Vincerà la sfida chi risponderà per primoCORRETTAMENTE al seguente quesito
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Il tempo massimo a disposizione sarà di 24h dalla pubblicazione del post.
Il vincitore (2 punti) sarà annunciato lunedì a lezione.
Il silicio, come il carbonio, possiede quattro elettroni di valenza, e quindi potrebbe sembrare in grado di formare molecole complesse simili a quelle alla base della vita. Tuttavia, in natura il silicio mostra un comportamento chimico diverso da quello del carbonio. Ad esempio, esso tende a legarsi molto più facilmente con l’ossigeno che non con altri atomi di silicio. Osservare le seguenti energie di dissociazione di legame (N.B. si tratta di energie approssimative):
C-O = 358 kJ/mol
C-C= 346 kJ/mol
Si-O= 452 kJ/mol
Si-Si= 293 kJ/mol
Si può osservare che nel caso del carbonio, i legami C–C e C–O hanno energie di dissociazione che differiscono poco; nel caso del silicio, invece, esiste un maggior divario tra l’energia di dissociazione del legame Si–O e quella del legame Si–Si. Fornire una spiegazione utilizzando non più di cento parole.
Si ricorda che, come chiarito a lezione, la partecipazione alle esercitazioni non è obbligatoria ed è utile solo nel caso in cui abbiate studiato. Inoltre vi ricordo le scadenze utili per compilare il test e il questionario di autovalutazione, i cui esiti saranno utili per la preparazione dell’esercitazione.
Di seguito sono riportati i risultati della prova in oggetto.
Lo studente in verde ha superato la prova ed è dunque ammesso a sostenere la prova orale in data 6 ottobre alle ore 16:00.
Per tutti gli altri studenti la prova si intende NON superata. In arancione è indicata un’insufficienza grave (voto<15). In nero è indicata un’insufficienza gravissima (voto inferiore/= a 6) Si ricorda che i voti sono espressi in trentesimi!
Tutti coloro che hanno sostenuto la prova potranno prenderne visione prenotandosi per il ricevimento utilizzando l’apposito link (il ricevimento si terrà DOPO LA PAUSA ESTIVA)
Si ricorda, infine, che il superamento dell’esame prevede che si raggiungano dei requisiti minimi di sufficienza e non di certo una “collezione” di un certo numero di “tentativi”.
1)Indicare il valore maggiore per ciascuna coppia: a) il pKa di un acido forte e il pKa di un acido debole b) la Ka di un acido forte e la Ka di un acido debole
2) Sulla base delle informazioni riportate sotto, indicare dove è spostato il seguente equilibrio acido-base:
3)Per ciascuna coppia acido-base coniugati, identificate la prima specie come acido o base e la seconda specie come base o acido coniugato. Inoltre, disegnare per ogni specie le strutture di Lewis, mostrando tutti gli elettroni di valenza e le cariche formali. (a) HCOOH / HCOO– (b) NH4+ / NH3 (c) CH3CH2O– / CH3CH2OH (d) HCO3– / CO32- (e) H2PO4– / HPO42- (f) CH3CH3 / CH3CH2– (g) CH3S– / CH3SH
4) Qual è l’acido coniugato dell’ammoniaca?
5) Mettere i seguenti composti in ordine di acidità crescente e motivare la scelta: CH3CH2CH2SH b) CH3CH2CH2NH2 c) CH3CH2CH2OH d) CH3CH2CH2CH3
6) Dire quale atomo nella seguente molecola può essere più facilmente deprotonato
7) Elencare i seguenti idrogeni in ordine di acidità crescente (dal valore più basso a quello più alto)e motivare la scelta
8)Nell’acido acetico, CH3COOH, l’idrogeno dell’OH è più acido degli idrogeni del CH3. Spiegare il perchè.
9) Di seguito sono riportate delle coppie di composti, dire quale composto di ciascuna coppia ha il pKa più basso
10) Qual è l’acido più forte tra quelli elencati sotto? Quali caratteristiche strutturali giustificano i valori di pKa riportati?
