POLITECNICO DI MILANO ING. ENGAESMEC Corso di ONDAMENTI DI CHIMICA sez. MOM RAE, docente Cristian Gambarotti a.a. 2012/2013 I PROVA IN ITINERE 16112012 A 1 Considerando un generico atomo plurielettronico, quanti elettroni possono avere numero quantico principale n = 4? motivare la risposta: (3 punti) Per n = 4 si ha che l = 0, 1, 2, 3. Ricordando che per il principio di esclusione di Pauli all interno dello stesso orbitale si possono avere 2 e con spin antiparallelo, per l = 0 4s = 2 e, l = 1 4p = 6 e, l = 2 4d = 10 e, l = 3 4f = 14 e, totale = 32 e per n = 4 2 Perche i solidi ionici sono fragili mentre i solidi metallici sono duttili e malleabili? Motivare BENE la risposta: Svolgimento I metalli sono duttili e malleabili perchè, per azione di una forza esterna, i vari piani reticolari degli ioni immersi nella nube diffusa di elettroni possono scorrere gli uni sugli altri senza portare a variazioni nella struttura reticolare. Per questo possono essere facilmente deformati e modellati. Repulsione Nei solidi ionici lo slittamento dei piani reticolari, dovuto alla forza applicata, provoca la frattura a causa della forte repulsione elettrostatica tra ioni dello stesso segno che vengono a contatto a seguito dello slittamento. 3 Data la seguente reazione, calcolarne il H r utilizzando solamente i H r delle reazioni a), b), c). C 3 H 4(g) 2H 2(g) C 3 H 8(g) a) H 2(g) ½O 2(g) H 2 O (l) H r = 285.8 kj b) C 3 H 4(g) 4O 2(g) 3CO 2(l) 2H 2 O (l) H r = 1937 kj c) C 3 H 8(g) 5O 2(g) 3CO 2(l) 4H 2 O (l) H r = 2220 kj 2 (a) (b) (c) = 2 (285.8) 1937 2220 = 288.6 kj 4 In uno scambiatore di calore vengono fatti passare 1.8 Kg/minuto di vapore acqueo (H 2 O (vap) ) Il vapore entra nello scambiatore ad una T iniziale pari a 180 C ed esce dallo scambiatore sotto forma di H 2 O liquida a 50 C. Calcolare: a) il calore totale ceduto ogni minuto dall H 2 O nello scambiatore b) la stessa acqua in uscita dallo scambiatore viene riutilizzata per produrre il vapore, quanti Lt di metano (methane, CH 4 ), misurati a 25 C e 1atm, è necessario bruciare (combustione) ogni minuto per poter produrre 1.8 Kg/minuto di vapore acqueo a 180 C partendo da acqua a 50 C? H evap H 2 O = 2272 kj/kg, c p H 2 O (l) = 4.186 kj/kg K, c p H 2 O (v) = 1.926 kj/kg K H 2 O (vap) (180 C) H 2 O (vap) (100 C) H 2 O (liq) (100 C) H 2 O (liq) (50 C) Q tot = (1.8*1.926*80) (1.8*2272) (1.8*4.186*50) = 4744 KJ/minuto ceduti nello scambiatore H comb (methane) = 890 KJ/mole n moli metano necessarie ogni minuto = 4744/890 = 5.33 moli/minuto PV = nrt V = (5.33*0.0821*298)/1 = 130 Lt/minuto necessari 5 Perché il K fonde a 773 C mentre lo iodio fonde solamente a 114 C? Motivare. (3 punti) Il K è un solido ionico, ovvero un solido costituito da ioni che sono tenuti insieme da intense forze elettrostatiche. Gli ioni si impaccano in modo da circondarsi del maggior numero possibile di ioni di
