La chimica e i colori - calamajo.it · Tensione superficiale estremamente elevata. Adesione...

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La chimica e i colori

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La chimica e i colori

La Fenoftaleina e la luce

La fenoftaleina è una sostanza (indicatore di pH) che in presenza di ambiente neutro o acido non assume alcun colore, mentre in ambiente basico si colora di rosa.

Era contenuta nel

La Fenoftaleina e la Luce

Come si può notare dalla reazione rappresentata a fianco la fenoftaleina in ambiente basico assume una struttura diversa rispetto ad un ambiente neutro.

Nella struttura rappresentata a sinistra la fenoftaleina assorbe ed emette nel visibile, mentre nella struttura rappresentata a destra emette nell' UV, quindi invisibile all'occhio umano.

Il legame a idrogeno

Abbiamo studiato il legame a idrogeno grazie alla luce

Struttura H2O

Le caratteristiche della molecola dell' H2O:

E' una molecola polare con una debole carica positiva su H e negativa su O

I legami formano un angolo di 104°5', forma piegata

Vi sono su O due doppietti elettronici liberi (lone pair)

Il legame a H

Tra le molecole dell'acqua si instaurano legami a idrogeno tra l'O, debolmente negativo, di una molecola di H2O e H, debolmente positivo, di un'altra

Le caratteristiche della molecola di H2O legate al legame a H

Il ghiaccio galleggia sull'acqua allo stato liquido

L'H2O ha un elevato punto di fusione e di ebollizione

La sosta termica durante il riscaldamento dell'H2O

La tensione superficiale

La coesione e la adesione

Elevata calore specifico

Densità dello stato solido rispetto allostato liquido

Punto di fusione e di ebollizione insolitamente alti rispetto al peso molecolare

Calore di fusione e di vaporizzazione estremamente elevati

Tensione superficiale estremamente elevata

Adesione Coesione Capillarità

Calore specifico molto elevato

Il legame a H e le biomolecole

Il legame a H è essenziale per la struttura delle proteine

Il legame a H è presente tra i due filamenti del DNA

Il legame a H si instaura tra i fosfolipidi della membrana cellulare e l'ambiente esterno

Il legame a H si instaura tra i fosfolipidi della membrana cellulare e il citoplasma

Struttura secondarie delle proteine

Il Legame a H e il DNA

Il legame a H e le membrane cellulari

Piano Lauree Scientifiche 2017/18in collaborazione con l'Università Roma2

Tor Vergata

Abbiamo studiato attraverso la spettrofotometria di assorbimento l'energia del legame a idrogeno

Lo spettrofotometro

Lo spettrofotometro è uno strumento che attraverso la luce riesce a darci numerose informazioni:

Sulla struttura delle molecole

Sulla loro forma

Sui legami intramolecolari

Sui legami intermolecolari

Sulla concentrazione di una sostanza in un dato campione

COS’È LA LUCE? è l’oscillazione di un campo elettrico e di un campo magnetico accoppiati (campo elettromagnetico) che si propaga alla velocità costante c = 300.000 km/s

Frequenza:

(si legge ni)

• e il numero di vibrazioni nell'unita di tempo

• si misura in s-1, chiamati Hertz (Hz)

Lunghezza d'onda: λ

(si legge lambda)

• e la distanza tra due punti adiacenti in fase (ad esempio

tra due massimi consecutivi)

• si misura in m, μm, nm, Angstrom (A)

[1μm=10-6 m , 1nm=10-9m, 1 A=10-10 m]

Frequenza e lunghezza d'onda sono INVERSAMENTE PROPORZIONALI:

λ = c/

Le unità di misura per studiare la luce

Spettri di emissione e di assorbimento

I metodi di analisi spettrochimici sono basati sull'analisi dello spettro delle sostanze, il quale puo essere di emissione o di assorbimento:

SPETTROSCOPIA DI ASSORBIMENTO

La spettroscopia di assorbimento permette, attraverso lo studio delle radiazioni assorbite e dell'intensità dell'assorbimento delle varie sostanze, di effettuare

rapide e precise analisi sia qualitative sia quantitative.

