Peso Atomico e Molecolare Peso Atomico La massa mediata delle masse relative di tutti gli isotopi...

Peso Atomico e Molecolare

Peso AtomicoLa massa mediata delle masse relative di tutti gli isotopi naturali costituenti

98.89% 12C1.11% 13C

Carbonio

12 • 0.9889 + 13.0034 • 0.0111 = 12.011

Peso MolecolareLa somma dei pesi atomici degli elementi che sono contenuti in una molecola della sostanza

PM CO2 = 12.011 + 2(15.9994) = 44.0100PM CuSO4·5H2O = 63.546 + 32.064 + 4(15.9994) + 5[1.0079+2(15.9994)] = 248.9341

Unità Atomiche e MolecolariLa Mole

La mole è la quantità di sotanza che contiene un numero di unità chimiche (atomi, molecole, ioni, ... ) pari al numero di atomi contenuti in 12.000 g di 12C

NA = 6.022169·1023

La massa in grammi di una mole di qualunque elemento (molecola) è espressa dallo stesso numero che ne esprime il peso atomico (molecolare)

)(

)(1

molgPM

gmmol

)·(

)(1

molgPA

gmmol

Reazioni e relazioni ponderali

Esempi

1) Quante moli di rame sono contenute in 12.30 g di rame? 2) Quale è la massa media in grammi di un atomo di ossigeno?3) Quale è la massa di 2.36·10-3 moli di sodio4) Quanti atomi ci sono in 10.0 g di ossigeno? Quante molecole?5) Avendo 5.00 g di Li, 5.00 g di Hg e 5.00 g di Cd, quale campione contiene il maggior numero di atomi?6) Quante moli sono contenute in 18.12 g di solfato di rame pentaidrato?7) Calcolare la massa di ciascun elemento contenuta in 3.2 g di cloruro di bario.8) Calcolare la percentuale in peso degli elementi nel solfato di rame pentaidrato. Calcolare la percentuale in peso della sola H2O di idratazione.

1) 1.936·10-1 mol; 2) 2.6567·10-23 g; 3) 5.43·10-2 g; 4) 3.76·1023, 1.88·1023; 5) Li: 4.34·1023; 6) 2.279·10-2; 7) Ba: 2.1 g, Cl: 1.1 g; 8) H: 4.05%, O: 57.83%, S: 12.84%, Cu: 25.28%, H2O: 36.15%

Concentrazione ChimicaLe Soluzioni

Sistema omogeneo che contiene due o più sostanze

solvente soluto

Molarità (M) mol L-1 [A] =moli di soluto A

litri di soluzione

Molalità (m) mol Kg-3 m =moli di soluto

chilogrammi di solvente

Percentuale in peso (% p/p o v/v) % p/p (v/v) = massa (volume)di soluto

massa (volume) di soluzione

Frazione molare () A=moli del componente A

moli totali di tutti i componenti

Parti per milione (ppm) ppm = massa di sostanza

massa del campione

x 100

x 106

Unità di Misura delle Concentrazioni Massa percentuale

Percentuale in peso (% p/p) % p/p = massa di soluto

massa di soluzione x 100

15 g di solfato di sodio vengono sciolti in 500 g di H2O. Calcolare la percentuale in peso dei componenti la soluzione

%1.97100515

500

g

gH2O Na2SO4 %9.2100·

515

15

g

g

Quanti grammi di solfato di rame occorre sciogliere in 500 g di H2O per avere una soluzione al 6.5 % del sale?

50.6100·500

xx gx 8.34

Unità di Misura delle Concentrazioni Densità

La densità è la massa dell’unità di volume della soluzione

Una soluzione acquosa di HBr al 48.5% ha una densità di 1.488 g·cm-

3. Calcolare la concentrazione della soluzione espressa in grammi di soluto per dm3 di soluzione. (722 g·dm-3)

La densità di una soluzione di acido solforico al 96.4% è 1.835 gcm-3. Calcolare il volume che contiene disciolta una mole dell’acido. (55.5 cm3·mol-1)

3cm

gd

Unità di Misura delle Concentrazioni Molarità

Molarità (M) mol L-1 [A] =moli di soluto A

litri di soluzioneCalcolare la concentrazione molare di una soluzione acquosa di

cloruro di nichel preparata sciogliendo 3.75 g di sale e portando ad un volume finale di 500 mL. Calcolare la [Ni2+] e [Cl-]. ([NiCl2]=2.89·10-2 M; [Ni2+]=2.89·10-2 M; [Cl-]=5.79·10-2 M )

Calcolare i grammi di idrossido di sodio che occorrono per preparare 1 dm3 di una soluzione 0.100 M della base. (4.00 g)