segno opposto in modo da massimizzare le interazioni. Lo iodio è una molecola apolare e costituisce un solido molecolare le cui molecole sono tenute insieme da deboli forze di London. Per questo il K fonde a 773 C mentre l I 2 a soli 114 C. 6 Delle seguenti sostanze, descrivere le strutture di Lewis, tipologia di legami coinvolti tra gli atomi, geometria molecolare, polarità, interazioni intermolecolari e tipologia del solido che formano: CaO, CH 3, P 5, SiO 2, HNO 3 (5 punti) CaO: Ca 2 O 2, legame ionico, solido ionico CH 3 : H C legami covalenti, tetraedrica (sp 3 ) molecola polare, interazioni dipolodipolo, solido molecolare P 5 : P legami covalenti, bipiramide trigonale (sp 3 d) molecola apolare, interazioni London, solido molecolare SiO 2 : Legami covalenti estesi a tutto il cristallo, solido covalente. HNO 3 : H O N O N trigonale planare, polare, legameh, solido molecolare O 7 Definire il raggio atomico e dire come varia nella tavola periodica lungo gruppi e periodi, motivando BENE la risposta. Il raggio atomico è definito come metà della distanza di avvicinamento tra due atomi dello stesso elemento in r atomo = ½ d una molecola (gas o in un cristallo metallico). H H Diminuisce lungo il periodo perché il livello n rimane lo stesso mentre Z eff aumenta e aumenta lungo il gruppo d = 74 pm, r = 37 pm perché n aumenta anche se Z eff rimane pressoché d r invariata. A n 2 /Z eff 8 Una mole di gas ideale (c p = 5/2 R, c v = 3/2 R; R = costante dei gas ideali) subisce la trasformazione ciclica reversibile riportata in figura; i percorsi 2 3 e 4 1 sono trasformazioni isoterme reversibili. (6 punti) Calcolare: a) La temperatura nei punti 1, 2, 3 e 4. b) Il lavoro nei singoli tratti 1 2, 2 3, 3 4 e 4 1 c) H e U nei singoli tratti 1 2, 2 3, 3 4 e 4 1 PV = RT (1 mole di gas ideale) T 1 = T 4 = P 1 V 1 /R = (1 atm 22.414 Lt) / 0.0821 Lt atm/k mole = 273 K T 2 = T 3 = P 2 V 2 /R = (1 atm 44.828 Lt) / 0.0821 Lt atm/k mole = 546 K
L 1 2 = P 1 (V 2 V 1 ) 101.325 = 2271 J (= 2271 J espansione) L 2 3 = RT 2 ln(v 3 /V 2 ) = 8.31 J/K mole 546 ln(89.656/44.828) = 3145 J (= 3145 J espansione) L 3 4 = P 3 (V 4 V 3 ) 101.325 = 2271 J (= 2271 J compressione) L 4 1 = RT 4 ln(v 1 /V 4 ) = 8.31 J/K mole 273 ln(22.414/44.828) = 1573 J (= 1573 J compressione) H 1 2 = c p (T 2 T 1 ) = 5/2 8.31 J/K mole (546 273) = 5672 J U 1 2 = c v (T 2 T 1 ) = 3/2 8.31 J/K mole (546 273) = 3403 J H 2 3 = U 2 3 = H 4 1 = U 4 1 = 0 perchè isotermo reversibile H 3 4 = c p (T 4 T 3 ) = 5/2 8.31 J/K mole (273 546) = 5672 J U 3 4 = c v (T 4 T 3 ) = 3/2 8.31 J/K mole (273 546) = 3403 J
POLITECNICO DI MILANO ING. ENGAESMEC Corso di ONDAMENTI DI CHIMICA sez. MOM RAE, docente Cristian Gambarotti a.a. 2012/2013 I PROVA IN ITINERE 16112012 B Considerando un generico atomo plurielettronico, quanti elettroni possono avere numero quantico principale n = 4? motivare la risposta: (3 punti) Per n = 4 si ha che l = 0, 1, 2, 3. Ricordando che per il principio di esclusione di Pauli all interno dello stesso orbitale si possono avere 2 e con spin antiparallelo, per l = 0 4s = 2 e, l = 1 4p = 6 e, l = 2 4d = 10 e, l = 3 4f = 14 e, totale = 32 e per n = 4 2 Perche i solidi ionici sono fragili mentre i solidi metallici sono duttili e malleabili? Motivare BENE la risposta: Svolgimento I metalli sono duttili e malleabili perchè, per azione di una forza esterna, i vari piani reticolari degli ioni immersi nella nube diffusa di elettroni possono scorrere gli uni sugli altri senza portare a variazioni nella struttura reticolare. Per questo possono essere facilmente deformati e modellati. Repulsione Nei solidi ionici lo slittamento dei piani reticolari, dovuto alla forza applicata, provoca la frattura a causa della forte repulsione elettrostatica tra ioni dello stesso segno che vengono a contatto a seguito dello slittamento. 