Nome relatore

Introduzione al Corso

Prof. A. Citterio Dipartimento di Chimica, Materiali ed Ingegneria Chimica "Giulio Natta" http://iscamap.chem.polimi.it/citterio/it/education/general-chemistry-lessons/

Chimica Inorganica xxxxx - CCS CHI

A.A. 2017/2018 (II° Semestre)

Nome relatore

POLITECNICO DI MILANO ... Insegnamento di Chimica II ...

Lezioni (Inorgnica, Organica, Organometallica, Analitica)

Esercitazioni in Aula: Equilibri Multipli Sperimentazioni di Laboratorio (7)

Programma (50 ore)

Nome relatore

Organizzazione del Corso

Lezioni Esercitazioni

Sperimentazioni di Laboratorio

• Esercizi numerici • Uso di diagrammi • Strumentazioni analitiche

• Inquadramento Chimica Inorganica: elementi principali e di transizione

• Reattività Inorganica e Organica • Introduzione alla Organometallica e

alla Chimica Analitica

• Strumentazione, misure e analisi dati • Reattività di composti chimici

Nome relatore

Testi e Materiale per il Corso

Testi di riferimento* Materiale correlato * • F.A. Cotton, G. Wilkinson, Chimica

Inorganica Avanzata, • P. W. Atkins, T. Overton, J. Rourke, M.

Weller, F. Armstrong: Inorganic Chemistry, 4rd ed., Oxford University Press, 2006, ISBN 0-19-926463-5.

• C. E. Housecroft, A. G. Sharpe: Inorganic Chemistry, 3rd ed., Pearson, 2008, ISBN 978-0-13-175553-6.

• G. Wulfsberg, La moderna chimica inorganica: previsioni di reattività, Ed. Ambrosiana, (Mi) (interpretativo)

• lucidi lezioni (pdf)* • sperimentazioni laboratorio* • materiale complementare* Testi di Chimica Analitica

• G. Charlot, Le Razioni Chimiche in Soluzione, Piccin, (Mi) (Analitica inorganica)

• D.A.Skoog, J.J.Leary Chimica Analitica Strumentale EdISES (Na).

N.B. Integrazioni sui testi di Chimica Generale

*Internet a http://iscamap.chem.polimi.it/citterio/it/

Nome relatore

Premesse al Corso

I fondamenti della chimica del corso di CHIMICA devono essere stati assimilati, in particolare sono essenziali conoscenze di base su :

• Stechiometria (bilanci di massa e energia) • Legami chimici inter ed intramolecolari - natura e requisiti

strutturali. Relazioni tra struttura e proprietà della materia. • Termodinamica delle reazioni chimiche omogenee (effetti P, T, e

[conc.] sugli equilibri chimici.) • Stato solido - principali proprietà e strutture. • Stato liquido - proprietà - solvatazione - equilibri multipli • Reazioni acido-base (Ka, pH) ed ossido-riduttive (E°, legge di

Nernst, pile, elettrolisi) • Equilibri eterogenei - Diagrammi di stato - Kps • Cinetica - Catalisi omogenea ed eterogenea.

Nome relatore

Argomenti di Chimica Coperti

• Origine e distribuzione degli elementi. • Scelte nella preparazione di prodotti inorganici e

organici (requisiti chimici ed economici) • Relazioni struttura/proprietà in materiali inorganici e

organici. • Introduzione alla chimica organometallica • Introduzione alla chimica analitica inorganica e

strumentale • Accenni alla bio-inorganica • Tossicità e pericolosità dei composti chimici

Nome relatore

3

6,939 Li

1,007

1 H

IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIII (Transizione) IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA VIII

