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Formulario di CHIMICA con elementi di FantaChimica

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  Formulario di

CHIMICA

con elementi di FantaChimica












in generale

 


Valenze:

Gas Nobili 0 Zinco 2

Gruppo N.O. (valenza) Idrogeno 1 Mercurio 1,2

I                  +1 Cromo 2,3,6 Argento 1

II +2 Manganese 23467 Rame 1,2

III +3 Ferro 2,3 Piombo 2,4

Text Box: Valenza: il  n° di <a href=atomi di H con il quale un atomo di un dato elemento si combina o reagisce. " v:shapes="_x0000_s1029"> IV +4 +2 (-4) Nichel 2,3 Ossigeno -l,-2 V -3 +5 +3 (-l)

VI -2 +6 +4 (+2)

VII -l +7 +5 +3 +1



Esistono 5 principali classi di Composti:

Ossidi

 

Basi

 


Text Box: In corsivo è la
nomenclatura
tradizionale
Metalli + O2 Þ Ossidi Basici + H2O Þ Idrossidi

Þ Sali

Anidridi

 
NonMetalli + O2 Þ Ossidi Acidi + H2O Þ Acidi



Nomenclatura IUPAC (composti inorganici):

Prefisso

 

Suffisso

 



Ossidi e Acidi:        IPO yyyy OSO (-)

- yyyy OSO

- yyyy ICO

PER yyyy ICO (+)


Sali:                        IPO yyyy ITO (-)

di XXX

 
- yyyy ITO

- yyyy ATO

PER yyyy ATO (+)


Costruire la Formula (schema fantachimico):


Composti:

Binari Þ metodo “della Crocetta

Ternari


Þ



Regola generale: tutti i composti devono risultare sempre elettricamente neutri

Composti Binari :

Gli OSSIDI sono composti di un qualunque elemento (metallo o non-metallo) con l’ossigeno nello stato di valenza -2. La forma generica è XO combinati secondo la regola della crocetta:

Regola della Crocetta: X            Y esempio: Al3+ O2- Þ Al2O3

il composto è neutro infatti 2 (+3) = 6 e 3


se m e n sono divisibili per uno stesso numero la formula si semplifica: S2O6 = SO3



Composti Ternari:

Gli IDROSSIDI sono composti formati da un metallo e lo ione (OH)-:         Me(OH)


Si applica anche in questo caso il metodo della crocetta tra metallo e ione come se fosse un composto binario:                             esempio: Mg2+ (OH)- Þ Mg(OH)2


Gli ACIDI sono composti formati da idrogeno con valenza +1, un non-metallo, e l’ossigeno nella valenza -2. La forma generica è:   HNmO


Regola della sora Peppa: “sommo le cariche positive, divido per due e il risultato lo attribuisco ad O. Se la somma delle cariche positive NON è divisibili per due allora aggiungo un H e riprovo”.


H+ I+5 O-2 Þ HIO3 H+ C+4 O-2 Þ H2CO3


I SALI sono composti formati dall’ossianione di un Acido e il metallo di un Idrossido. La forma generica è MeNmO.


In pratica si stacca l’H dall’acido e al suo posto si aggancia il metallo dell’idrossido. Bisogna calcolare che la carica complessiva dell’ossianione deve neutralizzare quella del metallo. I due membri vanno combinati con il metodo della crocetta.

Line Callout 3 (No Border): La carica complessiva dell’ossianione è 2 ma per neutralizzare la +2 del Mg occorre un ossianione con carica -2

metallo

 

ossianione

 
Esempio: Carbonato di Magnesio Mg2+ + (C4+O2-)2+


Line Callout 3 (No Border): Si aumentano gli atomi di O perché è quello che ha carica negativa. Con 3O la carica complessiva è -2 e neutralizza quella del Mg. Mg2+ + (C4+O2-3)2-


Infatti:

Mg(OH)2 + H2CO3 = MgCO3 + 2H2O


Text Box: Occorre allora aggiungere H2O nella formula di <a href=alcuni composti, tra cui quelli contenenti: Boro, Fosforo, Arsenico, Silicio " v:shapes="_x0000_s1152">ATTENZIONE: alcuni composti hanno la tendenza ad inglobare acqua atmosferica. Si avranno in questo caso due versioni del composto:


con acqua Þ orto composto normale

senza acqua Þ meta solo in laboratorio

Altri composti (più esotici):


