- Un atomo legato con altri atomi modifica la struttura elettronica esterna che possedeva prima di dare luogo al legame.

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1 NUMERO DI OSSIDAZIONE - Un atomo legato con altri atomi modifica la struttura elettronica esterna che possedeva prima di dare luogo al legame. - Nei composti ionici la modifica di tale struttura é evidente: nel NaCl il sodio perde un elettrone ed il cloro lo acquista: il sodio assume valenza +1 ed il cloro valenza (elettrovalenza) -1 (ha acquistato una carica negativa). - Nei composti covalenti non si ha il trasferimento totale di carica, ma parziale; quindi la valenza definita per i composti ionici dovrebbe assumere valori non interi, poco pratici e difficilmente determinabili. - Per risolvere tale problema si definisce il numero di ossidazione per i composti covalenti, invece che la valenza Mattiello - Il valore del numero di ossidazione é uguale in valore e segno alla valenza che avrebbe l atomo nel caso in cui il composto di cui fa parte fosse ionico. Quindi per HCl si ha: n.o.h=+1; n.o.cl=-1. - Il valore del n.o. é dato dal numero di elettroni messi a comune con gli altri atomi con cui é legato, sommando algebricamente: - il n di elettroni che l atomo mette a comune con atomi più elettronegativi, con segno + - il n di elettroni che l atomo mette a comune con atomi meno elettronegativi, con segno - - gli elettroni che vengono messi a comune con atomi uguali o di uguale elettronegatività non vengono considerati. Definizione: il n.o. di un atomo in un composto indica il n di elettroni che é necessario sommare o togliere ad un atomo per portarlo allo stato elementare Mattiello

2 Mattiello REAZIONI REDOX Come reazioni redox (o di ossidoriduzione) vengono definite quelle reazioni nelle quali si ha uno scambio di elettroni fra le specie reagenti. La specie che cede elettroni si ossida. La specie che acquista elettroni si riduce. Non può esistere una specie che acquista elettroni se non ve ne è un'altra che glieli cede. Non esiste una specie che si riduce se non ve ne è un'altra che si ossida. La specie che si riduce si comporta da ossidante e viceversa. Il numero di elettroni ceduti dalla specie riducente è pari al numero di elettroni acquistati dalla specie ossidante. In particolari reazioni redox una unica specie in parte si ossida ed in parte si riduce, tali reazioni si indicano come disproporzioni; le reazioni inverse delle disproporzioni si indicano come sinproporzioni Mattiello

3 BILANCIAMENTO DELLE REAZIONI REDOX Metodo della variazione del numero d'ossidazione 1) Stabilire le specie che si ossidano e quelle che si riducono in base alle variazioni dei loro n.o. e calcolarne il numero di elettroni scambiati. 2) Calcolare i coefficienti numerici delle specie redox in base al fatto che il numero totale degli elettroni ceduti dalla specie che si ossida devono essere uguali al numero totale degli elettroni acquistati dalla specie che si riduce. 3) Bilanciare i cationi e gli anioni che non variano il loro n.o. Esempio) Zn + HCl -> ZnCl 2 + H Mattiello BILANCIAMENTO DELLE REAZIONI REDOX Metodo ionico-elettronico 1) Scrivere le due (o più) semireazioni separatamente, considerando le specie in forma ionica o molecolare (forma "reale"), a meno che non prendano parte alla redox in forma atomica. 2) Bilanciare le semireazioni in base alle masse. Iniziare con l'ossigeno: a) bilanciare un eccesso di ossigeno con H 2 O o H + in soluzione neutra o acida, quindi controbilanciare con H + se in soluzione acida b) bilanciare un eccesso di ossigeno con OH - se in soluzione basica: aggiungere il doppio degli OH - necessari e controbilanciare con H 2 O c) se necessario ripetere l operazione per bilanciare l idrogeno d) non bilanciare ossigeno e idrogeno con O 2 e H 2 a meno che essi non siano considerati esplicitamente e) nel caso di reazioni redox che non prevedano la presenza di acqua sarà necessario, di volta in volta, individuare una coppia di specie chimiche (ovviamente non elettroattive) tramite la quale si possa realizzare il bilanciamento dell ossigeno Mattiello

4 3) Bilanciare in base alle cariche 4) Moltiplicare le semireazioni per un valore tale che il numero totale degli elettroni ceduti dalle specie che si ossidano siano uguali al numero totale degli elettroni acquistati dalle specie che si riducono. 5) Sommare le semireazioni ed elidere i termini uguali 6) Bilanciare la reazione globale considerando le specie che non prendono parte alla redox (non elettroattive) Mattiello KMnO 4 +KCl +H 2 SO 4 -> MnSO 4 +K 2 SO 4 +H 2 O +Cl Mattiello