11

22,99 Na

37

85,47 Rb

19

39,10 K

55

132,90 Cs

87

223 Fr

4

9,012 Be 12

24,31 Mg

38

87,62 Sr

20

40,08 Ca

56

137,34 Ba

88

226 Ra

39

88,91 Y 57

138,91 La

89

227 Ac

40

91,22 Zr

22

47,90 Ti

72

178,49 Hf

Sc 21

44,96

1,008

41

92,91 Nb

23

50,94 V

73

180,95 Ta

42

95,94 Mo

24

52,00 Cr

74

183,85 W

43

98 Tc

25

54,94 Mn

75

186,2 Re

44

101,07 Ru

26

55,85 Fe

76

190,2 Os

45

102,91 Rh

27

58,93 Co

77

192,2 Ir

46

106,4 Pd

28

58,71 Ni

78

195,09 Pt

47

107,87 Ag

29

63,54 Cu

79

196,97 Au

48

112,4 Cd

30

63,37 Zn

80

200,59 Hg

5

10,81 B

13

26,981 Al

49

114,82 In

31

69,72 Ga

81

204,37 Tl

6

12,011 C

14

28,09 Si

50

118,69 Sn

32

72,59 Ge

82

207,2 Pb

7

14,007 N

15

30,97 P

51

121,75 Sb

33

74,92 As

83

208,98 Bi

8

15,999 O

16

32,06 S

52

127,6 Te

34

78,96 Se

84

209 Po

9

18,998 F

17

35,45 Cl

53

126,90 I

35

79,91 Br

85

210 At

10

20,179 Ne

18

39,95 Ar

54

131,29 Xe

36

83,80 Kr

86

222 Rn

2

4,003 He

61

147 Pm

62

150,35 Sm

63

151,96 Eu

64

157,25 Gd

65

158,9 Tb

66

162,5 Dy

67

164,93 Ho

68

167,26 Er

69

168,94 Tm

70

173,04 Yb

71

174,97 Lu

58

140,12 Ce

59

140,91 Pr

60

144,24 Nd

93

237 Np

94

242 Pu

95

243 Am

96

247 Cm

97

247 Bk

98

251 Cf

99

254 Es

100

253 Fm

101

256 Md

102

254 No

103

257 Lw

90

232,04 Th

91

231,04 Pa

92

238,03 U

Tabella Periodica degli Elementi

Nome relatore

Origine dei Nomi degli Elementi

3 Li

1 H

11

Na

37

Rb

19 K

55

Cs 87

Fr

4

Be 12 Mg

38

Sr

20 Ca

56

Ba 88

Ra

39

Y 57

La 89

Ac

40

Zr

22 Ti

72

Hf

Sc 21

41

Nb

23 V

73

Ta

42

Mo

24 Cr

74

W

43

Tc

25 Mn

75

Re

44

Ru

26 Fe

76

Os

45

Rh

27 Co

77

Ir

46

Pd

28 Ni

78

Pt

47

Ag

29 Cu

79

Au

48

Cd

30 Zn

80

Hg

5

B 13 Al

49

In

31 Ga

81

Tl

6

C

Si

50

Sn

32 Ge

82

Pb

7

N 15

P

51

Sb

33 As

83

Bi

8

O 16

S

52

Te

34 Se

84

Po

9

F 17 Cl

53

I

35 Br

85

At

10

Ne 18 Ar

54

Xe

36

Kr

86

Rn

2

He

61

Pm 62

Sm 63

Eu 64

Gd 65

Tb 66

Dy 67

Ho 68

Er 69

Tm 70

Yb 71

Lu 58

Ce 59

Pr 60

Nd 93

Np 94

Pu 95

Am 96

Cm 97

Bk 98

Cf 99

Es 100

Fm 101

Md 102

No 103

Lw 90

Th 91

Pa 92

U

14

Prechimico Astronomico Mitologico colore

Atre proprietà Geografico\Scoperte

Minerale

Geografico\Minerali

Nomi Costruiti

Nome Persone

104

Rf 105

Ha

Nome relatore

Abbondanza degli Elementi

9

Litio Carbonio

Fosforo

Univ. 6 10-8 % Terra 10-7 % Uomo 3 10-9 % Reattivo, Tossico

Univ. 0,08 % Terra 0,09 % Uomo 18 % Inerte Varie fonti: naturali (C) e sintetiche

Unica fonte: LiAlSi2O6

Organismi Viventi

Univ. : 10-4 % Terra : 0,1 % Uomo: 1 % Pericoloso Unica fonte: fosfati (Ca3PO4) Derivati tutti a partire da P4

Nome relatore

Speciazione CaCO3

10

CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g) Ca2+(aq) + 2 HCO3

−(aq)

calcite aragonite dolomia

marmo

Nome relatore

Abbondanza degli Elementi sulla Crosta Terrestre

11

Ordine Elemento % in massa 1 Ossigeno 49.2 2 Silicio 25.7 3 Alluminio 7.5 4 Ferro 4.7 5 Calcio 3.4 6 Sodio 2.6 7 Potassio 2.4 8 Magnesio 1.9 9 Idrogeno 0.9 10 Titanio 0.6 11 Cloro 0.2 12 Fosforo 0.1 13 Manganese 0.1 14 Carbonio 0.09 15 Zolfo 0.05 16 Bario 0.05 Tutti gli altri 0.51

% in peso dei composti inorganici sulla crosta

terrestre, esclusa l’acqua,

(1) SiO2 55 (2) Al2O3 15 (3) CaCO3 8.8 (4) MgO* 1.6 (5) Na2O* 1.6 (6) K2O* 1.9

} 74.9%

Abbondanza sulla crosta terrestre

log

abbo

ndan

za c

rost

ale

Z

Nome relatore

Elementi Presenti nella Crosta Terrestre, Oceano e Atmosfera

12

Crosta Terrestre Oceani Atmosfera (% in peso) (% in peso) (%volume di aria secca)

Ossigeno 49.2% Ossigeno 85.79% Azoto 78.084% Silicio 25.7% Idrogeno 10.67% Ossigeno 20.948% Alluminio 7.5% Cloro 2.07% Argon 0.934% Ferro 4.7% Sodio 1.14% CO2 0.0314% Calcio 3.4% Magnesio 0.14% Neon 0.00182% Sodio 2.6% Tutti gli altri 0.19% Elio 0.00052% Potassio 2.4% Metano 0.0002 Magnesio 1.9% Cripto 0.00011% Titanio 0.6% H2 e N2O 0.00005% Cloro 0.2% Xeno 0.000008%

Nome relatore

Elementi nel Corpo Umano

13

Ordine Elemento % in massa 1 Ossigeno 65 .0 2 Carbonio 18.0 3 Idrogeno 10.0 4 Azoto 3.0 5 Calcio 1.4 6 Fosforo 1.0 7 Magnesio 0.50 8 Potassio 0.34 9 Zolfo 0.26

Ordine Elemento % in massa 10 Sodio 0.14 11 Cloro 0.14 12 Ferro 0.004 13 Zinco 0.003 14 Arsenico tracce 15 Cromo tracce 16 Cobalto tracce ….. altri tracce

Tramite le forze geofisiche, il contatto della crosta terrestre con l'acqua può fornire virtualmente ogni minerale che il nostro corpo richiede (direttamente o indirettamente come cibo) per mantenersi in salute. L’acqua è un mezzo ideale per trasportare le sostanze nutrienti nelle cellule e per sostenere le reazioni chimiche del metabolismo cellulare.