Gli IDRACIDI (V.N.) sono composti binari dell’idrogeno (valenza sempre +1) con un non-metallo (acidi binari). Seguono anch’essi la regola della crocetta. La forma generica è HNm e prendono il suffisso idrico.            Esempio: HF = acido fluoridrico


Gli IDRURI (IUPAC) sono ancora composti binari dell’idrogeno e seguono la regola della crocetta. Si dividono in idruri covalenti (H nella valenza +1) e idruri salini (H con valenza -l). La forma generica è HX e il nome idruro di X.


SALI BINARI: sono binari perché provenienti da un Idracido. La forma generica è: MeNm e prendono il nome di Nmuro di Me.


I SALI ACIDI sono quelli in cui rimane qualche H dall’acido. Nella nomenclatura prendono la desinenza biX, idrogenoX, mono/bi acido o mono/di idrogeno.

Esempi: Na2HPO4 bifosfatodisodio o idrogenofosfatodisodio o fosfato monoacido di sodio

NaH2PO4 diidrogenofosfatodisodio o fosfato biacido di sodio


I SALI DOPPI sono quelli formati da due ossidi e un acido e quindi conterranno due metalli e un non metallo. Prendono la desinenza doppio.

Esempio: NaKSO4 solfato doppio di sodio e potassio


PEROSSIDI: ossidi in cui l’O ha eccezionalmente valenza -l.

SUPEROSSIDI: ossidi in cui l’O ha eccezionalmente valenza -l/2.



Esempi di nomenclatura e formule:

FeO                ossido ferroso Fe(OH)2 idrossido ferroso

Fe2O3 ossido ferrico Fe(OH)3 idrossido ferrico

H2SO3 acido solforoso HNO2 acido nitroso

H2SO4 acido solforico HNO3 acido nitrico

H2SiO3 acido metasilicico H4SiO4 acido ortosilicico

HPO2 acido fosforoso HPO3 acido metafosforico

H3PO3 acidoortofosforoso H3PO4 acido ortofosforico

ipoiodito di calcio Ca(IO)2 metaarsenito di alluminio Al(AsO2)3

monoH ortoborato di Na Na2HBO3 nitrito di magnesio Mg(NO2)2

bisolfito ferrico Fe(HSO3)3 perclorato di bario Ba(ClO4)2

idrossido di alluminio Al(OH)3 solfato di alluminio Al(HSO4)3

anidride solforosa (V.N.) SO3 anidride fosforosa (V.N.) P3O2

ammoniaca (V.N.) NH3 fosfina (V.N.) PH3

soda caustica (V.N.) NaOH

ione Ammonio (NH4)+ ione Acidato                       (CH4COO)-

ione Ossalato (C2O4)-2 acido formico HCOOH


Conversioni :

°K = 273 + °C

1 Atm = 760 Torr = 101325 Pa - 1 Pa = 9,87 10-6 Atm

1 Torr = 0,00131 Atm = 133,3 Pa = 1mm Hg a 0 C

1l = 1 dm2


Rapporti ponderali:

Numero Atomico: Z = N° di elettroni (= N° dei protoni) è il numero d’ordine della tavola periodica.

Peso Atomico: P.a. = massa rapportata ad 1/12 dell’atomo di C (P.a. del H = 1)

Peso Molecolare: P.m. = somma dei pesi atomici degli atomi che compongono la molecola.

Peso Formula: P.f. = somma dei pesi atomici nei composti ionici (che non sono molecole discrete).