11) Disporre i seguenti composti in ordine di acidità crescente:
12) Di seguito sono riportate due coppie di composti. Dire quale composto di ciascuna coppia è il più acido e spiegare perché:
13) Disporre i seguenti composti in ordine di acidità crescente:
14) Mettere i seguenti composti in ordine di acidità decrescente e motivare la scelta:
a) CH3CH2CH2COOH b) CH3CH2CHBrCOOH c) CH3CH2CBr2COOH
15)Metti i seguenti composti in ordine di acidità crescentee motiva la scelta
16) Cerchiare l’acido più debole e motivare sinteticamente la scelta.
17) Ordina i seguenti composti per acidità crescente e motivare la scelta
18) Dire chi è più basico nelle seguenti coppie di composti, motivando la scelta: a) NH3 e NaNH2 b)
19) Metti i seguenti composti in ordine di basicità crescente (NB: a lezione non abbiamo ancora visto un esempio di questo tipo, ma provate a ragionarci…ne discuteremo a lezione).
20) Cerchiare la base più forte e motivare sinteticamente la scelta.
Acido di Brønsted-Lowry: specie che cede un protone
Base di Brønsted-Lowry: specie che accetta un protone
Reazioni acido-base: reazione di un acido con una base. Un acido non può perdere un protone senza la presenza di una base che lo accetta: un acido reagisce sempre con una base. La reazione inversa di una reazione acido-base è anch’essa una reazione acido-base. In queste reazioni (chiamate anche reazioni di trasferimento protonico) un acido dona un protone ad una base. L’acido si trasformerà nella sua base coniugata, la base nel suo acido coniugato.
pH= -log[H3O+] –>Descrive l’acidità della soluzione
pKa= -logKa –> indica la tendenza del composto a perdere il protone. Si tratta di una caratteristica della molecola, e in quanto tale dipende dalla struttura di quest’ultima.
Domande e risposte
Quando le due specie che reagiscono possiedono entrambe degli idrogeni acidi e delle coppie solitarie come posso capire chi si comporterà da acido e chi si comporterà da base? Per capire chi perde il protone e chi lo acquista, bisogna confrontare i valori di pKa: la specie che ha il valore di pKa più basso (acido più forte) è la specie che agisce da acido, perdendo un protone.
Come faccio a capire dove è spostato l’equilibrio? L’equilibrio favorisce la formazione dell’acido più debole. Bisogna quindi individuare le specie che si comportano da acido (sia tra i reagenti sia tra i prodotti) e confrontare i valori di pKa (o, comunque, la forza acida relativa).
Come faccio a stimare la forza acida relativa di due composti sulla base della loro struttura? Innanzitutto è necessario individuare il protone più acido in ciascun composto, applicando le regole che seguono (1-4); poi bisogna confrontare i composti tra di loro, usando le stesse regole. Ricordandoci che più debole è la base, più forte è il suo acido coniugato, è utile ragionare proprio sulla stabilità relativa delle basi coniugate. Dunque: base più stabile=base più debole=acido coniugato più forte.
1)Se i protoni sono legati ad atomi di dimensioni simili (es.: C,N,O,F), l’acido più forte è costituito da quello con il protone legato all’atomo più elettronegativo. Perchè? La base coniugata con la carica negativa localizzata sull’atomo più elettronegativo sarà più stabile (e quindi più debole), in quanto questo “tollera” meglio la carica negativa. Ricorda: l’elettronegatività di un atomo è influenzata anche dalla sua ibridazione (maggiore è il carattere s degli orbitali ibridi, maggiore sarà l’elettronegatività, dato che gli elettroni di legame saranno più vicini al nucleo). Dunque, un C sp è più elettronegativo di un C sp2, che è più elettronegativo di un C sp3.