Calcolare i grammi di acido nitrico sono disciolti in 5.00 dm3 di una soluzione 1.55·10-2 M dell’acido. (4.88 g)

Calcolare la concentrazione molare di una soluzione di acido nitrico al 69.8%, sapendo che la d=1.42 g·cm-3. (15.7 M)

Si calcoli il volume di una soluzione di acido nitrico al 6908% (d=1.42 g·cm-3) e di H2O che bisogna mescolare per preparare 1 dm3 di una soluzione 0.200 M dell’acido. Si considerino i volumi additivi (12.7 cm3)

È la quantità massima di sostanza che può sciogliersi in un dato solvente. La solubilità è generalmente espressa in

moli/L o in g/L.Composti solubiliComposti solubili s > 10 g /LComposti insolubili Composti insolubili s < 1 g /L

Le SoluzioniSolubilità e Miscibilità

Solvente + Soluto Soluzione SATURASoluzione INSATURA

Quando soluto e solvente sono liquidi, si parla di MISCIBILITÀ

Le Soluzioni Fattori che influenzano la solubilità

Il simile scioglie il suo simileSolvente Covalente

Polare o Ionico: CH3OH, H2O, etc.

Soluti Covalenti Polari o Ionici:Acidi, Sali, etc.

Solvente Covalente Apolare:CHCl3, Idrocarburi, etc.

Soluti Covalenti Apolari:Composti organici

Forze Intermolecolari Solvente

Forze Intermolecolari Soluto (Energia Reticolare)

Calore di Solvatazione

++

-Calore di Solubilizzazione

Endotermica Esotermica

Fattori Entalpici

Fattori EntropiciPerdita ordine molecolare del Soluto e del Solvente

Formazione legami intermolecolari Soluto-Solvente

+

-

+ - G = H-TSG = H-TS

Entropia di Solubilizzazione

Composti solubiliComposti solubili s > 0.1 mol/L

Composti insolubili Composti insolubili s < 0.1 mol/L

NaCl(s) Na+(aq) + Cl-

(aq)

Pb(NO3)2(s) Pb2+(aq) + 2 NO3

-(aq)

BaCO3(s) Ba2+(aq) + CO3

2-(aq)

Pb(OH)2(s) Pb2+(aq) + 2 OH-

(aq)

Le Soluzioni Solubilità degli elettroliti

NO3-

Cl-

SO42-

CO32-

OH-

S2-

Elettroliti Forti: sono completamente dissociati in H2O

Elettroliti Deboli: sono parzialmente dissociati in H2O

C

O

CH3 OHC

O

CH3 O-+ H+

Quando si indica la

concentrazione della

soluzione si fa

riferimento a CaConc.

Formale%

Dissoc.

0.1 1.3

0.01 4.1

0.001 12.4

Reazioni in soluzione acquosa

In soluzione acquosa, si verificherà una reazione chimica fra due o più elettroliti se le combinazioni degli ioni che da essi derivano formano:

un sale insolubile

un elettrolita debole

un gas

Quando è possibile prevedere una reazione chimica fra due o più specie ?

Criterio :

Le reazioni possono essere:1 – di precipitazione2 – acido-base3 – di metatesi4 - di ossidoriduzione (redox) fra un ossidante ed un riducente

Solubilità dei composti chimici

Sono solubili:1. I sali dei metalli alcalini e dello ione ammonio (NH4

+).2. I nitriti, nitrati, clorati, perclorati ed acetati.

(L'acetato di Ag+ ed il perclorato di K+ sono moderatamente solubili).

3. Gli alogenuri, con eccezione dei sali di Pb2+, Ag+ ed Hg22+; PbCl2 é

debolmente solubile.4. I solfati;i solfati di Ca2+ ed Ag+ sono moderatamente solubili;i

solfati di Sr2+, Ba2+, Pb2+,ed Hg22+ sono insolubili.

Sono insolubili (Eccetto i sali del precedente punto 1):1. I carbonati, cromati e fosfati.2. I solfuri; tranne i sali dei metalli alcalini e alcalino-terrosi.3. Gli idrossidi sono generalmente insolubili eccetto quelli dei metalli

alcalini che sono solubili. Gli idrossidi di Ca2+, Sr2+ e Ba2+ sono moderatamente solubili.

4. Tutti gli ossidi dei metalli eccetto quelli dei metalli di alcalini e di Ca2+, Sr2+ e Ba2+ sono insolubili. Gli ossidi dei metalli, quando si sciolgono, reagiscono con l'acqua per formare idrossidi, per esempio:

CaO + H2O → Ca2+ + 2OH-

Elettroliti forti:Acidi forti es. HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4, HClO4.

