione del solido. Ba, solido ionico: interazioni ioni di carica opposta 3, solido molecolare: legami idrogeno diam, solido covalente: legami covalenti Ti, solido metallico: interazioni cationi metallici-elettroni delocalizzati 2, solido molecolare interazioni dipolo indotto-dipolo indotto Ar,solido atomico: interazioni dipolo indotto-dipolo indotto 21) crivere la geometria molecolare di i 2, 4 3, 3 e 3 2. Discuterne la geometria e la polarità. A che tipo di solidi potranno dare luogo? Quali di queste sostanze saranno solubili in acqua e quali in benzene? i 2 : solido covalente o reticolare. Insolubile in 2 e 6 6. i tetraedrico, "a ponte" tra due atomi di i. b) solido ionico. tetraedrico in + 4, triangolare planare in - 3. olubile in 2. c) 3 - -, apolare. Deriva dall'etino: primo tetraedrico, gli altri due lineari. olido molecolare a bassa T (a T ambiente è gassoso). olubile in 6 6. d) 3-2. e tetraedrici. Polare. olido molecolare a bassa T (a T ambiente è liquido). olubile in 2, forma legami a idrogeno.

12 22) piegare perchè l'acido solforico ha una temperatura di ebollizione di 330, mentre l'acqua bolle a 100. Perchè in base alla sua struttura l'acido solforico può fare molti legami a idrogeno tramite sia gli atomi di (δ+) che di (δ-), mentre l'acqua ne può fare molti meno (quattro al massimo). 23) Due delle seguenti sostanze sono solide, una è liquida e una è gassosa in condizioni ambiente. Riconoscere quali sono in base alla loro struttura: a) KBr b) Al 2 3 c) l 2 d) 2 4 a) olido ionico K + Br - ; b) olido covalente (alta T fus...) c) Gas: molecola apolare d) Liquido: legami a idrogeno fra le molecole 24) Disegnare la formula di struttura dei seguenti composti, prevedere quale di essi sarà solido, quale liquido e quale gassoso in condizioni ambiente e prevederne la solubilità in acqua: a) 3 ; b) Bal 2 ; c) 2. a) tetraedrica, covalente polare, liquida e solubile in acqua a causa di legami a idrogeno. b) Ba 2+ 2l - omposto ionico, solido, solubile in acqua. c) covalente apolare, quindi gassosa e non solubile in acqua: 25) Discutere qualitativamente la solubilità in acqua e in benzene: a) i 2 ; b) 4 ; c) al 2 ; d) 2 a)insolubile sia in acqua che in benzene perchè è un solido covalente; b) molecola apolare solubile in benzene (apolare) e non in acqua (polare) c) solido ionico solubile in acqua e non in benzene; d) molecola poco polare solubile in benzene e anche in acqua, perchè forma acido solforoso 26) Quali proprietà fisiche sfruttereste per separare l elio e l azoto presenti in una miscela gassosa? Quali sono le ragioni strutturali che determinano le differenti proprietà dei due gas? i può procedere ad un processo di liquefazione per compressione sotto la temperatura critica, che è molto più elevata per 2 che non per il gas monoatomico nobile e. La ragione per cui le forze intermolecolari di tipo dispersivo (forze di dispersione di London) sono molto più deboli nel caso di e sono da ricercare nella più ridotta polarizzabilità di questo atomo rispetto alla molecola di 2. 27) Quali sono le principali forze intermolecolari presenti nei seguenti liquidi (a opportune temperature e pressioni): a) acido solforico; b) metano; c) acido cloridrico. a) forti legami a ; b) dip. indotto - dip. indotto; c) dipolo- dipolo e dipolo indotto-dipolo indotto. 28) piegare perchè in condizioni ambiente il cloro è gassoso, mentre le iodio è solido. Entrambi appartengono al settimo gruppo, ma l è nel 3 periodo, I nel 5. Perciò la molecola I 2 è più polarizzabile di quella di l 2 (elettroni di valenza più lontani dai nuclei), quindi presenta delle forze dipolo indotto - dipolo indotto più forti.

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