5 Zn +NaNO 3 +NaOH -> Na 2 ZnO 2 +NH 3 +H 2 O Mattiello Cl 2 + NaOH -> NaCl +NaClO 3 +H 2 O Mattiello

6 PESO ATOMICO (massa atomica) Rapporto fra il peso medio di un atomo di un elemento ed una massa scelta arbitrariamente come unitaria cioè 1/12 della massa del 12 C (uno degli isotopi del carbonio) 1/12 della massa del 12 C "pesa" 1,66054x10-27 kg ed é indicata con u (u.m.a.=unità di massa atomica). Gli isotopi sono atomi con stessa struttura elettronica ma diversa massa atomica (neutroni nel nucleo): il P.A. medio di un elemento si ottiene facendo una media pesata degli isotopi considerando la relativa abbondanza isotopica. P.A.( 12 C)= 12,00000 P.A.( 13 C)= 13, ,89% 1,11% P.A.(C)=12,011 Peso molecolare e peso formula (Es: Na + Cl - ) P.M.(H 2 O)=(P.A.(H))x2 + (P.A.(O))= 18, Mattiello Grammoatomo: quantità di specie chimica il cui peso in grammi é uguale al valore del suo peso atomico. Oppure, P.A. espresso in grammi. 1 grammoatomo di 12 C pesa 12 grammi 1 grammoatomo di 16 O pesa 16 grammi Grammomolecola e grammoformula. Si preferisce usare il termine MOLE: quantità di materia di un sistema che contiene tante unità elementari quanti atomi sono contenuti in 0,012 kg di 12 C, cioè in 1 grammoatomo di 12 C. Una mole contiene un "numero di Avogadro" N di particelle. N = 6,023x mole 12 C pesa 12,00 grammi Quindi mol x PF= g perciò g/pf = mol ed anche PF = g/mol 2 mol di metano 32 g 3 mol di NaCl 175,35 g Mattiello

7 1kg H 2 O 55,55 mol 60 g CH 3 COOH 1 mol Calcolare la quantità di carbonio (in g) che contiene un numero di atomi di C pari al numero di atomi di Fe contenuti in 1 kg di ferro. (PA(Fe)= 55,85) R: dato che 1 mole di qualsiasi sostanza contiene lo stesso numero di particelle (nel nostro caso atomi), bisognerà calcolare il numero delle moli n moli Fe = mol Fe= g/pa = 17,9 mol Fe 17,9 mol Fe = 17,9 mol C g C =17,9 mol x PA(C) = 215 g carbonio. Data la formula bruta trovare la % in peso degli elementi - Calcolare la % peso di C ed H nel metano (CH 4 ) - Calcolare % peso degli elementi nel Na 2 CO Mattiello Calcolare la percentuale in peso di carbonio ed idrogeno nel metano. P.A.(H)=1,00; P.A.(C)=12, molecola di CH 4 (metano) contiene 1 atomo di carbonio e 4 atomi di idrogeno 1 mole di molecole di CH 4 contiene 1 mole di atomi di carbonio e 4 moli di atomi di idrogeno 1 mole di atomi di carbonio pesa 12,00 g e 4 moli di atomi di idrogeno pesano 4,00 g (4x1,00) 1 mole di molecole di CH 4 pesa 16,00 g 12,00:16,00=%C:100 dove %C=75 % 4,00:16,00=%H:100 dove %H=25 % Mattiello

8 Date le %, trovare la formula del composto. Un idrocarburo contiene il 92,25% di carbonio, qual è la sua formula, sapendo che PF=78,05? 1) solo C (12,00) ed (H 1,00) 2) 92,25 g in 100 g di prodotto, ma in una molecola che pesa 78,05 g? 92,25 g : 100 g = X C : g => X C = 72 g 3) Per cui in 1 mole X H = = 6 g di H 4) C=72/12=6 H=6/1=6 C 6 H Mattiello CALCOLI STECHIOMETRICI Data una generica reazione: αa + βb ---> γc + δd conoscendo la quantità dei reagenti viene richiesta la quantità dei prodotti. Si tratta quindi, nell ordine, di: 1) calcolare il numero delle moli di A e B a partire da g e P.F. 2) stabilire se i reagenti sono in quantità stechiometriche o se uno dei due è in difetto (la quantità della specie in difetto è quella che ovviamente condiziona la quantità di prodotti ottenibili; la quantità in eccesso dell altra specie rimarrà inalterata durante e alla fine della reazione) 3) in base ai coefficienti della reazione si ottiene la quantità di prodotto ottenibile Mattiello

