Lezione 8:Esercizi

Dr. Simona ConcilioDr. Simona Concilio

Università di SalernoUniversità di Salerno

Lezione 8

1. Bilanciamenti di materia

2. Calcoli stechiometrici

3. Reagenti in eccesso e in difetto

4. Formule minime e molecolari

Reagente in eccesso e in difetto

Il reagente in difetto (reagente limitante) è quello che in una reazione quantitativa si consuma completamente.

1CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

16g 48g

Corrispondono a

1 mole 1.5 moli

Il rapporto tra le moli necessario per una reazione completa deve essere pari al rapporto stechiometrico (nell’esempio ½)

n (CH4) = 1 mole > 1 in questo caso il rapporto in

n (O2) 1.5 moli 2 moli è superiore al rapporto

stechiometrico CH4 è in eccesso e l’ossigeno

è limitante

Esercizio 1

Bilanciare la seguente reazione chimica e calcolare quanti grammi di CO2 si ottengono facendo reagire 2.00 g di CH4 con 3.00 g di O2.

(p.a. C=12.01; p.a. O=16.00; p.a. H=1.008)

CH4 + O2 CO2 + H2O

Esercizio 2

Bilanciare la seguente reazione chimica (per tentativi) e calcolare quanti grammi di CO2 si ottengono facendo reagire 4.00 g di O2 con 8.00 g di C6H12O6.

(p.a. C=12.01; p.a. O=16.00; p.a. H=1.008)

O2 + C6H12O6 CO2 + H2O

Esercizio 3

Calcolare i grammi di MgBr2 che si ottengono quando si mettono a reagire 48.02 g di AlBr3 con 38.53 g di MgSO4, secondo la seguente reazione da bilanciare (bilanciare mediante bilanciamento analitico dei singoli elementi):

a AlBr3 + b MgSO4 → c Al2(SO4)3 + d MgBr2

(p.a. Al = 26.98; p.a. Br = 79.92; p.a. O = 16.00;

p.a. Mg = 24.32; p.a. S = 32.07)

Esercizio 4

Calcolare i grammi di Al2(SO4)3 che si ottengono quando si mettono a reagire 33.34 g di AlCl3 con 46.88 g di Na2SO4, secondo la seguente reazione da bilanciare (bilanciare mediante bilanciamento analitico dei singoli elementi):

a AlCl3 + b Na2SO4 → c Al2(SO4)3 + d NaCl

(p.a. Al = 26.98; p.a. Cl = 35.46; p.a. Na = 22.99; p.a. S = 32.07; p.a. O = 16.00)

Esercizio 5

Calcolare i grammi di Mg3(PO4)2 che si ottengono quando si mettono a reagire 21.11 g di Mg2SiO4 con 30.49 g di AlPO4, secondo la seguente reazione da bilanciare (bilanciare mediante bilanciamento analitico dei singoli elementi):

a Mg2SiO4 + b AlPO4 → c Mg3(PO4)2 + d Al4(SiO4)3

(p.a. Mg = 24.32; p.a. Si = 28.09; p.a. O = 16.00; p.a. Al = 26.98; p.a. P = 30.98)

Esercizio 6

Un composto organico, di peso molecolare 186.132, è costituito dal 38.71 % in peso di carbonio, 4.87 % di idrogeno, 25.79 % di ossigeno, 30.62% di fluoro. Si calcoli la formula molecolare del composto.

(p.a. C = 12.01; p.a. H = 1.008 ;

p.a. F = 19.00; p.a. O =16.00).

Esercizio 7

1) Un composto organico, di peso molecolare 120.156, è costituito dal 39.98 % in peso di carbonio, 10.07 % di idrogeno, 26.63 % di ossigeno, 23.32 % di azoto. Si calcoli la formula molecolare del composto.

(p.a. C = 12.01; p.a. H = 1.008 ;

p.a. N = 14.01; p.a. O =16.00).

Lezione 9

Teoria del legame di valenvaIbridazione (I)

Dr. Simona Concilio

Università di Salerno

Lezione 91. Teoria della VB

2. Sovrapposizione di orbitali atomici

3. Correzione alla geometria molecolare: Ibridazione

4. Ibridi sp, sp2 ed sp3

5. Esempi di molecole

Legame covalente

2 teorie di legame

Valence Bond (VB)

Nata con Lewis e sviluppata da Pauling

Orbitali molecolari (MO)

Nata da Condon, Heitler, London e sviluppata da R. Mulliken

Forze attrattive e repulsive nel legame covalente

Le attrazioni nucleo-elettrone e le repulsioni nucleo-nucleo ed elettrone-elettrone avvengono simultaneamente.In corrispondenza di una certa distanza ottimale (la lunghezza di legame), le forze attrattive equilibrano le forze repulsive. L’attrazione esercitata dai nuclei sugli elettroni condivisi determina l’energia di legame.

VALENCE BOND THEORY

Linus Pauling

• orbitali atomici semi occupati si sovrappongono per formare legami

• le coppie di elettroni di legame sono localizzate tra gli atomi

• gli elettroni non leganti sono localizzati sugli atomi

• Il numero massimo di legami che un atomo può formare è pari al numero di orbitali utilizzabili contenenti un elettrone (la valenza)

• In generale ogni atomo accoppiando tutti gli elettroni negli orbitali, arriva alla configurazione di guscio completo (regola del gas nobile).

Qualche esempio

La sovrapposizione di orbitali atomici

Un legame covalente è formato da una coppia di elettroni a spin antiparallelo condivisa da due atomi.