Peso Equivalente: P.eq. = quantità in peso che reagisce con 1g di H (P.eq. O = 8,00 g)

il Peq di una sostanza che si forma o reagisce in una reazione di Þ Idrolisi                  = Pf / n e

Text Box: Peq × valenza = Pa Neutralizzazione = Pm / n H+

Ossidoriduzione = Pm / n e



N di equivalenti: N.e. = g / Pe

Mole: 1 mole di entità = un numero di Avogadro di pezzi = 6,02 1023 pezzi

Text Box: Peso di una mole di una sostanza:
quantità in g º peso atomico, molecolare o formale
Grammoatomo: quantità in g º Pa

Grammomolecola: quantità in g º Pm

Grammoformula: quantità in g º Pf

N di moli: n = grammi di sostanza / peso di una mole = g / Pa = g / Pm = g / Pf

Molarità: M = n / Vl = g / (Pm Vl) (numero moli di soluto in 1l di soluzione)

Formalità: F = nPf / Vl (numero di Pf di soluto in 1l di soluzione)

Normalità: N = Ne / Vl = g / (Peq Vl) (numero di equivalenti in 1l di soluzione)

Molalità: m = n / Kg (numero moli di soluto in 1Kg di solvente)


Leggi dei Gas Ideali:

Text Box: dove:
P=Atm, V=l, T=°K
L. di Boyle: P1 V1 = P2 V2 quando T = K

L. di Charles:            P1 / T1 = P2 / T2 quando V = K

L. di Gay-Lussac: V1 / T1 = V2 / T2 quando P = K

Equazione di stato: P V / T = P V / T (date tutte le condizioni iniziali e due delle finali)

per n moli di Gas si ha: P V = n R T ovvero P V = (g / Pm) R T

Þ (T è sempre in K

 
dove R = 0,0821 se la pressione è in Atm e il volume è in l

dove R = 82,1 se la pressione è in Atm e il volume è in ml

Densità: d = g / V Þ d = P Pm / R T

e tra due gas a P e T costanti: da / db = Pma / Pmb

L. di Dalton: Ptot = P1 + P2 + +Pn (in una miscela la P totale = somma delle P parziali dei singoli gas)

Text Box: (n1 / n) = X
Frazione Molare
P Parziale: P1 = (n1 / n Ptot dove: n1= moli di un componente

n = moli tot. della miscela

P1 = P (v1 / V) dove: v1= volume che il componente occuperebbe da solo a P e T

V = volume della miscela a P e T, somma dei volumi parziali

[Gas ¹ alle stesse condizioni hanno = n || 1 mole di qualsiasi gas a C.N. (P=1Atm, T=0 C) occupa V=22,4l]


Dissociazione Elettrolitica (vale anche per la D.Termica):

Data la reazione cAB Û aA + bB se si hanno inizialmente n moli di reagente, x delle quali si dissociano (grado di dissociazione a formano u particelle, all’equilibrio si otterrà:

Text Box: Grado di dissociazione: a = nd / ni
(a = moli dissociate / moli iniziali)

moli di AB iniziali = n = n

moli di A formate            = ana = ax

Text Box: Moli di reagenti dissociate:  x = namoli di B formate = bna = bx

moli di AB residue = n - cna = n - cx

Text Box: N° di paricelle prodotte:  n = a + bmoli tot dei soli prodotti = nan = xn

moli totali all’equilibrio = n a n-l)]


Costante di Dissociazione: KE = (c a a) “legge di diluizione di Ostwald”

KE c a per gli elettroliti poco dissociati (a << 1)

(dove c = n/V e a = moli dissociate / moli iniziali)

Text Box: Costante di dissociazione (Prodotto Ionico) dell’acqua: KW = [H+] × [OH-] = 1×10-l4




Nella dissociazione di elettroliti deboli tutte le proprietà colligative (P , Keb, Kcr, p) vanno calcolate moltiplicando il

valore per il fattore di correzione: a u-l)] dove a = grado di dissociazione e u = numero di ioni formatisi


Nella dissociazione di elettroliti forti (sali, molecole ioniche) la dissociazione è totale (a=1) e le proprietà colligative (P , Keb, Kcr, p) vanno calcolate moltiplicando per il fattore di correzione: u = numero di ioni formatisi


Soluzioni:

Frazione Molare: X = n1 / n (rapporto tra moli di un componente e moli totali)

% in peso: g di soluto contenuti in 100g di soluzione Þ % = ga 100 / gtot

% in volume: ml di soluto contenuti in 100ml di soluzione Þ % = mla 100 / mltot

NB: la somma delle % in peso dei dei vari componenti è 100% ma non è sempre così per la somma delle % in volume.