2)Se i protoni sono legati ad atomi di differenti dimensioni (es.: F, Cl, Br, I), l’acido più forte risulterà quello il cui protone è legato all’atomo più grande. Perchè? La base coniugata dell’atomo di maggiori dimensioni sarà più stabile in quanto gli elettroni di valenza si troveranno in orbitali che occuperanno via via un volume maggiore (es. 3sp3 vs. 4sp3). Questo significa che l’anione che deriva dall’atomo più grande sarà caratterizzato da una minore densità elettronica e sarà quindi più stabile rispetto a quello che deriva da un atomo di dimensioni minori.
Il seguente schema può essere utile per riassumere i punti 1 e 2.
3) Una caratteristica strutturale che ha effetto sull’acidità è la possibilità di avere risonanza: se la base coniugata è stabilizzata per risonanza, questo determina un aumento della forza dell’acido. Perchè? La delocalizzazione degli elettroni aumenta la stabilità del sistema (NB: questo concetto sarà ulteriormente approfondito in seguito) diminuendo, nel caso della base coniugata, la densità elettronica sul singolo atomo.
4) Sostituenti (ovvero atomi che hanno sostituito un atomo di idrogeno) elettronegativi, che attirano versi di sé gli elettroni di legame, aumentano la forza dell’acido (effetto induttivo elettron-attrattore). Perchè? Dato che questi atomi attirano a sé gli elettroni di legame, vanno a diminuire la densità elettronica sull’atomo carico negativamente, contribuendo in questo modo alla stabilità della base coniugata. NB: mentre per i punti 1 e 2 stiamo ragionando sull’atomo che, nella base coniugata, porterà la carica negativa, nel caso dell’effetto induttivo elettron-attrattore, ragioniamo su atomi che si trovano distanti 2,3 o più legami dall’atomo da cui verrà strappato il protone.In questo caso dobbiamo prendere in considerazione solo elettronegatività dell’atomo e distanza dal sito di interesse. Errore classico: per gli alogeni (e a volte anche per atomi di altri elementi), confondere l’effetto diretto descritto ai punti 1 e 2, con l’effetto induttivo elettron-attrattore, descritto al punto 4. Nel primo caso entra in gioco la dimensione degli atomi, nel secondo caso l’elettronegatività. Si tratta infatti di due effetti diversi, che non vanno MAI confusi.
SUGGERIMENTO: quando si confrontano due o più composti, concentrarsi sempre sulle differenze, tralasciando le caratteristiche strutturali che sono comuni a tutti. NB: stabilire la forza relativa di due acidi significa anche individuare quale dei due avrà pKa minore e quale avrà pKa maggiore.
Come faccio a stimare la basicità relativa di due composti sulla base della loro struttura? Tralasciando per ora casi specifici che analizzeremo al momento opportuno, i punti 1-4 possono essere utilizzati anche per ragionare sulla forza delle basi. Ricordiamo che base più stabile=base più debole.
Come faccio a determinare il sito di protonazione di un composto? è necessario individuare l’atomo più basico nella molecola (vedi “strategia per la risoluzione dei problemi” pag. 58) E di un composto con elettroni delocalizzati? In questo caso, è necessario analizzare le strutture limite di risonanza per individuare l’atomo più basico, caratterizzato da una densità elettronica maggiore (vedi “strategia per la risoluzione dei problemi” pag. 58).
Come faccio a capire se, in una soluzione ad un determinato valore di pH, un composto si trova nella forma acida o basica? Tenendo conto che il fatto che un acido perda o meno il protone in una soluzione acquosa dipende sia dal suo pKa sia dal pH della soluzione, è possibile utilizzare l’equazione di Henderson–Hasselbalch, che mette in relazione queste due misure, per capire quale sarà la forma predominante (acida o basica) di un composto in soluzione.
Cosa è necessario fare prima di aprire i due link che seguono:
Studiare tutti gli argomenti trattati fino ad ora a lezione (Elementi di Chimica Generale: Struttura Elettronica e Legame)
Esercitarsi, utilizzando sia gli esercizi del libro sia quelli del blog (NB: le soluzioni degli esercizi del blog saranno rese disponibili nel corso del fine settimana)
Se siete a posto con i primi due punti, è il momento di proseguire.