Basi forti es. gli idrossidi alcalini ed alcalino terrosi.Sali la maggior parte dei sali inorganici ed organici.

Elettroliti deboliLa grande maggioranza di acidi e basi inorganici ed organici.Gli alogenuri e i cianuri di metalli pesanti, per es. Pb ed Hg, sono

spesso elettroliti deboli

Non-elettrolitiH2OLa grande maggioranza dei composti organici.

Elettroliti

Sviluppo di gas

CO2 CO32- + 2H+ → H2CO3 → CO2(g) + H2O

▼Carbonati, bicarbonati

H2S S2- + 2H+ → H2S(g)

▼Solfuri, purché non estremamente insolubili

SO2 SO3

2- + 2H+ → H2SO3 → SO2(g) + H2O▼Solfiti, bisolfiti

NO, NO2 2NO2

- + 2H+ → 2HNO2 → H2O + NO(g) + NO2(g)

▼ ▼Nitriti colore bruno

3HNO2 → H2O + 2NO(g) + HNO3 (aq)

NH3 NH4

+ + OH- → NH3(g) + H2O▼Sali di ammonio

Gas poco solubili: N2 (0.015) H2(0.018)CO (0.023) O2 (0.031)

Gas abbastanza solubili CO2 (0.88) Cl2 (2.0)

H2S (2.58)

Gas molto solubili: SO2 (39.4) HCl (475)NH3 (700)

Gas in soluzione acquosa

SOLUBILITÁ IN ACQUA DEI GAS PIÚ COMUNI (Litri di gas/litro di H2O) a 20°C

CuCl2(aq) + NaOH(aq) Cu2+ + 2 Cl- + Na+ + OH-

Cu(OH)2 idrossido insolubile

1) Dissociazione elettrolitica

2) Individuazione prodotto insolubile

3) Individuazione ioni spettatori Na+, Cl-

4) Bilanciamento di massa e carica

Cu2+ + 2 OH- Cu(OH)2


NH4NO3(aq) + NaCl(aq) NH4+ + NO3

- + Na+ + Cl-

Nessuno !


2) Individuazione prodotto insolubile


Le possibile combinazioni (NH4NO3, NH4Cl, NaNO3, NaCl) non corrispondono a composti insolubili, ad elettroliti

deboli, non sviluppano gas

Le possibile combinazioni (NH4NO3, NH4Cl, NaNO3, NaCl) non corrispondono a composti insolubili, ad elettroliti

deboli, non sviluppano gas

HCl(aq) + CH3COOK(aq) H+ + Cl- + CH3COO- + K+

CH3COOH


2) Individuazione elettrolita debole

3) Individuazione ioni spettatori K+, Cl-



H+ + CH3COO- CH3COOH

HCl(aq) + NaOH(aq) H+ + Cl- + Na+ + OH-

H2O


2) Individuazione elettrolita debole



H+ + OH- H2O


Na2CO3(aq) + HCl(aq) 2 Na+ + CO32- + H+ + Cl-

H2CO3 CO2 + H2O


2) Formazione di un gas



CO32- + 2 H+ CO2 + H2O


Composti insolubili Composti insolubili s < 0.1 mol/L

SolubilitàSolubilità: è la quantità massima di sale che può sciogliersi in una soluzione acquosa. La solubilità è espressa in moli/L.

Equilibri di precipitazioneEquilibri di precipitazione

Composti solubiliComposti solubili s > 0.1 mol/L

NaCl(s) Na+(aq) + Cl-

(aq)

Pb(NO3)2(s) Pb2+(aq) + 2 NO3

-(aq)

BaSO4(s) Ba2+(aq) + SO4

2-(aq)

PbCl2(s) Pb2+(aq) + 2 Cl-

(aq)

In un sale insolubile il solido e i corrispondenti ioni in soluzione sono in equilibrio tra di loro:


(aq)

Kps = [PbKps = [Pb2+2+] · [Cl] · [Cl--]]22

KpsKps: costante del prodotto di solubilità. Per un dato sistema ha un valore costante a t° = cost (25°C)


AgBr (s) Ag+(aq) + Br-

(aq)

Kps = [Ag+] · [Br-] = 5·10-13

Esempi:Esempi:

Fe(OH)3 (s) Fe3+(aq) + 3 (OH)-

(aq)

Kps = [Fe3+] · [OH-]3 = 3·10-39

Ca3(PO4)2 (s) 3 Ca2+(aq) + 2 (PO4)3-

(aq)

Kps = [Ca2+]3 · [(PO4)3-]2 = 1·10-33


In una soluzione satura di un sale insolubile, la concentrazione degli ioni all’equilibrio può essere agevolmente calcolata dall’espressione della Kps:

Esempio:Esempio: Calcolare la concentrazione di Pb2+ e di SO42-

all’equilibrio, in una soluzione satura di PbSO4, sapendo che Kps = 1.8·10-8.