Nome relatore

Minerali nel Latte Umano e di Mucca (per 100 millilitri)

14

Elemento Latte umano* Latte vaccino R Umano/Vaccino

Rame (mcg) 40.0 14.0 2.86 Ferro (mcg) 100.0 70.0 1.43 Zolfo (mg) 14.0 30.0 0.47 Potassio (mg) 57.0 145.0 0.39 Cloro (mg) 40.0 108.0 0.37 Magnesio (mg) 4.0 12.0 0.33 Calcio (mg) 35.0 130.0 0.27 Sodio (mg) 15.0 58.0 0.26 Fosforo (mg) 15.0 120.0 0.13

* Inoltre: Manganese 0.006 - 0.120, Cromo 0.00043 - 0.080, Selenio 0.007 - 0.06, Molibdeno 0 - 0.002, Cobalto 0 - 0.44, Nichel 0.01 - 0.15 mg/l.

Nome relatore

Organi e Tessuti Influenzati da Livelli Tossici di Minerali

Alluminio (Al) Stomaco, Ossa, Cervello Arsenico (As) Cellule (metabolismo cellulare) Cadmio (Cd) Reni, Cuore, Capillari cerebrali, Centri cerebrali dell’appetito e dell’odore; Ogni Processo noto di sviluppo del Cancro. Piombo (Pb) Ossa, Fegato, Reni, Pancreas, Cuore, Cervello, Sistema Nervoso Mercurio (Hg) Sistema Nervoso, Centri cerebrali dell’odore e

dell’appetito e, Sistema Immunitario, Membrane Cellulari

Berillio polmoni e pelle (sensibilizzazione). Cromo (VI) Stomaco e intestino (emorragie), sangue

(emolisi), reni (blocco), polmoni (fibrosi e cancro)

15

Nome relatore

Benefici sulla Salute di Elementi Scelti

Calcio Essenziale nello sviluppo e mantenimento di ossa e denti. Favorisce la coagulazione del sangue, la contrazione dei muscoli, la trasmissione nervosa. Riduce i rischi di osteoporosi.

Cromo Metabolismo del glucosio, regola lo zucchero nel sangue. Cobalto Promuove la Formazione dei globuli rossi. Vitamina B12. Rame Formazione di globuli rossi e tessuto connettivo e nell'attività

cerebrale. Catalizza l’accumulo e il rilascio di ferro (emoglobina). Iodio Richiesto dall’ormone tiroideo per sostenere il metabolismo. Ferro Necessario per la formazione e funzionamento dei globuli rossi.

Importante per le funzioni cerebrali. Magnesio Attiva più di 100 enzimi e aiuta le funzioni di nervi e muscoli. Molibdeno Contribuisce allo sviluppo normale. Fosforo Sviluppa e mantiene ossa e denti. Facilità l’uso di altri nutrienti. Costituente del DNA. Componente della riserva energetica ATP. Potassio Regola il battito cardiaco, mantiene il bilancio dei fluidi e aiuta la

contrazione muscolare. Selenio Componente essenziale di un enzima chiave antiossidante. Zolfo Necessario per le proteine di muscoli e capelli. Zinco Costituente essenziale di più di 200 enzimi implicati nella

digestione, metabolismo, riproduzione e cicatrizzazione.

16

Nome relatore

Zolfo: Fonti e Usi

17

Sorgenti: - desolforazione gas naturale - S8 naturale (processo Frasch) - arrostimento solfuri metallici

S Elementare: forma stabile S8(s)

Ossidi di S : SO2(g) e SO3(g) - importanti nell’inquinamento atmosferico

Industrialmente: Ossidi generati quando servono; ‘stoccati’ come idrato

SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)

L’acido solforico è il composto chimico a MAGGIOR VOLUME di produzione (sintesi) (75·106 ton.) (usato per fertilizzanti, raffinazione, produzione di composti chimici)

2 ZnS(s) + 2 O2(g) → 2 ZnO(s) + 2 SO2(g)

Nome relatore

3 Li

1,007

1 H

IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIII (Transizione) IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA VIII

