POLITECNICO DI MILANO ... Insegnamento di Chimica II ...
Lezioni (Inorgnica, Organica, Organometallica, Analitica)
Esercitazioni in Aula: Equilibri Multipli Sperimentazioni di Laboratorio (10 ore)
Programma (50 ore)
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
Testi e Materiale per il Corso
Testi di riferimento*
Internet (www. )
Materiale correlato
• F.A. Cotton, G. Wilkinson, Chimica Inorganica Avanzata,
• F.A. Cotton, G. Wilkinson, P.L. Gans, Principi di Chimica Inorganica, Ed.
Ambrosiana, (Mi) (introduttivo)
• G. Wulfsberg, La moderna chimica inorganica: previsioni di reattività, Ed.
Ambrosiana, (Mi) (interpretativo)
• Testo di Complementi di Chimica Organica (da definirsi)
• G. Charlot, Le Razioni Chimiche in
Soluzione, Piccin, (Mi) (Analitica inorganica)
• D.A.Skoog, J.J.Leary Chimica Analitica Strumentale Ed. SES (Na).
• a) lucidi lezioni (pdf)
• informazioni sul corso
• sperimentazioni laboratorio
• materiale complementare
N.B. Integrazioni sui testi di Chimica Generale
Premesse al Corso
• 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 [concentrazione] 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.
I fondamenti della chimica del corso di CHIMICA devono essere stati assimilati, in particolare sono essenziali conoscenze di base su :
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
Tabella Periodica degli Elementi
3 6,939
Li
1,007 1
H
IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIII (Transizione) IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA
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
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
Abbondanza degli Elementi
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 (Pol.) Unica fonte:
LiAlSi2O6
Organismi Viventi
Univ. : 10-4 % Terra : 0.1 % Uomo: 1 % Pericoloso
Unica fonte: fosfati (Ca3PO4) Derivati tutti a partire da P4
Speciazione CaCO3
CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g) Ca2+(aq) + 2 HCO3−(aq)
calcite aragonite
dolomia marmo
Abbondanza degli Elementi sulla Crosta Terrestre
Seq. 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 abbondanza crostale
Z
Elementi Presenti nella Crosta Terrestre, Oceano e Atmosfera
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%
Elementi nel Corpo Umano
Seq. 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
Seq. 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.
Minerali nel Latte Umano e di Mucca
(per 100 millilitri)
Elemento Latte umano* Latte vaccino R= Umano/Vaccino
Rame (µg) 40.0 14.0 2.86
Ferro (µg) 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.
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’appetito e dell’odore, Sistema Immunitario, Membrane Cellulari
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 Coadiuva nella formazione normale dei globuli rossi e del tessuto connettivo e nel funzionamento del sistema nervoso centrale.
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.
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
(75×106 ton.) (fertilizzanti, raffinazione, produzione chimica)
2 ZnS(s) + 2 O2(g) → 2 ZnO(s) + 2 SO2(g)
Zolfo: Fonti e Usi
Elementi : Classificazione Geochimica
3
Li
1,007 1
H
IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIII (Transizione) IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA
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
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Pu
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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: Metodi di Ottenimento
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
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Ta
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W
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Rh
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Ir
46
Pd
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Ni
78
Pt
47
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29
Cu
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48
Cd
30
Zn
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Hg
5
B
13
Al
49
In
31
Ga
81
Tl
6
C Si
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Sn
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Ge
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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
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Sm
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Eu
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Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
58
Ce
59
Pr
60
Nd
93
Np
94
Pu
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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: Classificazione Acidi/basi Molli e Duri
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
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76
Os
45
Rh
27
Co
77
Ir
46
Pd
28
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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
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
MoO42-
TcO42- 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 CO2 NO Ne
3- F-
He
La3+ Yb3+
Ac3+
Tm3+
Er3+
Ho3+
Dy3+
Tb3+
Gd3+
Eu3+
Am3+
UO22+
Sm3+
Pm3+
Nd3+
Pr3+
Forme degli Elementi in Acqua a pH tra 5.5 e 7
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 ossidazione stabile minore di 2 del numero del gruppo
Costi di Ottenimento degli Elementi*
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 2000)]
10 < el. < 50 50 < el. < 300 300 < el. < 3000
< 1
> 3000