3 Data la seguente reazione, calcolarne il H r utilizzando solamente i H r delle reazioni a), b), c). 2 N 2(g) 5 O 2(g) 2 N 2 O 5(g) a) 2 H 2(g) O 2(g) 2 H 2 O (g) H r = 483.6 kj b) 2 HNO 3(aq) N 2 O 5(g) H 2 O (g) H r = 218.4 kj c) N 2(g) 3 O 2(g) H 2(g) 2 HNO 3(aq) H r = 414.8 kj (a) 2 (b) 2 (c) H reaz = (483.6) 2 (218.4) 2 (414.8) = 782.8 kj 4 In uno scambiatore di calore vengono fatti passare 1.5 Kg/minuto di vapore acqueo (H 2 O (vap) ) Il vapore entra nello scambiatore ad una T iniziale pari a 200 C ed esce dallo scambiatore sotto forma di H 2 O liquida a 50 C. Calcolare: a) il calore totale ceduto ogni minuto dall H 2 O nello scambiatore b) la stessa acqua in uscita dallo scambiatore viene riutilizzata per produrre il vapore, quanti Lt di acetilene (ethyne, C 2 H 2 ), misurati a 25 C e 1atm, è necessario bruciare (combustione) ogni minuto per poter produrre 1.5 Kg/minuto di vapore acqueo a 200 C partendo da acqua a 50 C? H evap H 2 O = 2272 kj/kg, c p H 2 O (l) = 4.186 kj/kg K, c p H 2 O (v) = 1.926 kj/kg K H 2 O (vap) (200 C) H 2 O (vap) (100 C) H 2 O (liq) (100 C) H 2 O (liq) (50 C) Q tot = (1.5*1.926*100) (1.5*2272) (1.5*4.186*50) = 4011 KJ/minuto ceduti nello scambiatore H comb (C 2 H 2 ) = 1300 KJ/mole n moli acetilene necessarie ogni minuto = 4011/1300 = 3.085 moli/minuto PV = nrt V = (3.085*0.0821*298)/1 = 75.5 Lt/minuto necessari 5 Perché il Ca 2 fonde a 772 C mentre lo iodio fonde solamente a 114 C? Motivare. (3 punti)
Il Ca 2 è un solido ionico, ovvero un solido costituito da ioni che sono tenuti insieme da intense forze elettrostatiche. Gli ioni si impaccano in modo da circondarsi del maggior numero possibile di ioni di segno opposto in modo da massimizzare le interazioni. Lo iodio è una molecola apolare e costituisce un solido molecolare le cui molecole sono tenute insieme da deboli forze di London. Per questo il Ca 2 fonde a 772 C mentre l I 2 a soli 114 C. 6 Delle seguenti sostanze, descrivere le strutture di Lewis, tipologia di legami coinvolti tra gli atomi, geometria molecolare, polarità, interazioni intermolecolari e tipologia del solido che formano: S 4, C diamante, HNO 2, K, B 3 (5 punti) S 4 : S : legami covalenti, altalena, molecola polare, interazioni dipolodipolo, solido molecolare C diamante : tutti C sp 3 tetraedrici, legami covalenti estesi a tutto il cristallo solido covalente, HNO 2 : O N O H legami covalenti tra gli atomi, angolare (rispetto N e O), molecola polare, interazioni dipolodipolo e legame idrogeno, solido molecolare K: K, legame ionico, solido ionico, interazioni elettrostatiche B 3 : B legami covalenti, trigonale planare, apolare, interazioni London, solido molecolare 7 Definire il raggio atomico e dire come varia nella tavola periodica lungo gruppi e periodi, motivando BENE la risposta. Il raggio atomico è definito come metà della distanza