11

Na

37 Rb

19 K

55

Cs 87 Fr

4

Be 12 Mg

38 Sr

20 Ca

56

Ba 88 Ra

39 Y 57

La 89 Ac

40 Zr

22 Ti

72

Hf

Sc 21

41 Nb

23 V

73

Ta

42

Mo

24 Cr

74

W

43

Tc

25 Mn

75

Re

44

Ru

26 Fe

76

Os

45

Rh

27 Co

77

Ir

46

Pd

28 Ni

78

Pt

47 Ag

29 Cu

79

Au

48 Cd

30 Zn

80

Hg

5

B 13 Al

49 In

31 Ga

81

Tl

6

C

Si

50 Sn

32 Ge

82

Pb

7

N 15

P

51 Sb

33 As

83

Bi

8

O

S

52 Te

34 Se

84

Po

9

F 17 Cl

53 I

35 Br

85

At

10

Ne 18 Ar

54 Xe

36 Kr

86

Rn

2 He

61

Pm 62

Sm 63

Eu 64

Gd 65

Tb 66

Dy 67

Ho 68

Er 69

Tm 70

Yb 71

Lu 58

Ce 59

Pr 60

Nd 93

Np 94

Pu 95

Am 96

Cm 97

Bk 98

Cf 99

Es 100

Fm 101

Md 102

No 103

Lw 90

Th 91

Pa 92

U

14

Atmofili Litofili Calcofili Siderofili Non naturali

16

Elementi : Classificazione Geochimica

Nome relatore

3 Li

1 H

11

Na

37 Rb

19 K

55

Cs 87 Fr

4

Be 12 Mg

38 Sr

20 Ca

56

Ba 88 Ra

39 Y

57

La 89 Ac

40 Zr

22 Ti

72

Hf

Sc 21

41 Nb

23 V

73

Ta

42

Mo

24 Cr

74

W

43

Tc

25 Mn

75

Re

44

Ru

26 Fe

76

Os

45

Rh

27 Co

77

Ir

46

Pd

28 Ni

78

Pt

47 Ag

29 Cu

79

Au

48 Cd

30 Zn

80

Hg

5

B 13 Al

49 In

31 Ga

81

Tl

6

C

Si

50 Sn

32 Ge

82

Pb

7

N 15

P

51 Sb

33 As

83

Bi

8

O 16

S

52 Te

34 Se

84

Po

9

F 17 Cl

53 I

35 Br

85

At

10

Ne 18 Ar

54 Xe

36 Kr

86

Rn

2

He

61

Pm 62

Sm 63

Eu 64

Gd 65

Tb 66

Dy 67

Ho 68

Er 69

Tm 70

Yb 71

Lu 58

Ce 59

Pr 60

Nd 93

Np 94

Pu 95

Am 96

Cm 97

Bk 98

Cf 99

Es 100

Fm 101

Md 102

No 103

Lw 90

Th 91

Pa 92

U

14

Elettrolisi Riduzione alogenuri con Ca o Mg Liberi in natura Riduzione di ossidi con Al o H2 Riduzione di ossidi con C N.O.

Elementi: Metodi di Ottenimento

Nome relatore

3 Li

1,007

1 H

11

Na

37 Rb

19 K

55

Cs 87 Fr

4

Be 12 Mg

38 Sr

20 Ca

56

Ba 88 Ra

39 Y

57

La 89 Ac

40 Zr

22 Ti

72

Hf

Sc 21

41 Nb

23 V

73

Ta

42

Mo

24 Cr

74

W

43

Tc

25 Mn

75

Re

44

Ru

26 Fe

76

Os

45

Rh

27 Co

77

Ir

46

Pd

28 Ni

78

Pt

47 Ag

29 Cu

79

Au

48 Cd

30 Zn

80

Hg

5

B 13 Al

49 In

31 Ga

81

Tl

6

C

Si

50 Sn

32 Ge

82

Pb

7

N 15

P

51 Sb

33 As

83

Bi

8

O 16

S

52 Te

34 Se

84

Po

9

F 17 Cl

53 I

35 Br

85

At

10

Ne 18 Ar

54 Xe

36 Kr

86

Rn

2

He

61

Pm 62

Sm 63

Eu 64

Gd 65

Tb 66

Dy 67

Ho 68

Er 69

Tm 70

Yb 71

Lu 58

Ce 59

Pr 60

Nd 93

Np 94

Pu 95

Am 96

Cm 97

Bk 98

Cf 99

Es 100

Fm 101

Md 102

No 103

Lw 90

Th 91

Pa 92

U

14

A. duri A. intermedi A. molli B. dure B. intermedie B. molli B. più molli

Elementi: Classificazione Acidi/Basi molli e duri

Nome relatore

H2O

Li+ Be(OH)2

Na+ Mg2+

K+ Ca2+

Rb+ Sr2+

Cs+ Ba2+

Fr+ Ra2+

Sc(OH)2

Ce3+

ThO2

TiO2

Y3+

Lu3+

RfO2

HfO2

ZrO2

Lr3+

H3V2O7-

Cr(OH)3

Mn2+

Fe(OH)3

Co2+

Ni2+ Cu2+

Zn2+

Nb2O5 MoO4

2- TcO4

2- Rh2O3 Pd(OH)2

Ag+

Cd2+ SnO2

Ta2O5

WO42- OsO2

Au HgO

Tl+

Pb2+

Bi2O3 ? Rn

I- Xe

HAsO42- Br- Kr

Al(OH)3

SO42-

Cl- Ar

B(OH)3 Ne CO2 NO3

- F-

He

La3+ Yb3+

Ac3+

Tm3+ Er3+ Ho3+ Dy3+ Tb3+ Gd3+ Eu3+

Am3+ UO22+

Sm3+ Pm3+ Nd3+ Pr3+

Numero di ossid. stabile pari al gruppo

H2VO4-

Y(OH)3

WO3

MnO2

ReO42-

Numeri di ossidazione più bassi meno stabili

Ru(OH)3

IrO2 PtO2

HCO3-

Ga(OH)3

ln(OH)3

?

