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Sezione C2
Le trasformazioni chimiche: aspetti termodinamici e cinetici
14
Chimica
LABORATORIO
Scopo
Ottenere la formazione di sali attraverso diversi tipi di reazioni.
Materiale occorrente
•
Provette e portaprovette
•
Becher da 250 mL
•
Contagocce
•
Cilindro graduato da 100 mL
Reagenti
•
Chiodo di ferro, Fe
•
Rame in nastro, Cu
•
Soluzione di tetraossosolfato (VI) di rame (II), CuSO
4
•
Soluzione di triossonitrato (V) di argento, AgNO
3
•
Soluzione di diidrossido di bario, Ba(OH)
2
•
Soluzione diluita di acido tetraossosolforico (VI), H
2
SO
4
•
Soluzione di cloruro di sodio, NaCl
Procedimento
•
Preparare sali attraverso reazioni di scambio semplice
Versare, in un becher da 250 mL, 100 mL di soluzione di tetraos-
sosolfato (VI) di rame (II) e immergervi il chiodo di ferro. Versare, in
un becher da 250 mL, 100 mL di soluzione di triossonitrato (V) di
argento e immergervi un pezzo di nastro di rame.
Reazione di scambio semplice tra rame e una soluzione
di triossonitrato (V) di argento.
•
Preparare un sale attraverso una reazione di neutralizzazione
(scambio doppio)
Mettere in una provetta circa 5 mL di soluzione di diidrossido di
bario e aggiungere qualche goccia di acido tetraossosolforico (VI)
diluito.
•
Preparare un sale attraverso una reazione di scambio doppio
Mettere in una provetta circa 5 mL di soluzione di cloruro di sodio
e aggiungere qualche goccia di soluzione di triossonitrato (V) di
argento.
Formazione di cloruro di argento (bianco) da triossonitrato (V) di argento
e cloruro di sodio disciolti in acqua.
Osservazioni ed elaborazione dati
Per ogni punto del procedimento annotare le osservazioni effettuate
prima e dopo la reazione; scrivere, eventualmente con l’aiuto dell’in-
segnante, le reazioni bilanciate.
Conclusioni
Nella prima reazione il ferro, elemento più attivo del rame, sposta il
rame dal suo sale, mentre nella seconda il rame, più attivo dell’ar-
gento, sostituisce nel sale quest’ultimo. La terza reazione produce
un sale bianco, il tetraossosolfato (VI) di bario (BaSO
4
), che precipita
perché insolubile in acqua. Nella quarta, infine, il sale bianco inso-
lubile che si forma e precipita sul fondo è cloruro di argento (AgCl).
LAB
Reazioni che danno luogo alla formazione di sali
La chimica del carbonio: un primo approccio
Unità 14
143
Il processo sedimentario
comprende tutti i
fenomeni che portano alla formazione delle rocce se-
dimentarie coerenti e incoerenti. Esso ha la sua origi-
ne nella disgregazione delle rocce preesistenti a causa
dell’erosione che genera frammenti di ogni dimensione,
trasportati prevalentemente tramite l’azione dell’acqua
in luoghi di accumulo (sedimentazione). I sedimenti in-
coerenti possono subire fenomeni di
diagenesi
, cioè di
compattazione e di cementazione, che consentono la
loro trasformazione in rocce coerenti.
La classificazione delle rocce sedimenta-
rie
viene effettuata in base alla natura dei clasti: si di-
stinguono
rocce detritiche
o
clastiche
se i frammenti
derivano da rocce preesistenti,
organogene
se i fram-
menti sono prodotti da attività biologica,
chimiche
se
l’accumulo di materiale deriva da fenomeni chimici. La
classificazione delle
rocce clastiche
si basa sulla granu-
lometria, cioè sulle dimensioni dei clasti. Il nome della
roccia viene assegnato a seconda che la roccia sia co-
erente o incoerente. Le
rocce organogene
derivano
principalmente dall’accumulo di resti di organismi. Si
distinguono in base alla loro composizione: rocce carbo-
natiche, rocce silicee, rocce fosfatiche. Il processo più
diffuso di formazione delle
rocce chimiche
è il fenome-
no di precipitazione di sali da una soluzione acquosa.
La stratigrafia
è quella branca della geologia che
si occupa dello studio delle rocce sedimentarie che nor-
malmente si ritrovano in strati sovrapposti. La stratigrafia
si basa su tre leggi fondamentali: la
legge dell’orizzon-
talità originaria degli strati
, la
legge di sovrapposi-
zione
e la
legge di Walther
. Sulla carta geologica si
raggruppano più strati in
unità.