di avvicinamento tra due atomi dello stesso elemento in r atomo = ½ d una molecola (gas o in un cristallo metallico). H H Diminuisce lungo il periodo perché il livello n rimane lo stesso mentre Z eff aumenta e aumenta lungo il gruppo d = 74 pm, r = 37 pm perché n aumenta anche se Z eff rimane pressoché d r invariata. A n 2 /Z eff 8 Una mole di gas ideale (c p = 5/2 R, c v = 3/2 R; R = costante dei gas ideali) subisce la trasformazione ciclica reversibile riportata in figura; i percorsi 1 2 e 3 4 sono trasformazioni isoterme reversibili. (6 punti) Calcolare: a) La temperatura nei punti 1, 2, 3 e 4. P b) Il lavoro nei singoli tratti 1 2, 2 3, atm 4 1 3 4 e 4 1 2 c) H e U nei singoli tratti 1 2, 2 3, 3 4 e 4 1 PV = RT (1 mole di gas ideale) 1 2 T 1 = T 2 = P 1 V 1 /R = (2 atm 22.414 Lt) / 3 0.0821 Lt atm/k mole = 546 K 11.207 22.414 44.828 V (dm 3 )
T 3 = T 4 = P 3 V 3 /R = (1 atm 22.414 Lt) / 0.0821 Lt atm/k mole = 273 K L 1 2 = RT 1 ln(v 2 /V 1 ) = 8.31 J/K mole 546 ln(44.828/22.414) = 3145 J (= 3145 J espansione) L 2 3 = P 2 (V 3 V 2 ) 101.325 = 2271 J (= 2271 J compressione) L 3 4 = RT 4 ln(v 4 /V 3 ) = 8.31 J/K mole 273 ln(11.207/22.414) = 1573 J (= 1573 J compressione) L 4 1 = P 4 (V 1 V 4 ) 101.325 = 2271 J (= 2271 J espansione) H 1 2 = U 1 2 = H 3 4 = U 3 4 = 0 perchè isotermo reversibile H 2 3 = c p (T 3 T 2 ) = 5/2 8.31 J/K mole (273 546) = 5672 J U 2 3 = c v (T 3 T 2 ) = 3/2 8.31 J/K mole (273 546) = 3403 J H 4 1 = c p (T 1 T 4 ) = 5/2 8.31 J/K mole (546 273) = 5672 J U 4 1 = c v (T 1 T 4 ) = 3/2 8.31 J/K mole (546 273) = 3403 J
POLITECNICO DI MILANO ING. ENGAESMEC Corso di ONDAMENTI DI CHIMICA sez. MOM RAE, docente Cristian Gambarotti a.a. 2012/2013 I PROVA IN ITINERE 16112012 C 1 Considerando un generico atomo plurielettronico, quanti elettroni possono avere numero quantico principale n = 4? motivare la risposta: (3 punti) Per n = 4 si ha che l = 0, 1, 2, 3. Ricordando che per il principio di esclusione di Pauli all interno dello stesso orbitale si possono avere 2 e con spin antiparallelo, per l = 0 4s = 2 e, l = 1 4p = 6 e, l = 2 4d = 10 e, l = 3 4f = 14 e, totale = 32 e per n = 4 2 Perche i solidi ionici sono fragili mentre i solidi metallici sono duttili e malleabili? Motivare BENE la risposta: I metalli sono duttili e malleabili perchè, per azione di una forza esterna, i vari piani reticolari degli ioni immersi nella nube diffusa di elettroni possono scorrere gli uni sugli altri senza portare a variazioni nella struttura reticolare. Per questo possono essere facilmente deformati e modellati. Repulsione Nei solidi ionici lo slittamento dei piani reticolari, dovuto alla forza applicata, provoca la frattura a causa della forte repulsione elettrostatica tra ioni dello stesso segno che vengono a contatto a seguito dello slittamento. 3 Data la seguente reazione, calcolarne il H r utilizzando solamente i H r delle reazioni a), b), c). 