Sb2O3

GeO2

SiO2

HPO42-

H2O

SeO42-

HTeO3-

Pa2O3 NpO2+ PuO2

Numero di ossid. stabile pari al gruppo

Numero di ossid.azione stabile minore di 2 del numero del gruppo

Forme degli Elementi in Acqua a pH tra 5.5 e 7

Nome relatore

3 Li

1,007

1 H

11

Na

37 Rb

19 K

55

Cs 87 Fr

4

Be 12 Mg

38 Sr

20 Ca

56

Ba 88 Ra

39 Y

57

La 89 Ac

40 Zr

22 Ti

72

Hf

Sc 21

41 Nb

23 V

73

Ta

42

Mo

24 Cr

74

W

43

Tc

25 Mn

75

Re

44

Ru

26 Fe

76

Os

45

Rh

27 Co

77

Ir

46

Pd

28 Ni

78

Pt

47 Ag

29 Cu

79

Au

48 Cd

30 Zn

80

Hg

5

B 13 Al

49 In

31 Ga

81

Tl

6

C

Si

50 Sn

32 Ge

82

Pb

7

N 15

P

51 Sb

33 As

83

Bi

8

O 16

S

52 Te

34 Se

84

Po

9

F 17 Cl

53 I

35 Br

85

At

10

Ne 18 Ar

54 Xe

36 Kr

86

Rn

2

He

61

Pm 62

Sm 63

Eu 64

Gd 65

Tb 66

Dy 67

Ho 68

Er 69

Tm 70

Yb 71

Lu 58

Ce 59

Pr 60

Nd 93

Np 94

Pu 95

Am 96

Cm 97

Bk 98

Cf 99

Es 100

Fm 101

Md 102

No 103

Lw 90

Th 91

Pa 92

U

14

1< el. < 4 4 < el. < 10 Non noto

[103 £./kg (marzo 2016)]

10 < el. < 50 50 < el. < 300 300 < el. < 3000

< 1 > 3000

Costi di Ottenimento degli Elementi *

Nome relatore

4 Be

12 Mg

38 Sr

20

Ca

56 Ba

88 Ra

39

Y 57

La 89 Ac

40

Zr

22

Ti

72

Hf

Sc 21

41

Nb

23

V

73

Ta

42

Mo

24

Cr

74

W

43

Tc

25

Mn

75

Re

44

Ru

26

Fe

76

Os

45

Rh

27

Co

77

Ir

46

Pd

28

Ni

78

Pt

47

Ag

29

Cu

79

Au

48

Cd

30

Zn

80

Hg

5 B

13 Al

49 In

31 Ga

81 Tl

IIIB IVB VB VIB VIIB VIII IB IIB

Prima Serie di transizione Seconda Serie di transizione Terza Serie di transizione

IIA IIIB

Elementi di Transizione (Serie d)

Nome relatore

Chimica degli Elementi di Transizione

Rame (Cu) Ferro (Fe) Cromo (Cr)

Diciclopentadienilferro (cp2Fe)

Ione esaacquorame(II) Cu(H2O)6

2+

Esacromocarbonile Cr(CO)6

M C OOrbitale dpieno delmetallo

Orbitale π* del CO (vuoto)

Retro donazioneOH2

OH2

CuOH2

OH2

H2O

H2Oz

1.95 Å

2.38 Å2+

Nome relatore

Principali Fonti Minerarie dei Metalli

Elemento Nomi minerali, formule Ton. /anno Usi

A. Metalli acidi duri Sodio Salgemma, NaCl 90.700.000 NaOH Soda, Na2CO3·10H2O Calcio Calcare, CaCO3 54.400.000 CaO e cemento Gesso CaSO4·2H2O Potassio Silvite, KCl 9.060.000 Fertilizzante Magnesio Acqua di mare, Mg2+(aq) 8.160.000 Metallo Mg Dolomia, MgCO3.CaCO3 Alluminio Bauxite, Al2O3 5.500.000 Metallo leggero Cromo Cromite, FeCr2O4 1.270.000 Leghe con Fe Titanio Ilmenite, FeTiO3 , RutiloTiO2 907.000 Metallo leggero

B. Metalli acidi ”intermedi" Ferro Ematite, Fe2O3 281.000.000 Metallo struttur. Magnetite, Fe3O4, FeCO3 Manganese Pirolusite, MnO2 5.440.000 Leghe con Fe Zinco Sfalerite, ZnS 3.400 Metallo protet. Nichel Pentlandite, (Ni,Fe)9S8 362.000 Leghe con Fe Stagno Cassiterite, SnO2 172.000 Metallo protet. Antimonio Stibnite, Sb2S3 54.500 Leghe con Pb Molibdeno Molibdenite, MoS2 40.800 Leghe con Fe

25

Nome relatore

Principali Fonti Minerarie dei Metalli (2)