Si distinguono:
unità
litostratigrafiche
(in base alla somiglianza litologica),
biostratigrafiche
(in base alla distribuzione dei fossili),
cronostratigrafiche
(in base a criteri temporali).
La facies sedimentaria
indica l’insieme delle ca-
ratteristiche litologiche e paleontologiche di una roccia
che dipendono dall’ambiente di formazione. I geologi
ricostruiscono l’alternanza di ambienti sedimentari oriz-
zontalmente (nello spazio) e verticalmente (nel tempo).
In particolare, attraverso lo studio delle discontinuità, si
riescono a identificare periodi in cui le terre emerse ven-
gono invase dalle acque (
trasgressione
) da periodi in
cui le stesse terre sono interessate da un progressivo
ritiro delle acque (
regressione
). Si definisce
ciclo se
Testo articolato, testo sintetico e quesiti
verifiche
35
Quale cienziato propose il m dello a chiave e serratura
per spi gare il comporta ento degli enzimi?
a
Pasteur
c
Wöhler
b
Liebig
d
Fischer
36
Quale tra i seguenti termini o espressio i non ha lo stesso
significato di tutti gli altri?
a
Carbonio hirale
b
Stereocentro
c
Carbonio asimmetrico
d
Enantiomero
37
Una miscela equimole olar i due enantiomeri è detta
a
racemo.
b
diastereoisomero.
c
otticamente attiva.
d
isomero geometrico.
38
Vero o falso?
Nel doppio legame dell’etene sono coinvolti entrambi
gli orbitali ibridi sp
2
di ciascuno dei due atomi.
V
F
Gli enantiomeri sono due isomeri di cui uno è
destrogiro e l’altro levogiro.
V
F
I diastereoisomeri possono essere separati perché
hanno proprietà fisiche diverse.
V
F
Gli enzimi sono stereoselettivi, cioè catalizzano la
reazione di un solo enantiomero.
V
F
COMPETENZE
Esercizi
39
Si possono trovare oggetti chirali (non sovrapponibili alla
loro immagine speculare) in ogni casa. Quali sceglieresti
tra i seguenti?
a
un cacciavite
c
un chiodo
b
una scarpa
d
un cavatappi
40
Il 2-butanolo
CH
3
— CH — CH
2
— CH
3
|
OH
è un alcol chirale? Perché?
41
Un carboidrato ha la seguente formula
OH
OH
H
H
O
OH
a
segna con un asterisco i carboni stereocentri,
b
in quante forme stereoisomere può esistere?
c
è possibile una forma meso?
42
Sapendo che il potere rotatorio specifico del saccarosio è
[
a
]
D
20°C
66,5°, quanti grammi di saccarosio sono contenuti
in 100 mL di una soluzione che, osservata al polarimetro in un
tubo lungo 20,0 cm, fa ruotare la direzione di polarizzazione
della luce della riga D del sodio di un angolo
a
13,83°?
[10,4 g]
Guida alla soluzione
Indicando con l la lunghezza in dm del
tubo polarimetrico e con c la concentrazione in g/mL della
soluzione, vale la relazione:
[
a
]
D
20°C
a
l c
da cui, essendo l 2,00 dm,
c
......
l ......
......
(2,00) (......) g/mL
In 100 mL di questa soluzione di saccarosio sono quindi con-
tenuti …… g di saccarosio
43
Se il potere rotatorio specifico del ( )2-butanolo è
[
a
]
D
20°C
13,9°, qual è il valore del potere rotatorio specifico
del ( )2-butanolo?
Indagini e attività
44
Il senso della vista
L’occhio umano percepisce la luce grazie a due tipi di cellu-
le presenti nella retina: i bastoncelli e i coni. I bastoncelli ci
consentono di recepire differenze anche lievi di intensità lu-
minosa, i coni ci permettono di percepire i colori. L’impulso
nervoso, però, in entrambi i casi è generato da un’iniziale re-
azione fotochimica, che trasforma l’11-cis-retinale (isomero Z)
nella sua forma trans (isomero E). Cerca in Internet o su un
testo di chimica la formula di struttura del composto e scrivi la
reazione di isomerizzazione.