Un legame covalente deriva dalla sovrapposizione (o compenetrazione) di due orbitali di due atomi che complessivamente contengono due elettroni.

L’area in comune ai due orbitali è detta area di sovrapposizione.

Il legame è tanto più stabile quanto maggiore è la sovrapposizione fra gli orbitali.

Poiché gli elettroni sono indistinguibili, il legame può essere formato anche dalla sovrapposizione di un orbitale vuoto di un atomo con un orbitale contenente due elettroni di un altro atomo → legame dativo

La sovrapposizione di orbitali atomici

Legami e

La sovrapposizione di orbitali atomici

Forza e lunghezza di legame

Legame : la zona di ricopertura di due orbitali si trova sulla congiungente i due nuclei ed è compresa fra questi.

Legame : la zona di ricoperture di due orbitali si trova fuori della congiungente dei due nuclei.

La ricopertura degli orbitali risulta sempre minore di quella degli orbitali , per cui un legame è sempre meno forte di un legame .

All’aumentare dell’ordine di legame aumenta l’energia del legame e diminuisce la lunghezza di legame, per cui diminuisce la distanza fra i nuclei legati.Es. NN , N=N, N–N hanno energie: 946, 418, 160 kJ/mol, e distanze 0,110, 0,125 e 0,145 nm.

Es. Molecola di Idrogeno H2

H H H H

H H HH

O rb ita li sep a ra tis S o v rap p o siz io n e d eg li o rb ita li s

O rb ita le d i leg am e

L’orbitale di legame che deriva dalla fusione di 2 orbitali s si chiama orbitale e il legame si dice legame . Questo orbitale ha forma elongata e simmetria cilindrica, con l’asse più lungo giacente sulla linea che unisce i due nuclei

La molecola di fluoro: F2

F : 1s2 2s2 2p5

F F

F F

F F

O rb ita li sep a ra tip

S o v ra p p o siz io n e d e g li o rb ita li p

O rb ita le d i le g a m e

1 s 2 s 2 p

La molecola dell’azoto: N2

Ciascun atomo di azoto (1s2 2s2 2p3) mette a comune con l’altro atomo i 3 elettroni p dispari, realizzando la struttura di ottetto e dando luogo alla formazione di un triplo legame. Poiché gli orbitali p sono ortogonali fra loro, i px si ricoprono lungo la congiungente dei due nuclei formando un legame s, mentre gli altri 2 orbitali py e pz si ricoprono due a due formando 2 legami di tipo .

P px

Ppy

P pz

P px

P py

P pz

Il legame e nelle molecole biatomiche

Legami e nella molecola di O2

OO

Legami e nella molecola di N2

NN

La sovrapposizione degli orbitali atomici suggerisce un angolo di legame di 90°.

L’evidenza sperimentale dice che l’angolo H–O–H è di 105°.

L’evidenza sperimentale dice che nella molecola di metano (CH4) i 4 legami sono uguali e la molecola ha geometria tetraedrica, con angoli di legame H–C–H di 109,5°.

La configurazione elettronica a minima energia per un atomo di C isolato è: 1s2 2s2 2p2

La configurazione elettronica a minima energia per un atomo di C legato è: 1s2 2s1 2p3

con valenza =4

Ma anche in questo stato il C non ha 4 orbitali atomici equivalenti…non si spiega la geometria del metano!

Risolviamo il problema della geometria: l’ibridazione (Pauling 1931)Orbitali ibridi risultano dall’incrocio (o ibridizzazione) degli orbitali atomici primitivi propri dell’atomo isolato.

Dal numero e dal tipo degli orbitali atomici puri che insieme contribuiscono alla formazione di un orbitale ibrido dipende la forma di questo e la sua orientazione nello spazio.

Solo orbitali atomici con energie vicine possono ibridarsi poiché a ciò corrisponde la massima sovrapposizione.

Dall’ibridazione di n orbitali atomici puri derivano altrettanti orbitali ibridi.

Gli orbitali ibridi hanno tutti la stessa energia (sono degeneri) intermedia fra quella degli orbitali di partenza.

Gli orbitali ibridi sp3 in CH4

Nel metano, i quattro orbitali sp3 di C sono orientati verso i vertici di un tetraedro e si sovrappongono agli orbitali 1s di quattro atomi di H.

Espansione di valenza e mescolamento

Ibridazione I

Come si formano i 2 orbitali sp

Come si formano i 3 orbitali sp2

Come si formano i 4 orbitali sp3

)2(2

1

)2(2

1

1

1

lpxlp

lpxlp

p

p

p

character

s

character

Bonding

orbital

80% 20%

Lone pair

orbital

70% 30%

p

character

s

character

Bonding

orbital

77% 23%

Lone pair

orbital

69% 31%

Gli orbitali ibridi sp2 in BF3

I tre orbitali ibridi sp2 di B sono orientati a 120° l’uno rispetto all’altro, e l’orbitale 2p non ibridato è perpendicolare al piano di legame trigonale.

Rotazione limitata delle molecole con legami

A. Il cis- e B. il trans-1,2-dicloroetilene esistono come molecole distinte perché il legame p tra gli atomi di C limita la rotazione e mantiene due differenti posizioni relative degli atomi di H e di Cl.

Promotion022 221 pss 112 221 pss

)22(2

1xa ps

)22(2

1xb ps

Carattere

p

Carattere

s

Orbitale legante

50% 50%

La geometria è analoga a quella di BeH2

Gli orbitali ibridi sp nella molecola di BeCl2