Soluzioni Titolate: Ne della soluzione titolata = Ne della soluzione da titolare

(Vedi anche .9 “Titolazioni”) V1 N1 = V2 N2

dove V è il volume in litri e N la normalità (=Eq/l)

Text Box: Tensione di Vapore (P)
di un solido o di un liquido, data una T, è la
pressione della fase vapore in equilibrio con la
fase solida o liquida considerata
L. di Raoult: P = P a Xa + P b Xb + P c Xc +

dove P a, P b, P c, sono le tensioni di vapore

dei componenti puri A, B, C, a quella T e

Xa, Xb, Xc, sono le rispettive frazioni molari.

Si ha inoltre:

Þ   P - P / P = Xb P = Tens. di vapore solvente puro; Xb = fraz. Mol. Soluto non volatile

Þ   P - P / P = gb Pma / ga Pmb per soluzioni diluite; ga = grammi solvente puro

Þ   Pmb = (P gb Pma) / (DP ga) Pmb = peso molecolare soluto

Text Box: Qui le temperature in °C!Innalz. Ebullioscopico ed Abbass. Crioscopico: Dt = Keb m

m = molalità                                      Dt = Kcr m

Dt = differenza tra il punto di ebollizione o congelamento della soluzione e quello del solvente puro

Presione Osmotica: p = c R T dove: C = n / V ovvero la concentrazione in moli/litro

se V è in litri e R = 0,0821 la pressione osmotica p verrà espressa in Atm



Text Box: L’abbassamento della pressione di vapore, l’innalzamento ebullioscopico, l’abbassamento crioscopico e la pressione
osmotica sono proprietà che dipendono dal numero di particelle di soluto e vengono perciò dette colligative




Equilibri di Solubilità: Absolido Û nA+ + nB-

Prodotto di Solubilità: KS = costante = [A+]n [B-]n (di un elettrolita forte poco solubile)

KS = nSn nSn                         dove S = Solubilità (Moli/Litro)

Effetto dello Ione Comune:

considerando che:

 
esempio: AgCl(s) Û pAg+ + qCl- [Ag+] = S + C

AgNO3 Û Ag+ + NO3- [Cl-] = S

avremo: KS = Sq (C + S)p da cui, quando C >> S: KS SC

Text Box: ATTENZIONE: in questo caso occorre considerare come misura della solubilità solo la concen-
trazione dello ione che deriva esclusivamente dalla dissociaxzione dell’elettrolita poco solubile.




Solubilità dei Gas nei Liquidi

Legge di Henry: S = cost P                  dove P = Pressione Parziale del Gas, il valore cost dipende da T

VG/VL = cost RT dove VG = Volume del Gas e VL = Volume del Liquido

Text Box: ATTENZIONE: la legge è valida solo per Gas che NON reagiscono con il solvente




Costante di Equilibrio

data la reazione nA + nB Û nC + nD avremo:

Text Box: L’attività di una sostanza pura allo stato solido o liquido = 1

[C]n [D]n

[A]n [B]n

 


KC valida per reazioni in fase gassosa o in soluzione

dove [x] = concentrazione molare del reagente x

XCn XDn

XAn XBn

 

KX valida per reazioni in fase gassosa o in soluzione

dove X = frazione molare = moli componente / moli miscela

PCn PDn

PAn PBn

 


Text Box: N.B.: la costante di equilibrio
dipende sempre soltanto
dalla temperatura
KP valida solo per reazioni in fase gassosa

dove PX = pressione parziale del componente x

Ptot XCn Ptot XDn

Ptot XAn Ptot XBn

 

KP valida solo per reazioni in fase gassosa

dove X = frazione molare = moli componente / moli miscela


Text Box: Dn = nC + nD - (nA + nB)
(considerare solo i componenti gassosi)
KP = KC (R T)Dn se Dn = 0 Þ KP = KC

KP = KX PtotDn se Dn = 0 Þ KP = KX


Idrolisi salina

data la molecola ionica AB e la reazione: AB + H2O Û HB + A+ + OH-

avremo la reazione di idrolisi:               B + H2O Û HB + OH- poiché A di fatto non ha reagito

Grado di Idrolisi: b (Ki/C) (è dell’ordine di 10-2 - 10-3)

[HB] [OH-]

[B]

 


Costante di Idrolisi           Ki =


o anche: Ki = Kw/Kdebole per un sale proveniente da un costituente debole (acido o base) Ki = Kw/(Ka Kb) per un sale proveniente da acido e base entrambi deboli.