La chimica del carbonio: un primo approccio
Unità 14
141
Il processo sedimentario
comprende tutti i
fenomeni che portano alla formazione delle rocce se-
dimentarie coerenti e incoerenti. Esso ha la sua origi-
ne nella disgregazione delle rocce preesistenti a causa
dell’erosione che genera frammenti di ogni dimensione,
trasportati prevalentemente tramite l’azione dell’acqua
in luoghi di accumulo (sedimentazione). I sedimenti in-
coerenti possono subire fenomeni di
diagenesi
, cioè di
compattazione e di cementazione, che consentono la
loro trasformazione in rocce coerenti.
La classificazione delle rocce sedimenta-
rie
viene effettuata in base alla natura dei clasti: si di-
stinguono
rocce detritiche
o
clastiche
se i frammenti
derivano da rocce preesistenti,
organogene
se i fram-
menti sono prodotti da attività biologica,
chimiche
se
l’accumulo di materiale deriva da fenomeni chimici. La
classificazione delle
rocce clastiche
si basa sulla granu-
lometria, cioè sulle dimensioni dei clasti. Il nome della
roccia viene assegnato a seconda che la roccia sia co-
erente o incoerente. Le
rocce organogene
derivano
principalmente dall’accumulo di resti di organismi. Si
distinguono in base alla loro composizione: rocce carbo-
natiche, rocce silicee, rocce fosfatiche. Il processo più
diffuso di formazione delle
rocce chimiche
è il fenome-
no di precipitazione di sali da una soluzione acquosa.
La stratigrafia
è quella branca della geologia che
si occupa dello studio delle rocce sedimentarie che nor-
malmente si ritrovano in strati sovrapposti. La stratigrafia
si basa su tre leggi fondamentali: la
legge dell’orizzon-
talità originaria degli strati
, la
legge di sovrapposi-
zione
e la
legge di Walther
. Sulla carta geologica si
raggruppano più strati in
unità.
Si distinguono:
unità
litostratigrafiche
(in base alla somiglianza litologica),
biostratigrafiche
(in base alla distribuzione dei fossili),
cronostratigrafiche
(in base a criteri temporali).
La facies sedimentaria
indica l’insieme delle ca-
ratteristiche litologiche e paleontologiche di una roccia
che dipendono dall’ambiente di formazione. I geologi
ricostruiscono l’alternanza di ambienti sedimentari oriz-
zontalmente (nello spazio) e verticalmente (nel tempo).
In particolare, attraverso lo studio delle discontinuità, si
riescono a identificare periodi in cui le terre emerse ven-
gono invase dalle acque (
trasgressione
) da periodi in
cui le stesse terre sono interessate da un progressivo
ritiro delle acque (
regressione
). Si definisce
ciclo se
Testo articolato, testo sintetico e quesiti
verifiche
Test
CONOSCENZE
Con un testo articolato tratta i seguenti argomenti
1
Gli orbitali ibridi del carbonio e i diversi composti organici.
2
I più importa i tipi di reazioni organich e i mecc nismo con
il quale si realizzano.
3
L’isomeria di struttura nei composti organici.
Con un testo sintetico rispondi alle seguenti domande
4
Quali orbitali ibridi usa il carbonio quando forma legami sem-
plici? Un doppio legame? O uno triplo?
5
Qual è la differ nza tra reazioni radicaliche e re zioni polari?
6
Carb cationi e carboanioni, qual è l’ordine di stabilità?
7
Quali sono le regole per l’attribuzione del numero di ossida-
zione al carbonio nei composti organici?
8
Quando un atomo di carbonio è detto stereocentro?
9
C me pera un enzima? Quale m d llo int rpreta il meccani-
smo di azione degli enzimi?
Quesiti
10
La chimica organica st dia
a
i costituenti del regno minerale.
b
gli elementi della tavola perio ic .
c
i composti del carbonio.
d
i processi siderurgici.
11
Quale tra i s uen i elementi non è presente nei composti
org nici naturali?
a
Azoto
c
Carbonio
b
Idrogeno
d
Cloro
12
Quale chimico riuscì a sint etizzare l’urea per mezzo di
una reazione tra sostanze inorganiche?
a
Pasteur
b
Van’t Hoff
c
Wöhler
d
Fischer
13
Quali sono gli orbitali ibridi di un atomo di carbonio posi-
zionato al centro di una molecola tetraedrica?
a
sp
2
a
sp
a
sp
3
a
p
3
14
Qual è la forma di una molecola con un doppio legame
tra atomi di carbonio?
a
Lineare
b
Tetraedrica
c
Planare
d
Elicoidale
15
Vero o falso?