Al seguente link, troverete un TEST DI AUTOVALUTAZIONE. Avrete 45 minuti per rispondere alle domande e alla fine potrete verificare il punteggio ottenuto e se avete risposto correttamente o meno. Sarà possibile rispondere fino alle 18:00 di lunedì 6/10/24. Sarà possibile rispondere al test una sola volta prima dell’esercitazione. Dopo l’esercitazione il form sarà riaperto e sarà possibile rispondere nuovamente (NB: anche chi avrà già sostenuto il test, potrà rifarlo).
Se avete risposto al test precedente(e solo in tal caso), potrete a questo punto aprire il link seguente (questionario), in cui potrete illustrare le eventuali difficoltà riscontrate. Sarà possibile rispondere al questionario fino alle 18:00 di lunedì 6/10/24.
L’esercitazione, che si terrà nel corso della prossima settimana, sarà basata sia sui risultati del test, sia sulle osservazioni fatte nel questionario. NB: non saranno presi in considerazione i questionari compilati senza aver prima fatto il test!
1. Identificare il tipo di orbitali (indicati dalle lettere a-g nell’immagine seguente); specificare anche se si tratta di orbitali atomici o molecolari.
2. Indicare il tipo di ibridazione per ognuno degli atomi (escluso l’H) dei seguenti composti
3. Per gli atomi indicati da una freccia nei seguenti composti, indicare:
4. Descrivi ibridazione, geometria e angolo di legame per gli atomi indicati da freccia nella seguente struttura:
5a. Indicare il tipo di ibridazione per ognuno degli atomi indicati da una freccia:
5b. In riferimento all’esercizio5a, prendere in considerazione i legami presenti tra b/e e c/d rispettivamente. Fornire una descrizione dettagliata degli orbitali ibridi che si sovrappongono e degli orbitali molecolari che si formano.
6. Quale delle seguenti affermazioni è falsa? Un orbitale molecolare sigma a) può derivare dalla sovrapposizione laterale di due orbitali atomici p b) può derivare dalla sovrapposizione testa-testa di due orbitali atomici p c) può derivare dalla sovrapposizione di due orbitali atomici s d) può derivare dalla sovrapposizione di un orbitale atomico s e un orbitale atomico p
7. Gli orbitali molecolari di antilegame sono prodotti da: a) interazione costruttiva (in fase) degli orbitali atomici b) interazione distruttiva (fasi opposte) degli orbitali atomici c) la sovrapposizione degli orbitali atomici di due ioni negativi d) tutte le precedenti e) nessuna delle precedenti
8. Quali orbitali ibridi si trovano nella molecola di acqua? a) sp3 b) sp2 c) sp3d d) sp
9. Quali orbitali si formano per sovrapposizione assiale di 2 orbitali sp3 ?Quali orbitali sono invece coinvolti nella formazione di un legame pi-greco?
10. Proporre formule di struttura per le molecole aventi le seguenti caratteristiche: a) due atomi di carbonio ibridati sp2 e due atomi di carbonio ibridati sp3 b) quattro atomi di carbonio tutti ibridati sp2 c) due atomi di carbonio ibridati sp, e due atomi di carbonio ibridati sp2
11. Proporre la struttura di una molecole che soddisfi i seguenti criteri: contiene 2 atomi di carbonio ibridati sp2 e 2 atomi di carbonio ibridati sp3. Dire quali sono la geometria e gli angoli di legame di ciascun carbonio.
12. Nelle seguenti figure, alcuni dei legami sono indicati da freccia e da una lettera.a) Etichettare i legami a-d come singoli, doppi o tripli;b) Indicare (per quei legami) il tipo di orbitale/i molecolare/i;c) dire quali orbitali atomici/orbitali ibridi sono coinvolti nella formazione del legame. d) Considerando tutti i legami singoli C-C della molecola, qual è il legame più corto? (NB: in questo caso ci riferiamo a tutti i legami, non solo a quelli indicati da freccia e lettera)
13. Nella seguente figura, alcuni dei legami sono indicati da freccia e da una lettera.
1) Etichettare i legami a-d come singoli, doppi o tripli; 2) indicare il tipo di orbitale/i molecolare/i; 3) dire quali orbitali atomici sono coinvolti nella formazione del legame. 4) Considerando tutti i legami singoli della molecola (ed escludendo i legami C-H) qual è il legame più corto?