2 N 2 O 5(g) 2 N 2(g) 5 O 2(g) a) 2 HNO 3(aq) N 2 O 5(g) H 2 O (g) H r = 218.4 kj b) 2 H 2(g) O 2(g) 2 H 2 O (g) H r = 483.6 kj c) N 2(g) 3 O 2(g) H 2(g) 2 HNO 3(aq) H r = 414.8 kj 2 (a) (b) 2 (c) H reaz = 2 (218.4) (483.6) 2 (414.8) = 782.8 kj 4 In uno scambiatore di calore vengono fatti passare 2.5 Kg/minuto di vapore acqueo (H 2 O (vap) ) Il vapore entra nello scambiatore ad una T iniziale pari a 160 C ed esce dallo scambiatore sotto forma di H 2 O liquida a 45 C. Calcolare: a) il calore totale ceduto ogni minuto dall H 2 O nello scambiatore b) la stessa acqua in uscita dallo scambiatore viene riutilizzata per produrre il vapore, quanti Lt di propano (propane, C 3 H 8 ), misurati a 25 C e 1atm, è necessario bruciare (combustione) ogni minuto per poter produrre 2.5 Kg/minuto di vapore acqueo a 160 C partendo da acqua a 45 C? H evap H 2 O = 2272 kj/kg, c p H 2 O (l) = 4.186 kj/kg K, c p H 2 O (v) = 1.926 kj/kg K H 2 O (vap) (160 C) H 2 O (vap) (100 C) H 2 O (liq) (100 C) H 2 O (liq) (45 C) Q tot = (2.5*1.926*60) (2.5*2272) (2.5*4.186*55) = 6544 KJ/minuto ceduti nello scambiatore H comb (C 3 H 8 ) = 2220 KJ/mole n moli metano necessarie ogni minuto = 6544/2220 = 2.95 moli/minuto PV = nrt V = (2.95*0.0821*298)/1 = 72.2 Lt/minuto necessari 5 Perché l Mg 2 fonde a 714 C mentre lo iodio fonde solamente a 114 C? Motivare. (3 punti)
Il Ca 2 è un solido ionico, ovvero un solido costituito da ioni che sono tenuti insieme da intense forze elettrostatiche. Gli ioni si impaccano in modo da circondarsi del maggior numero possibile di ioni di segno opposto in modo da massimizzare le interazioni. Lo iodio è una molecola apolare e costituisce un solido molecolare le cui molecole sono tenute insieme da deboli forze di London. Per questo l Mg 2 fonde a 714 C mentre l I 2 a soli 114 C. 6 Delle seguenti sostanze, descrivere le strutture di Lewis, tipologia di legami coinvolti tra gli atomi, geometria molecolare, polarità, interazioni intermolecolari e tipologia del solido che formano: H 2 SO 4, Si, KI, PO 3, P 5 (5 punti) H 2 SO 4 : O O S OH OH legami covalenti (risonanti), tetraedrica rispetto S, molecola polare, interazioni dipolodipolo, legame H, solido molecolare Si: legami covalenti estesi a tutto il cristallo, solido covalente. KI: [K I ], legame ionico, interazioni elettrostatiche, solido ionico. PO 3 : O P legami covalenti, tetraedrica, molecola polare, interazioni dipolodipolo, solido molecolare P 5 : P legami covalenti, bipiramide trigonale (sp 3 d) molecola apolare, interazioni London, solido molecolare 7 Definire il raggio atomico e dire come varia nella tavola periodica lungo gruppi e periodi, motivando BENE la risposta. Il raggio atomico è definito come metà della distanza di avvicinamento tra due atomi dello stesso elemento in r atomo = ½ d una molecola (gas o in un cristallo metallico). H H Diminuisce lungo il periodo perché il livello n rimane lo stesso mentre Z eff aumenta e aumenta lungo il gruppo d = 74 pm, r = 37 pm perché n aumenta anche se Z eff rimane pressoché d r invariata. A n 2 /Z eff 8 Una mole di gas ideale (c p = 5/2 R, c v = 3/2 R; R = costante dei gas ideali) subisce la trasformazione ciclica reversibile riportata in figura; i percorsi 2 3 e 4 1 sono trasformazioni isoterme reversibili. (6 punti) Calcolare: a) La temperatura nei punti 1, 2, 3 e 4. b) Il lavoro nei singoli tratti 1 2, 2 3, 3 4 e 4 1 c) H e U nei singoli tratti 1 2, 2 3, 3 4 e 4 1 PV = RT (1 mole di gas ideale) T 1 = T 4 = P 1 V 1 /R = (2 atm 11.207 Lt) / 0.0821 Lt atm/k mole = 273 K
