... Insegnamento di Chimica II ...

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)

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/

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 (K_a, pH) ed ossido-riduttive (E°, legge di Nernst, pile, elettrolisi)

• Equilibri eterogenei - Diagrammi di stato - K_ps

• 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

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

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 CaCO

₃

10

CaCO

_3(s)

+ H

₂

O

_(l)

+ CO

_2(g)

Ca

²⁺_(aq)

+ 2 HCO

₃⁻_(aq)

calcite aragonite

dolomia marmo

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 abbondanza crostale

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%

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.

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

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

SO

₃

(g) + H

₂

O(l) → H

₂

SO

₄

(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

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 H 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

H₂O

Li⁺ Be(OH)₂

Na⁺ Mg²⁺

K⁺ Ca²⁺

Rb⁺ Sr²⁺

Cs⁺ Ba²⁺

Fr⁺ Ra²⁺

Sc(OH)₂

Ce³⁺

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

WO₄^2- OsO₂

Au

HgO Tl⁺

Pb²⁺

Bi₂O₃

? Rn I^- Xe

HAsO₄^2- Br^- Kr

Al(OH)₃

SO₄^2-

Cl^- Ar

B(OH)₃ ^CO2 _NO Ne

3- F^-

He

La³⁺ Pr³⁺ Nd³⁺ Pm³⁺ Sm³⁺ Eu³⁺ Gd³⁺ Tb³⁺ Dy³⁺ Ho³⁺ Er³⁺ Tm³⁺ Yb³⁺

Numero di ossid.

stabile pari al gruppo

H₂VO₄^-

Y(OH)₃

WO₃

MnO₂

ReO₄^2-

Numeri di ossidazione più bassi meno stabili

Ru(OH)₃

IrO₂

PtO₂

HCO₃^-

Ga(OH)₃

ln(OH)₃

? Sb₂O₃ GeO₂

SiO₂

HPO₄^2-

H₂O

SeO₄^2-

HTeO₃^-

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 *