Elemento Nomi minerali, Ton. usate/anno Usi

C. Metalli acidi molli Rame Calcopirite, CuFeS2 4.800.000 Materiale elettrico Calcocite, Cu2S Piombo Galena, PbS 2.500.000 Materiale per batterie Mercurio Cinabro, HgS 8.160 Mat. elettr. (NaOH) Argento Argentite, Ag2S 7.250 Fotografia Oro Oro, Au, AuTe2 1.450 Monete, gioielleria Platino Platino, Pt, PtAs2 27 Catalizzatore D. Non metalli basi molli Carbonio Carbone 1.600.000.000 Riducente; Combustibile Zolfo Zolfo, S; Pirite, FeS2 18.100.000 Sintesi Ac. solforico Fosforo Apatite, Ca5(PO4)3OH 6.300.000 Fertilizzanti Bromo Acqua di mare, Br-(aq) 99.700 Organobromo Arsenico Arsenopirite, FeAsS 36.300 Leghe con Pb Enargite,Cu3AsS4 Iodio Salamoie, I- (aq) 3.630 Fotografia, medicina Caliche, NaIO3

26

Nome relatore

Composti Chimici Maggiormente Prodotti (produzione annua in 106 ton.)

N°. Nome Prod./a. Materie Prime Usi

1 Ac. solforico (H2SO4) 75 S8, O2, H2O detergenti, esplosivi, plastiche, pesticidi, farmaceutici, coloranti, accumulatori, e metalli 2 Azoto (N2) 63 Aria ammoniaca, acido nitrico, deriv. N 3 Etilene (C2H4) 48 Petrolio glicol etilenico, etanolo, cloruro di vinile, ossido di etilene, polietilene

4 Ammoniaca (NH3) 45 Aria, H2O, gas fertilizzanti, acido nitrico, esplosivi

5 Ossigeno (O2) 45 Aria acciaio, comburente, usi medici, respirazione, deriv. ossigenati di C

6 Calce (CaO) 42 CaCO3 vetri, cemento, insetticidi, base

7 Idrossido Na (NaOH) 31 NaCl, H2O rayon, cellofan, carta, detergenti, produzione alluminio

8 Cloro (Cl2) 30 NaCl pesticidi, pulizia, sterilizzazione

9 Ac. fosforico (H3PO4) 29 Ca3(PO4)2 fertilizzanti, detergenti, farmaceutici, bevande

27

Nome relatore

Composti Chimici più Importanti (produzione annua in 106 ton.)

N° Nome Prod./an Materie Prime Usi 10 Propilene (C3H6) 25 Petrolio polipropilene, isopropanolo, acetone

11 Carbonato sodico 24 NaCl, NH3, Vetri, carta, saponi, detergenti, (Na2CO3) CaCO3 alluminio

12 Urea (NH2CONH2) 24 NH3 + CO2 fertilizzanti, plastiche

13 Acido nitrico (HNO3) 24 NH3 + O2 esplosivi, fertilizzanti, coloranti, farmaceutici

14 1,2-Dicloroetano 22 Cl2 + C2H4 cloruro di vinile, solventi, gomme

15 Nitrato di ammonio 19 NH3 + HNO3 fertilizzanti, esplosivi

16 Benzene (C6H6) 18 Petrolio etilbenzene, coloranti, solventi

17 Biossido di C (CO2) 16 Comb. Cx solvente, bevande, estintori 18 Etilbenzene (C8H10) 12 C6H6 + C2H4 stirene, solventi

19 Cloruro di vinile 11 ClCH2CH2Cl plastiche PVC (CH2=CHCl)

28

Nome relatore

Composti Chimici più Importanti (produzione annua in 106 ton.)

N°. Nome Prod/an Materie Prime Usi

20 Acido tereftalico 10 C6H6 plastiche PET , Dacron

21 Stirene (C6H5CH=CH2) 11 C6H5CH2 CH3 plastiche polistireniche

22 Metanolo (CH3OH) 10 CO + H2 acido acetico, formaldeide, combustibile, anticongel.

23 Toluene (C6H5CH3) 9 C6H6 solventi, acido benzoico

24 Formaldeide (CH2O) 8 CO + H2 polimeri, plastiche,

25 Xileni (C6H4(CH3)2 7 C6H6 solventi, plastiche, farmac.

26 Acido cloridrico (HCl) 7 Cl2 + CxHy farmaceutici, PVC, gomme

27 Glicol etilenico (C2H6O2) 6 CH2CH2O anticongelante, detergenti

28 Fenolo (C6H5OH) 5 O2/C6H5CH(CH3)2 antisettici, plastiche, color.

29 Acido acetico (CH3COOH) 5 CO + CH3OH solventi, aromi,

29

Nome relatore

Applicazioni Industriali di Solidi (relazioni struttura-proprietà dei materiali)

30

Aspetto: ⇒ Pietre preziose

Proprietà meccaniche: ⇒ Metalli - leghe, Ti, Fe, Cu/Zn ⇒ Cementi, Calcestruzzi, CaSiO3 ⇒ Mat. Ceramici, BN, SiC, Clay ⇒ Lubrificanti, Grafite, MoS2 ⇒ Abrasivi, Diamante, SiO2, Al2O3