Gli orbitali ibridi sp servono al carbonio per formare
quattro legami semplici.
V
F
Quando il carbonio forma quattro orbitali ibridi sp
3
la molecola è tetraedrica.
V
F
Tra le forme limite che si utilizzano per descrivere
una molecola, nessuna rappresenta la specie
realmente esistente, che è invece un ibrido di
risonanza.
V
F
16
Quale tra le seguenti è la formula di un eterociclo? (Ai ver-
tici dei pentagoni, se non è indicato un diverso simbolo,
si sottintende la presenza di un gruppo atomico CH
2
.)
a
b
CH
3
— CH
2
— CH
2
— CH
2
— CH
3
c
O
CH
3
|
d
CH
3
— CH — CH
2
— CH
3
17
Vero o falso?
I composti aciclici sono formati da catene chiuse
di atomi di carbonio.
V
F
Una delle classificazioni dei composti organici
distingue anche tra composti carbociclici
ed eterociclici.
V
F
Un composto eterociclico contiene, in una catena
carboniosa chiusa, uno o più atomi di elementi
diversi dal carbonio.
V
F
I gruppi funzionali sono atomi o raggruppamenti
di atomi le cui proprietà chimiche dipendono
sensibilmente dal resto della catena cui sono legati.
V
F
18
Scegli tra le due alternative.
I reagenti con un sito ricco di elettroni sono detti elettrofili/
nucleofili.
I substrati elettrofili reagiscono con specie chimiche nucleo-
file/elettrofile.
19
I radicali liberi sono
a
molto stabili.
b
poco reattivi.
c
molto reattivi.
d
detti “sostituenti”.
20
Ordina i seguenti carbocationi in ordine di stabilità cre-
scente:
CH
3
|
CH
3
— CH
2
— C — CH
3
(+)
CH
3
|
CH
2
— CH
2
— CH — CH
3
(+)
CH
3
|
CH
3
— CH — CH — CH
3
(+)
Sezione D
Dall’atomo ai composti inorganici e organici
144
verifiche
Testo articolato, testo sintetico e quesiti
45
Anche gli extraterrestri sono chirali?
Sul nostro pianeta non solo esistono oggetti macroscopici e
microscopici chirali, ma molto spesso uno solo dei due enan-
tiomeri è quello naturale, o il più abbondante in natura. Per
scoprire se è altrettanto vero per le molecole di origine ex-
traterrestre è stata progettata la missione spaziale europea
“Rosetta”. A bordo del modulo Philae, che si poserà sul suolo
di una cometa, è presente il laboratorio COmetary SAmpling
and Composition (COSAC) in grado di separare enantiomeri
di amminoacidi chirali mediante la tecnica della gascromato-
grafia chirale.
L’appuntamento con la cometa è nel 2014! Nel frattempo,
per saperne di più, fai una breve indagine cercando nel sito
dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA).
46
Raccogli con i tuoi compagni il maggior numero possibile di
forme di pasta e con l’aiuto dell’insegnante dividi le forme
chirali da quelle che non lo sono.
47
L’acido fumarico e l’acido maleico sono due isomeri geometrici, il primo è l’isomero E, il secondo l’isomero Z. Dai risultati tabulati,
ottenuti in laboratorio, stabilisci quale isomero è più stabile.
Solubilità in acqua pH indicativo (colore della
cartina universale)
Reazione con NaHCO
3
Reazione con Zn
in polvere
Acido fumarico
Poco solubile
Arancio-rosso
Lieve sviluppo di gas (CO
2
) Sviluppo modesto di gas H
2
Acido maleico
Molto solubile
Rosso intenso
Forte sviluppo di gas
Sviluppo di molto gas
Con l’aiuto dell’insegnante disegna la formula di struttura dell’isomero più stabile, sapendo che la molecola ha 4 atomi di carbonio, due
gruppi carbossilici e un doppio legame tra due carboni.
Organizza i concetti
48
Completa la mappa concettuale.
Isomeri costituzionali
Isomeri
..................................
..................................
Isomeri configurazionali
............................. E e Z
Diastereoisomeri
49
Costruisci una mappa in cui si chiariscono i criteri da utilizzare per determinare il numero di ossidazione di un atomo di carbonio in un
composto organico.
Laboratorio e verifiche
Proposte
per attività
di laboratorio
Conoscenze
Competenze
Mappe
concettuali
Problemi
guidati
Indagini e
attività
I-XII_U-totale-iniziali.indd 4
20/02/12 1