PbSO4(s) Pb2+(aq) + SO4

2-(aq)

Kps = [Pb2+] · [SO42-] = 1.8·10-8

[Pb2+] = [SO42-] = x

x2 = Kps = 1.8·10-8 x = Kps = 1.34·10-4


In una soluzione satura di un sale insolubile, la concentrazione degli ioni all’equilibrio non è altro che la sua solubilità in acqua:

PbSO4(s) Pb2+(aq) + SO4

2-(aq)

= Kps = 1.34·10-4 = s[Pb2+] = [SO42-]

Più in generale per calcolare la solubilità di un sale occorre calcolare la concentrazione degli ioni provenienti dal sale, tenendo conto dei rapporti ponderali ovvero della stechiometria della reazione


Esempio:Esempio: Calcolare la solubilità in acqua di BaF2, sapendo che Kps = 1.8 ·10-7. Esprimere la solubilità sia in moli/L che in g/L.

BaF2(s) Ba2+(aq) + 2 F-

(aq)

Kps = [Ba2+] · [F-]2 = s ·(2s)2 = 1.8·10-7

[Ba2+] = s [F-] = 2s

4s3 = Kps

Per ogni mole di BaF2 che si scioglie, si formano 1mole di Ba2+ e due moli di F-:

s = = 3.6·10-3Kps 4

3

mol/L

Per trovare la solubilità in g/L:

PM BaF2 = 175.3 g/mol s = 3.6·10-3 mol/L · 175.3 g/mol = 0.63 g/L


Dall’espressione della costante del prodotto di solubilità è possibile calcolare la concentrazione di uno dei due ioni all’equilibrio, nota la concentrazione dell’altro:


(aq)

Kps = [Pb2+] · [Cl-]2 = 1.7·10-5

Esempio:Esempio: Calcolare la concentrazione di Pb2+ all’equilibrio, sapendo che la concentrazione di Cl- = 2.0·10-2 M

[Pb2+] = =Kps

[Cl-]2

1.7·10-5

[2·10-2]2= 4.25·10-2


Formazione di un precipitatoFormazione di un precipitato

I valori di Kps possono essere utilizzati per prevedere la formazione di un precipitato.

Prodotto ionico: Prodotto ionico:

P = [PbP = [Pb2+2+] · [Cl] · [Cl--]]22


(aq)

•Kps è una costante

•P può assumere qualunque valore


•P > Kps formazione di un precipitato

•P < Kps non si forma precipitato

•P = Kps siamo al punto di precipitazione


Effetto dello ione comuneEffetto dello ione comune


(aq)

La presenza di uno ione comune diminuisce la solubilità

Esempio:Esempio: Calcolare la solubilità di PbCl2 in acqua e in una soluzione 2.0·10-2 M di KCl.


Solubilizzazione dei precipitatiSolubilizzazione dei precipitati

Per portare in soluzione il precipitato di un sale insolubile occorre aggiungere un reagente in grado di sottrarre uno o entrambi gli ioni componenti.

• Un acido forteacido forte per sottrarre anioni basici

• Un agente complessanteagente complessante per sottrarre cationi metallici


Acido forteAcido forte

Fe(OH)2(s) Fe2+(aq) + 2 OH-

(aq)

H2OH+

2H+(aq) + 2OH-

(aq) 2H2O

Fe(OH)2(s) + 2H+(aq) Fe2+

(aq) + 2H2O

K = K1·K2 = Kps ·1/(Kw)2 = 5·1011

Kps Fe(OH)2 = 5·10-17


Acido forteAcido forte

•Tutti i carbonatiTutti i carbonati

•Molti solfuriMolti solfuri


Formazione di complessiFormazione di complessi

L’ammoniaca e l’idrossido di sodio vengono comunemente usati per sciogliere precipitati contenenti cationi che formano complessi stabili con questi due leganti:

AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-

(aq)

[Ag(NH3)2]+

NH3

Kps AgCl = 1.8 ·10-10

K = K1·K2 = Kps ·Kf = 3.1·10-3

Kf = 1.7 ·107


Peso Atomico e Molecolare Peso Atomico La massa mediata delle masse relative di tutti gli isotopi...

Documents

Transcript of Peso Atomico e Molecolare Peso Atomico La massa mediata delle masse relative di tutti gli isotopi...