9 Esempi a) 3,372 g del cloruro MeCl 4 vengono riscaldati in corrente di idrogeno e l acido cloridrico formatosi viene fatto gorgogliare in una soluzione di nitrato d argento ottenendo 5,735 g di cloruro d argento. Calcolare il peso atomico del metallo Me. P.A.(Ag)= 107,87; P.A.(Cl)=35, MeCl 4 + 2H 2 ---> Me + 4HCl 3,372/X : nhcl = 1 : 4 dove nhcl=nagcl=5,735/(107,87+35,45)=0,04 3,372/X : 0,04 = 1 : 4 => X=P.F.MeCl 4 = 337,2 P.A.Me=337,2-(4x35,45)=195, Mattiello b) Quanti g di alluminio devono essere trattati con un eccesso di acido solforico in modo da generare abbastanza idrogeno gassoso da poter ridurre 100 g di ossido di rame (II) a rame metallico? P.F.: Al=27,00; Cu=63,55; O=16,00; H 2 SO 4 =98,08; CuO=79, H 2 + CuO -----> H 2 O + Cu 100 g CuO 100/79,55 = 1,26 mol CuO 1,26 mol CuO = 1,26 mol H 2 Al + H 2 SO > H 2 + Al 2 (SO 4 ) 3 2Al + 3H 2 SO > 3H 2 + 2Al 2 (SO 4 ) 3 1,26 (mol H 2 ) : x (mol Al) = 3 : 2 x = 0,84 mol Al 22,63 g di Al Mattiello

10 ANALISI INDIRETTA Determinazione della composizione percentuale di una miscela di più sostanze mediante lo studio del comportamento chimico della miscela stessa. Nel caso di una miscela di due sostanze si avranno quindi due incognite. Sarà necessario impostare un sistema di due equazioni in due incognite: una equazione si ottiene in base alla quantità totale della miscela di partenza; la seconda si ottiene in base al comportamento chimico della miscela stessa Mattiello 1 ) Una miscela contenente Ag 2 SO 4 e PbSO 4 che pesa 10,00 g, viene trattata in modo da lasciare un residuo metallico di 6.85 g. Calcolare la % in peso di Ag 2 SO 4 e PbSO 4 nella miscela. P.F. Ag = ; Pb = 207.2; O = 16.00; S = 32.06; Ag 2 SO 4 = ; PbSO 4 = x(pbso 4 )+y(ag 2 SO 4 ) = 10 g Da una mole di PbSO 4 ( g) ottengo come residuo una mole di Pb (207.2 g), quindi, dato che mol = g/pf avremo che: mol(pbso 4 )=mol(pb) od anche : g(pbso 4 )/PF(PbSO 4 ) = g(pb)/pf(pb) cioè: PF(Pb) g(pb) = g(pbso 4 ) PF(PbSO 4 ) Mattiello

11 Stesso ragionamento per Ag.: considerando però che da 1 mole di Ag 2 SO 4 ( g) ottengo 2 moli di Ag ( g). mol(ag 2 SO 4 )=mol(ag)/2 od anche : g(ag 2 SO 4 )/PF(Ag 2 SO 4 ) = g(ag)/2pf(ag): per cui 2PF(Ag) g(ag) = g(ag 2 SO 4 ) PF(Ag 2 SO 4 ) = g(ag 2Ag 2SO 4 ) Ag 2 SO 4 g(pb) + g(ag) = 6,85 e x(pbso 4 )+y(ag 2 SO 4 ) = 10 g Risolvendo si ha: PbSO 4 = 80 %. x + y = 10 Pb 2Ag x + y = 6,85 PbSO 4 Ag 2 SO Mattiello 2 ) Dalla combustione completa di una miscela di etano e butano si ottengono 15,84 g di CO2 e 8,28 g di H2O. Calcolare le percentuali in volume dei due idrocarburi nella miscela Se x = mol C 2 H 6 ed y = mol C 4 H 10 C 2 H 6 + 7/2 O > 2 CO H 2 O C 4 H /2 O > 4 CO H 2 O (mol CO 2 da x mol C 2 H 6 ) + (mol CO 2 da y mol C 4 H 10 ) = g(co 2 )/P.F.(CO 2 ) (mol H 2 O da x mol C 2 H 6 ) + (mol H 2 O da y mol C 4 H 10 ) = g(h 2 O)/P.F.(H 2 O) 2x+4y = mol CO 2 = 15,84/44 = 0,36 3x+5y = mol H 2 O = 8,28/18 = 0,46 y=(0,36-2x)/4 3x + 5[(0,36-2x)/4] = 0,46 x=0,02 e y=0,08 da cui: %x = 20 e %y = Mattiello