Termodinamica

Energia Libera: G = H - T S DG DH - T DS dove H = Entalpia e S = Entropia

per DG < 0 Þ la reazione è spontanea (esotermica)

per DG = 0 Þ la reazione è all’equilibrio

per DG > 0 Þ la reazione non è spontanea (endotermica)

Text Box: T = °K  R=1,98 cal/gradoEn. Libera Standard: DG = - R T ln K* = -2,30 R T log10 K*

Equazione di Van’t Hoff: log(Kp1/ Kp2) = -(DH /2,3R) (1/T1-l/T2) con: T1>T2

Equazione di Boltzman: NE=N e -E/RT dove NE = numero di molecole con energia ³E sulle N presenti

Equazione di Clapeiron: dP/dT=DH/TDV ovvero log P2/ P1=(DH/2,303R)(1/T1-l/T2)


Acidi e Basi pH = - log [H+] [H+] = 10-pH

pOH = - log [OH-] [OH-] = 10-pOH

pH + pOH = 14 Þ pH = 14 - pOH e pOH = 14 - pH

Text Box: Acidi e Basi Forti = “che si dissociano totalmente”
 Acidi e Basi Monoprotici = “che dissociano un solo H+ o OH-” Per <a href=acidi e basi Monoprotici Þ M = N " v:shapes="_x0000_s1142">
Text Box: Principali Acidi Forti:
 HClO4 HNO3 HCl
 HBr HI H2SO4
 H2SCO4 HSCN HIO3
Text Box: Principali Basi Forti:
 NaOH KOH LiOH
 Ca(OH)2 Ba(OH)2 RbOH
 CSOH SrOH2 TlOH









Text Box: dove:
C = concentrazione
iniziale dell’acido
o della base
Soluzioni di Acidi e Basi Forti

solo per i poliprotici:

pH = - log 2c

 
pH = - log c se c > 10-6 M

[H+]2 - c [H+] - KW = 0 se c < 10-6 M


Soluzioni di Acidi Monoprotici Deboli: HA + H2O Û H3O+ + A-

[H+] = ( Ka c )             quando Ka < 10-3 o c > 10-3

[H+]2 + Ka [H+] - c Ka = 0 quando Ka > 10-3 o c < 10-3

qualora fosse noto a Þ [H+] = a c e pH = - log a c




Soluzioni di Basi Monoprotiche Deboli: B + H2O Û BH+ + OH-

[OH-] = ( Kb c )                quando Kb < 10-3 e c > 10-3

[OH-]2 + Kb [OH-] - c Kb = 0  quando Kb > 10-3 e c < 10-3

qualora fosse noto a Þ [OH-] = a c e pOH = - log a c


Text Box: Considerare solo la prima ionizzazione.

Quando Kc è molto piccolo (tipo 10-7)
si avrà Ka = [acido dissociato]
Soluzioni di Acidi Poliprotici Deboli

[H+] c                                 quando Ka < 10-3

[H+]2 + Ka [H+] - c Ka = 0       quando Ka > 10-3


Soluzioni Tamponanti (quando ho in soluzione un sale + il suo componente debole)

Acido Debole + suo Sale: [H+] = Ka (ca / cs) pH = - log Ka + log (cs / ca)

Base Debole + suo Sale: [OH-] = Kb (cb / cs) pOH = - log Kb + log (cs / cb)

Miscela di Sali di Acido Polibasico: [H+] = Ka (c1 / c2) pH = - log Ka + log (c2 / c1)

( c1 = concentrazione acido di I ionizzazione c2 = concentrazione. acido di II ionizzazione )

Equilibri Acido-Base in Soluzioni Saline (quando metto sale in acqua)

sale di Acido Forte + Base Forte Þ PH = 7 (soluz. neutra)

sale di Acido Debole + Base Forte Þ Kb = KW / Ka [OH-] = ( Kb c ) (soluz. basica)

sale di Acido Forte + Base Debole Þ Ka = KW / Kb [H+] = ( Ka c ) (soluz. acida)

sale di Acido Debole + Base Debole Þ [H+] = [KW (Ka / Kb)] ; PH = 7 ½ log Ka + ½ log Kb

sali di Acidi Poliprotici ed altri Anfoliti        Þ [H+] = [ Ka1 (Ka2 c + KW) / (Ka1 + c) ]