T 2 = T 3 = P 2 V 2 /R = (2 atm 22.414Lt) / 0.0821 Lt atm/k mole = 546 K L 1 2 = P 1 (V 2 V 1 ) 101.325 = 2271 J (= 2271 J espansione) L 2 3 = RT 2 ln(v 3 /V 2 ) = 8.31 J/K mole 546 ln(44.828/22.414) = 3145 J (= 3145 J espansione) L 3 4 = P 3 (V 4 V 3 ) 101.325 = 2271 J (= 2271 J compressione) L 4 1 = RT 4 ln(v 1 /V 4 ) = 8.31 J/K mole 273 ln(11.207/22.414) = 1573 J (= 1573 J compressione) H 1 2 = c p (T 2 T 1 ) = 5/2 8.31 J/K mole (546 273) = 5672 J U 1 2 = c v (T 2 T 1 ) = 3/2 8.31 J/K mole (546 273) = 3403 J H 2 3 = U 2 3 = H 4 1 = U 4 1 = 0 perchè isotermo reversibile H 3 4 = c p (T 4 T 3 ) = 5/2 8.31 J/K mole (273 546) = 5672 J U 3 4 = c v (T 4 T 3 ) = 3/2 8.31 J/K mole (273 546) = 3403 J
POLITECNICO DI MILANO ING. ENGAESMEC Corso di ONDAMENTI DI CHIMICA sez. MOM RAE, docente Cristian Gambarotti a.a. 2012/2013 I PROVA IN ITINERE 16112012 D 1 Considerando un generico atomo plurielettronico, quanti elettroni possono avere numero quantico principale n = 3? motivare la risposta: (3 punti) Per n = 4 si ha che l = 0, 1, 2. Ricordando che per il principio di esclusione di Pauli all interno dello stesso orbitale si possono avere 2 e con spin antiparallelo, per l = 0 3s = 2 e, l = 1 3p = 6 e, l = 2 3d = 10 e, totale = 18 e per n = 3 2 Perche i solidi ionici sono fragili mentre i solidi metallici sono duttili e malleabili? Motivare BENE la risposta: Svolgimento I metalli sono duttili e malleabili perchè, per azione di una forza esterna, i vari piani reticolari degli ioni immersi nella nube diffusa di elettroni possono scorrere gli uni sugli altri senza portare a variazioni nella struttura reticolare. Per questo possono essere facilmente deformati e modellati. Repulsione Nei solidi ionici lo slittamento dei piani reticolari, dovuto alla forza applicata, provoca la frattura a causa della forte repulsione elettrostatica tra ioni dello stesso segno che vengono a contatto a seguito dello slittamento. 3 Data la seguente reazione, calcolarne il H r utilizzando solamente i H r delle reazioni a), b), c). C 3 H 8(g) C 3 H 4(g) 2H 2(g) a) H 2(g) ½O 2(g) H 2 O (l) H r = 285.8 kj b) C 3 H 8(g) 5O 2(g) 3CO 2(l) 4H 2 O (l) H r = 2220 kj c) C 3 H 4(g) 4O 2(g) 3CO 2(l) 2H 2 O (l) H r = 1937 kj 2 (a) (b) (c) = 2 (285.8) 2220 1937= 288.6 kj 4 In uno scambiatore di calore vengono fatti passare 1.9 Kg/minuto di vapore acqueo (H 2 O (vap) ) Il vapore entra nello scambiatore ad una T iniziale pari a 190 C ed esce dallo scambiatore sotto forma di H 2 O liquida a 60 C. Calcolare: a) il calore totale ceduto ogni minuto dall H 2 O nello scambiatore b) la stessa acqua in uscita dallo scambiatore viene riutilizzata per produrre il vapore, quanti Lt di butano (butane, C 4 H 10 ), misurati a 25 C e 1atm, è necessario bruciare (combustione) ogni minuto per poter produrre 1.9 Kg/minuto di vapore acqueo a 190 C partendo da acqua a 60 C? H evap H 2 O = 2272 kj/kg, c p H 2 O (l) = 4.186 kj/kg K, c p H 2 O (v) = 1.926 kj/kg K H 2 O (vap) (190 C) H 2 O (vap) (100 C) H 2 O (liq) (100 C) H 2 O (liq) (60 C) Q tot = (1.9*1.926*90) (1.9*2272) (1.9*4.186*40) = 4964 KJ/minuto ceduti nello scambiatore H comb (C 4 H 10 ) = 2878 KJ/mole n moli butano necessarie ogni minuto = 4964/2878 = 1.72 moli/minuto PV = nrt V = (7.35*0.0821*298)/1 = 40.1 Lt/minuto necessari 5 Perché il Cs fonde a 645 C mentre lo iodio fonde solamente a 114 C? Motivare. (3 punti)