Proprietà elettriche: ⇒ Conduttori, Cu, Ag, Au ⇒ Semiconduttori, Si, GaAs ⇒ Superconduttori, Nb3Sn, YBa2Cu3O7 ⇒ Elettroliti, LiI, Al2O3 ⇒ Piezoelettrici, SiO2,

Proprietà magnetiche: ⇒ Registrazioni, CrO2, Fe3O4

Nome relatore

Applicazioni Industriali di Solidi (relazioni struttura-proprietà dei materiali) 2

31

Proprietà ottiche: ⇒ Pigmenti, TiO2, Pb3O4 ⇒ Vetri, SiO2/CaCO3/Na2CO3/Na2SO4 ⇒ Laser, Cr3+ in Al2O3 - rubino ⇒ Duplicatori di frequenza, LiNbO3 ⇒ Fibre ottiche, SiO2/GeO2 ⇒ Fosforescenza, Eu3+ in Y2O3 (rosso in TV)

Catalizzatori: ⇒ Raffinazione petrolio, zeoliti ⇒ Ossidazioni, V2O5, ⇒ Idrogenazioni, Ni, Pd e Pt/C

Sensori: ⇒ ossigeno (ZrO2/CaO) ⇒ Idrogenazioni, Ni, Pd e Pt/C

Pd/C

Nome relatore

Laboratorio di Chimica Inorganica

32

Elaborazione dati

Apparecchiature Reazioni

Analisi quali- e quantitativa

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 2 4 6 8 10 12

conc

entr

atio

n

time

R

I

Nome relatore

Elementi di Chimica Analitica Inorganica

• Tecniche di Isolamento e Separazione di cationi, anioni e composti inorganici:

• Cristallizzazione e precipitazione • Cromatografia (strato sottile, scambio ionico, gassosa) • Estrazione

• Determinazione qualitativa e quantitativa : • Complessometria, Potenziometria, Spettrofotometria • Errori ed analisi statistica dei dati

• Catalisi e Meccanismi di reazione elementari • Elementi di Spettroscopia inorganica:

• Spettroscopia Infrarossa (IR) • Spettroscopia Ultravioletto-Visibile (UV-Vis) • [Spettroscopia Risonanza Magnetica Nucleare (NMR)]

• Spettrometria di Massa (MS)

33

Nome relatore

Tossicità e Pericolosità dei Composti Chimici (elementi di ecologia e protezione/prevenzione)

34

Laboratorio

Segnaletica

Protezione da incendi

Industria

Rischi rilevanti

Mezzi di protezione e prevenzione

Progettazione

Controllo effluenti

Programmi, normative di salute/sicurezza

Nome relatore

Relazioni di Chimica Inorganica illustrate durante il corso

• Le proprietà "anomale" degli elementi del primo periodo (da Li a F) • Le "anomalie" degli elementi di post transizione (da Ga a Br) • Gli effetti della contrazione lantanidica • Le relazioni diagonali tra Li e Mg, Be e Al, B e Si • L'effetto di coppia inerte nei gruppi principali e la variazione di 2 nel N.O. • La variazione del N.O. di elementi di transizione secondo un fattore 1 • Le variazioni della basicità, acidità, solubilità ecc. lungo periodi e gruppi • Le stabilità relative dei vari stati di ossidazione degli elementi

(Diagrammi di Frost e Volt-equivalenti) • Le variazioni del tipo di legame in funzione della posizione degli elementi

nella tabella periodica e dello stato di ossidazione • Le variazioni di stabilità dei composti e le regolarità nei metodi impiegati

per l'ottenimento degli elementi dai loro composti naturali (minerali) • Gli andamenti regolari nella stabilità dei complessi di coordinazione e

nel potere elettron-donatore di varie leganti nonché in organometallica

35

Nome relatore

Relazioni di Chimica Inorganica illustrate durante il corso (2)

• Ordine nelle molecole organiche indotte da legami ad idrogeno • Organizzazione supramolecolare e clatrati • Proprietà legame C-M negli organometallici • Composti organometallici e Catalisi • Reazioni radicaliche dei composti inorganici e organici • Struttura e Proprietà dei Complessi tra leganti organici e metalli

Relazione tra energie di legame e reattività organica • Variazioni di stabilità dei composti organici e le regolarità nei metodi

impiegati per il loro ottenimento e separazione • Reattività dei sistemi p-greco • Fotofisica e Fotochimica dei composti inorganici

36

Nome relatore

GRANDEZZE IMPORTANTI ! 1) Potenziale di 1a Ionizzazione e Periodicità

37

Mg Ca

Sr Rb

K Na

Li

H

I A II A

B Al

Ga In

III A

Sn

C

Si Ge

IV A

Sb As

P

N

V A

Te Se

S

O

I

Cl Br

VI A F

VII A VIII A

Ne

Kr Ar

Xe

Be

Nome relatore

Metalloidi

38

I. P. ELEMENTO ( kJ·mol-1)

BORO (B) ------------ 801 SILICIO (Si) ------------ 786 GERMANIO (Ge) ------------ 763 ARSENICO (As) ------------ 947 ANTIMONIO (Sb) ------------ 834 TELLURIO (Te) ------------ 870

Be Mg

Ca Sr

Rb K

Na Li

H I A

II A B Al

Ga In

III A

Sn

C

Si Ge

IV A

Sb As

P

N V A

Te Se

S

O

I

Cl Br

VI A F VII A

VIII A Ne

Kr Ar

Xe

Nome relatore

2) Numero e Geometria di Coordinazione

39

Cu2+

N H

H

H

N H

H

H

N H

H

H

N H

H

H

N° coord. = 4 (4 atomi N)

Geometria coord.: Planare quadrata (4 N in un piano con l’atomo Cu).