Text Box: Oltre il punto di eq.:
[X] » Csale
se Acido Forte X=H
se Base Forte X=OH
Text Box: Al punto di eq.:
[X]»Ö(K×Cs)
se Acido Forte X=H
se Base Forte X=OH
Titolazioni: vedi .6 “Soluzioni Þ Titolate”

Indicatori: HInd Û H+ + Ind-

log ( [Ind-] / [HInd] ) = pH + log Kind



Reazioni di Ossidoriduzione: ricetta della sora Lella”


Riscrivere l’equazione molecolare in forma ionica (si dissocino tutti gli elettroliti, negli acidi si separino gli H dall’ossianione, nelle basi si separi il metallo dall’OH)

si osservi quali elementi cambiano il numero di ossidazione.

si scriva la semireazione di ciascuno di questi elementi sommando l’opportuno numero di elettroni all’elemento più positivo per colmare la differenza con l’altro

si bilancino le cariche e le masse: la somma algebrica delle cariche di destra deve eguagliare quella delle cariche di sinistra; a destra e a sinistra devono trovarsi le stesse quantità degli stessi elementi

si scriva a fianco di ciascuna semireazione il numero di elettroni che è in gioco nell’altra. Questo numero verrà usato come fattore di moltiplicazione per tutti gli elettroliti di quella semireazione.

si riscriva dunque l’equazione ionica sommando membro a membro le due semireazioni. Nel far ciò si dovrà anche moltiplicare il coefficiente stechiometrico di ciascuno ione per il fattore che gli era stato assegnato.

tralasciando gli elettroni, si ricompongano ora tutti gli elettroliti per riformare tutti i composti che si avevano inizialmente con il coefficiente che ne deriva. Si eliminino le quantità uguali di composti uguali eventualmente presenti in entrambi i membri della reazione. L’equazione molecolare è ora bilanciata.



Elettrolisi:

L. di Faraday:       m = (Q PEq) / F dove: m = massa in g della sostanza formatasi

Q = quantità di elettricità (I t)

PEq = peso equivalente

F = costante di Faraday = 96500 Coulomb = 26,80 Ah


Pila Chimica Elettrodo | Ox; Rid || Ox; Rid | Elettrodo

Semireazione: pox + ne- Û qrid



Eq. Nernst: EX = E log



Regoletta fondamentale

 
f.e.m. = EC - EA con: EC > EA

OX = specie ossidante = specie ridotta = specie che acquista elettroni = specie con maggior numero di ossidazione

RID = specie riducente = specie ossidata = specie che cede elettroni = specie con minor numero di ossidazione

 







Pila a Concentrazione Me | Men c || Men c’ | Me

Regola del cavolo

 

C1p

C2p

 
Pila dove i semielementi sono uguali ma le concentrazioni diverse

dove:  C1 > C2

Se la DC è nella specie OX Þ la specie con C=max è al catodo

Se la DC è nella specie RID Þ la specie con C=min è al catodo

 

n


 


f.e.m = log



In generale nelle Pile:

F = Kfaraday = 96500 Coulomb = 26,8 Ah

n = numero di elettroni scambiati

E = Ec - Ea = differenza tra i potenziali normali

 
DG = - n F E dove:


log K = 16,9 n E a 25 C

se DG < 0 Þ la reazione è spontanea Þ esiste una f.e.m.



















“FantaChimica” = chimica empirica appositamente studiata per risolvere i problemi in modo rapido e meccanico senza troppi perché. Le regole fantachimiche sono qui riportate entro riquadri a tratto intero. Si rende noto che le leggi della Fantachimica, pur portando a risultati corretti, sono malviste dal corpo docente. Si declina ogni responsabilità circa gli effetti diseducativi, le reazioni negative degli insegnanti e gli eventuali errori causati dall’uso scorretto, arbitrario o non ponderato delle suddette leggi.






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