Il Cs è un solido ionico, ovvero un solido costituito da ioni che sono tenuti insieme da intense forze elettrostatiche. Gli ioni si impaccano in modo da circondarsi del maggior numero possibile di ioni di segno opposto in modo da massimizzare le interazioni. Lo iodio è una molecola apolare e costituisce un solido molecolare le cui molecole sono tenute insieme da deboli forze di London. Per questo il Cs fonde a 645 C mentre l I 2 a soli 114 C. 6 Delle seguenti sostanze, descrivere le strutture di Lewis, tipologia di legami coinvolti tra gli atomi, geometria molecolare, polarità, interazioni intermolecolari e tipologia del solido che formano: CH 2 2, S 6, K, HCN, H 2 SO 3 (5 punti) CH 2 2 : H H C legami covalenti, tetraedrica (sp 3 ) molecola polare, interazioni dipolodipolo, solido molecolare S 6 : S legami covalenti, ottaedro (sp 3 d 2 ) molecola apolare, interazioni London, solido molecolare K: [K ], legame ionico, interazioni elettrostatiche, solido ionico. HCN: HC N lineare, polare, solido molecolare, interazioni dipolodipolo H 2 SO 3 : O S OH OH legami covalenti (risonanti), geometria CE tetraedrica, geometria molecolare Piramidale rispetto S, molecola polare, interazioni dipolodipolo, legame H, solido molecolare 7 Definire il raggio atomico e dire come varia nella tavola periodica lungo gruppi e periodi, motivando BENE la risposta. Il raggio atomico è definito come metà della distanza di avvicinamento tra due atomi dello stesso elemento in r atomo = ½ d una molecola (gas o in un cristallo metallico). H H Diminuisce lungo il periodo perché il livello n rimane lo stesso mentre Z eff aumenta e aumenta lungo il gruppo d = 74 pm, r = 37 pm perché n aumenta anche se Z eff rimane pressoché d r invariata. A n 2 /Z eff 8 Una mole di gas ideale (c p = 5/2 R, c v = 3/2 R; R = costante dei gas ideali) subisce la trasformazione ciclica reversibile riportata in figura; i percorsi 1 2 e 3 4 sono trasformazioni isoterme reversibili. (6 punti) Calcolare: a) La temperatura nei punti 1, 2, 3 e 4. b) Il lavoro nei singoli tratti 1 2, 2 3, 3 4 e 4 1 c) H e U nei singoli tratti 1 2, 2 3, 3 4 e 4 1 PV = RT (1 mole di gas ideale) T 1 = T 2 = P 1 V 1 /R = (1 atm 44.828 Lt) / 0.0821 Lt atm/k mole = 546 K T 3 = T 4 = P 3 V 3 /R = (0.5 atm 44.828 Lt) / 0.0821 Lt atm/k mole = 273 K L 1 2 = RT 2 ln(v 2 /V 1 ) = 8.31 J/K mole 546 ln(89.656/44.828) = 3145 J (= 3145 J espansione) L 2 3 = P 2 (V 3 V 2 ) 101.325 = 2271 J (= 2271 J compressione)
L 3 4 = RT 3 ln(v 4 /V 3 ) = 8.31 J/K mole 273 ln(22.414/44.828) = 1573 J (= 1573 J compressione) L 4 1 = P 1 (V 1 V 4 ) 101.325 = 2271 J (= 2271 J espansione) H 1 2 = U 1 2 = H 3 4 = U 3 4 = 0 perchè isotermo reversibile H 2 3 = c p (T 3 T 2 ) = 5/2 8.31 J/K mole (273 546) = 5672 J U 2 3 = c v (T 3 T 2 ) = 3/2 8.31 J/K mole (273 546) = 3403 J H 4 1 = c p (T 1 T 4 ) = 5/2 8.31 J/K mole (546 273) = 5672 J U 4 1 = c v (T 1 T 4 ) = 3/2 8.31 J/K mole (546 273) = 3403 J