N° coord. = 4 (3 atomi H, 1 atomo Cu)

Geometria coord.: Tetraedrica (4 atomi disposti ai vertici di un tetraedro.

Specie [Cu(NH3)4]2+

• Numero di coordinazione - numero degli atomi direttamente legati (cioè a distanza di legame) ad un dato atomo. è utile Ogni atomo in una molecola analizzarlo in questi termini

• Geometria di coordinazione - disposizione spaziale degli atomi direttamente legati all’atomo centrale e simmetria dell’intorno.

Nome relatore

Struttura degli Elementi allo Stato Solido

40

METALLI Molecole mono o bi- atomiche

H 1

Li 3

Be 4

Na 11

Mg 12

K 19

Ca 20

Rb 37

Sr 38

Cs 55

Ba 56

Fr 87

Ra 88

Sc 21

Ce 58

Th 90

Ti 22

Y 39 La 57

Af 104

Hf 72

Zr 40

Ac 89

V 23

Cr 24

Mn 25

Fe 26

Co 27

Ni 28

Cu 29

Zn 30

Ga 31

Ge 32

Nb 41

Mo 42

Tc 43

Ru 44

Rh 45

Pd 46

Ag 47

Cd 48

In 49

Sn 50

Ta 73

W 74

Re 75

Os 76

Ir 77

Pt 78

Au 79

Hg 80

Tl 81

Pb 82

Bi 83

Po 84

At 85

Rn 86

Sb 51

Te 52

I 53

Xe 54

As 33

Se 34

Br 35

Kr 36

Al 13

Si 14

P 15

S 16

Cl 17

Ar 18

B 5

Ne 10

C 6

N 7

O 8

F 9

He 2

Lu 71

Yb 70

Lr 103

No 102

Md 101

Fm 100

Tm 69

Er 68

Ho 67

Dy 66

Tb 65

Gd 64

Eu 63

Es 99

Cf 98

Bk 97

Cm 96

Am 95

Pu 94

Np 93

U 92

Pa 91

Sm 62

Pm 61

Nd 60

Pr 59

Ha 105

∗

∗∗

Strutture intermedie

Nome relatore

Struttura degli Elementi in Fase Solida (2)

41

Bi

At

Rn 86

Sb

Te

I

Xe 54

As

Se

Br

Kr 36

P

S

Cl

Ar 18

Ne 10

N

O

F

He 2

H 1

0 1

Atomi

Molecole Biatomiche

Se

Molecole ad anello

Catene Piani

o strati

Ga

Ge

In

Sn

Tl

Al

Si

B

C

C

Reticoli tridimensionali

Sn

Pb

2 2 3

Sb

As

P

Cu

Zn

Ag

Cd

Au

Hg

Impaccamento metallico (tridim.)

3 4 5 Numero di

coordinazione > 6

diamante

verde

verde

rosso

viola

giallo

rosso

Molecole tetraedriche

grafite

Nome relatore

3) Coordinazione in Solidi e Reticoli

42

IMPACCAMENTO CUBICO COMPATTO

Cella Unitaria (FCC)

Cubica a Facce Centrate

IMPACCAMENTO ESAGONALE COMPATTO

(HCP)

Tipici Impaccamenti di sfere compatte in solidi metallici.

N.C. = 12

Alluminio (CCP)

Zinco (HCP)

Nome relatore

Organizzazione Spaziale in Solidi Molecolari

43

Argon solido Impaccamento

cubico compatto

Bromo solido Impaccamento esagonale compatto

3.8 Å

Ghiaccio Impaccamento cubico

1.77 Å 0.99 Å

O H

d = 2.8 Å 2.3 Å

Nome relatore

Allotropia e Polimorfismo

44

2.08 Å

2.21 Å 60°

P P

P

P

Fosforo bianco (P4 ) Fosforo nero (reticolo) Fosforo rosso (catene)

Zolfo (S8) Zolfo (Sn) Catene di atomi di zolfo (plastico)

P

P

P P P

P

P

P

Nome relatore

4) Raggi Atomici e Ionici

45

n = 2 Li Be B C N O F 1.52 1.13 0.88 0.77 0.70 0.66 0.4

n = 3 Na Mg Al Si P S Cl 1.54 1.60 1.43 1.17 1.10 1.04 0.99

n= 4 K Ca Ga Ge As Se Br 2.27 1.97 1.22 1.22 1.21 1.17 1.14

n = 5 Rb Sr In Sn Sb Te I 2.48 2.15 1.63 1.41 1.41 1.37 1.33

n = 6 Cs Ba Tl Pb Bi Po At 2.65 2.17 1.70 1.75 1.55 1.67 1.40

Nome relatore

Raggi Ionici M2+ nella Ia Serie di Transizione

46

Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn

rion. incerto

rion. in complessi ottaedrici

rion. corretto per Estab Campo Cris.

d/Å

Z