14. Quella qui riportata è la struttura della vitamina C
a) Individuare il legame singolo C-C più corto b) dire quali orbitali molecolari danno luogo al doppio legame C=O e quali orbitali atomici/ibridi sono usati per formare tali orbitali molecolari c) dire quanti atomi di idrogeno in tutto sono presenti nella molecola e) individuare gli atomi di carbonio ibridati sp2
15)La struttura di seguito riportata è quella della chinina. Osservare gli atomi e i legami indicati da lettere e numeri e completare le seguenti frasi o rispondere alle seguenti domande
I) La coppia solitaria dell’atomo di azoto a si trovano in un orbitale_______; quella dell’atomo di azoto b si trova in un orbitale_______ II) Osservare il legame indicato dalla c ed indicare il tipo di orbitale/i molecolare/i______________________________________________________________________________________ III) Quali orbitali atomiciibridi si sovrappongono per formare il legame c?_____________________________________________________________________________________ IV) Qual è il legame più corto tra quelli indicati dai numeri da 1 a 4?____________________________________________________________________________________
16. Il composto mostrato in figura è il paclitaxel, un farmaco antitumorale. Indicare l’ibridazione dei carboni indicati dalle lettere A e B e dai numeri 1,2,3.
17. Dire quali sono l’ibridazione, la geometria e l’angolo di legame del catione metile.
18. Dire com’è ibridato l’atomo di ossigeno nella molecola d’acqua. Dire quali sono le evidenze a favore di tale ibridazione.
Due video per visualizzare e capire l’ibridazione del carbonio e la formazione dei legami nei composti organici!
NB: nel primo video troverete anche dettagli su analisi conformazionale, che non è stata ancora affrontata a lezione. Vi sarà utile ritornarci in seguito, dopo che ne avremo parlato.
Per chi comincia a studiare la chimica organica, l’atomo non deve avere più segreti (ok, sono concessi quegli aspetti che restano ancora tali per tutti)! Ancora qualche dubbio su atomi e orbitali atomici? I video seguenti possono esservi utili. Se invece tutto è chiaro, vi consiglio ugualmente di guardarli, con particolare attenzione alla rappresentazione 3D degli orbitali!
Capire l’atomo
Modelli 3D degli orbitali atomici s, p, d
La visualizzazione 3D degli orbitali atomici è anche disponibile su ChemTube3D: orbitali s e p.
Molecole e orbitali molecolari
Cosa succedere quando due atomi di idrogeno si avvicinano per formare una molecola di idrogeno? Perchè si forma questa molecola? Segui questo link per vedere un’animazione (con approfondimenti degli aspetti quantomeccanici) di quanto raffigurato in figura 1.1 sul libro: https://www.youtube.com/watch?v=azI-_S6g8C8
In che modo gli atomi formano legami covalenti? Secondo la teoria degli orbitali molecolari, i legami covalenti vengono fuori dalla combinazione di orbitali atomici per formare orbitali molecolari.
Introduzione alla teoria degli orbitali molecolari
Orbitali σ e π
Non dimentichiamo che gli orbitali si conservano. Quando due orbitali atomici si combinano, si formeranno due orbitali molecolari: quello di legame e quello di antilegame. Un esempio:
Oltre al materiale qui presentato, su ChemTube 3D(un sito che vi permette di accedere ad animazioni 3D e che quindi sarà molto utile durante il corso) è possibile visualizzare gli orbitali molecolari di diverse molecole, come ad esempio dell’ H2 o dell’etene.
Chimica Organica-DiSTABiF 
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