Il nostro studio si e basato su osservazioni spettrofotometriche del comportamento dell'acetone + alcano e dell'acetone + H2O

Le caratteristiche delle molecole utilizzate

L'acqua è una molecola polare Gli alcani sono molecole poco polari L'acetone è una molecola polare

L'acetone è una molecola polare e presenta un doppio legame acetone tra C e O, inoltre su O vi sono due doppietti liberi

Legame sull'acetone(inoltre su O vi sono due doppietti liberi)

Dagli orbitali atomici agli

orbitali molecolari

(Teoria dell'orbitale molecolare)

Teoria dell'orbitale molecolare (Mulliken e Hund 1932)

La teoria dell'orbitale molecolare assume che gli

elettroni in una molecola siano associati a tutti i nuclei

che essa contiene, indipendentemente dall'atomo di

provenienza.

Teoria dell'ottetto (Lewis 1916): tendenza di un atomo a raggiungere la configurazione elettronica del gas nobile più vicino

Teoria VB (Valence Bond - 1930 Linus Pauling):

un legame fra due atomi si forma quando una coppia di elettroni con spin appaiati viene condivisa per parziale sovrapposizione di due orbitali atomici. E' quindi la possibilità di riempire orbitali esterni incompleti il motivo che spinge gli atomi a legarsi

Negli orbitali di legame la nube elettronica è situata tra i due nuclei, mentre negli orbitali di antilegame la nube elettronica e situata esternamente. Quindi nel secondo caso la molecola ha

più energia rispetto agli atomi separati e non si forma

A sinistra il grafico dell'energia per la molecola di Idrogeno H2 e a destra dell'Elio E2 (la molecola di Elio non si forma)

Mettendo poche gocce di acetone, molecola polare, in un alcano come l'esano, molecola poco polare, e sottoponendo la soluzione ad una radiazione luminosa ad una determinata lunghezza d'onda uno dei due doppietti elettronici presenti sull'O dell'acetone va ad occupare un orbitale * di antilegame dell'acetone.

Mentre mettendo poche gocce di acetone, molecola polare, in acqua,anch'essa molecola polare, il doppietto elettronico viene stabilizzato dal legame a idrogeno che si instaura tra l'H dell'acqua e l'O dell'acetone. Quindi quando la soluzione viene sottoposto alla luce andrà ad occupare l'orbitale * di antilegame dell'acetone, ma ci vorrà più energia.

Eccoci al lavoro ed ecco i risultati

Acetone + alcano e Acetone + H2O

Acetone + alcanoil massimo assorbimento si ha =280nm

Acetone + H2O

il massimo assorbimento si ha =266nm

Valori di massimo assorbimento per ogni solvente

Solvente Lunghezza d’onda di massimo assorbimento (nm)

Metanolo 272.4

Etanolo 272.6

Esano 280.2

Acqua 266.2

Trattamento dei dati

Trattamento dei dati

L’energia del legame idrogeno si può determinare considerando il diverso comportamento dell’acetone nei vari solventi. In esano l’acetone non forma legami idrogeno, mentre questa interazione è presente in acqua, per cui la differenza di energia delle transizioni nei due solventi corrisponde all’energia del legame idrogeno.Quindi:

E = hc (1/ (acetone+acqua) - 1/ (acetone+esano)) erg

Trattamento dei dati

E = hc (1/ (acetone+acqua) - 1/ (acetone+esano)) erg

riportiamo i dati in kcal/mol

(1erg=2,38. 10-11kcal)

Perciò la 1) diventa

E = hc Na(1/ (acetone+acqua) - 1/ (acetone+esano))(2,38. 10-11kcal/mol)=

= 5,55 kcal/mol

Energia per rompere 1 mole di:

Legami idrogeno 5,5 kcal/mol

Legami covalenti 95,6 kcal/mol

Legami ionici 95,6 kcal/mol

Legami metallici 28,68 kcal/mol

Forze di Van der Waals 2,4 kcal/mol

Piano lauree scientifiche 2017/2018

Hanno partecipato al PLS alcuni studenti delle classi:

V^ F IV^ G

V^ G V^ I

V^ M V^ C

guidati

dalla prof.ssa Ventresca Felicetta e dalla prof.ssa Di Genova Anna Rita