Simulazione Prova scritta di Chimica 1. Cosa si intende per elettrolisi? Enunciare le leggi di Faraday In primis un elettrolita, dai tempi di Arr h enius, è una sostanza che si spezza generando ioni. Applicando una differenza di potenziale a un conduttore elettrico passa corrente elettrica e la sua intensità dipende dalla resistenza secondo la legge di Ohm. Se si immergono due elettrodi metallici, c ollegati a un generatore di corrente elettrica, in una soluzione elettrolitica passa corrente. Perché? Il passaggio di corrente è dovuto al fatto che la soluzione contenga degli ioni positivi e degli ioni negativi, detti anche cationi e anioni. Codesti i n presenza di un campo elettrico migrano ai poli di segno opposto. Illustrando in modo più dettagliato, avremo che gli ioni positivi si muovano verso il polo negativo, attratti dalla carica, gli ioni negativi, dal canto loro, si muoveranno, “migreranno”, i n senso opposto. Questa è la prima grande differenza rispetto a un conduttore metallico, in cui la corrente viene trasportata soltanto dagli elettroni che si muovono lungo la stessa direzione, mentre, come si detto, in una soluzione elettrolitica vi sono d ue portatori di corrente (anioni e cationi) poiché la soluzione deve essere elettricamente neutra. In termini tecnici, si dice che gli anioni migrano verso l’anodo, elettrodo positivo, ed i cationi migrano verso il catodo, che è l’elettrodo negativo. Qu ando gli ioni negativi arrivano all’anodo cedono elettroni e quindi si ossidano, quindi sulla superficie dell’elettrodo avviene una semi - reazione di ossidazione. Nel catodo avviene una semi - reazione di riduzione. Possiamo dividere le celle in cui avviene tale fenomeno chimico in base alla variazione dell’energia libera di Gibbs, che consente di comprendere se una reazione avvenga spontaneamente o no. In una cella elettrolitica le reazioni di ossido - riduzione non sono spontanee, ovvero il ∆ 𝐺 > 0 Quando ∆ 𝐺 < 0 il processo elettrochimico può avvenire spontaneamente, cioè si può generare con una reazione chimica corrente elettrica. Tale fenomeno fu studiato da Alessandro Volta ed a lui si deve la famosa pila, costituita da una serie di dischetti impilati di z inco e rame separati da una sottile spugnetta imbevuta di acido solforico In una cella elettrolitica si ha un’unica fase liquida mentre in una cella voltaica vi sono due soluzioni separate di elettrolita. In quest’ultima non si ha un generatore di corren te e quindi il processo è spontaneo, ovvero ∆ 𝐺 < 0 e l’anodo sarà il polo negativo. Quindi quando una reazione non è spontanea l’anodo è l’elettrodo positivo, poiché deve strappare elettroni. Un altro tipo di pila è la Daniel in cui il funzionamento risie de nella presenza del ponte salini, ove è presente una sostanza che permette di far passare ioni. Infine le due leggi di Faraday sono le seguenti: a. Le quantità di sostanza che si liberano agli elettrodi sono direttamente proporzionali alla quantità di elet tr i cità che è passata attraverso la soluzione b. A parità di quantità di elettricità passata attraverso la soluzione le quantità di sostanza che si liberano agli elettrodi sono proporzionali ai rispettivi equivalenti chimici Le due leggi di Faraday possono es sere unite in un unico enunciato: ala passaggio di elettroni (96500 Coulomb) attraverso la soluzione si libera un grammo equivalente di sostanza a ciascuno degli elettrodi. Quindi in sintesi l’elettrolisi è il f enomeno elettrochimico che si ottiene appl icando un campo elettrico tra due elettrodi immersi in una soluzione elettrolitica e che consiste nelle reazioni di ossidoriduzione agli elettrodi delle specie chimiche ioniche o ionizzabili presenti in soluzione; ha importantissime applicazioni tecniche e industriali, nell'elettrometallurgia, nella produzione di cloro e di alluminio 12. Definire la pressione osmotica, disegnare uno schema nel quale si evidenzia l’instaurarsi del fenomeno, illustrare le applicazioni pratiche L ’osmosi è un importante fenomeno chimico - fisico che avviene a livello della membrana cellulare. Il processo dell’osmosi è il passaggio spontaneo attraverso la membrana semipermeabile di molecole di solvente dalla soluzione meno concentrata o di solvente puro verso la soluzione più concen trata. Il livello del liquido nella soluzione aumenta finché non si è raggiunta una condizione di equilibrio dinamico, in cui lo stesso numero di particelle passa in entrambi i lati della membrana. Tale membrana semipermeabile ha fori molto piccoli che per mettono il solo passaggio di molecole di solvente (ad esempio acqua) e non quello delle particelle di soluto, troppo grandi (ad esempio molecole di zucchero). La pressione osmotica è la pressione che occorre esercitare sulla soluzione per evitare il passag gio di molecole di solvente attraverso la membrana semipermeabile. A livello industriale il processo dell’osmosi inverso viene usato per desalinizzare l’acqua di mare, in cui si applica all’acqua di mare una pressione maggiore rispetto alla sua pressione osmotica, ottenendo un passaggio inverso di molecole di acqua dall’acqua di mare all’acqua pura. 13. Composti aromatici: struttura e proprietà. Riportare un esempio che illustra la loro reattività Il termine “aromatico” fu usato inizialmente per designare i composti organici dotati di odore gradevole. Oggi tale termine ha un significato “strutturale”, poiché con esso si indicano molecole caratterizzate da un particolare assetto elettronico . Il primo termine che affiora alla mente quando si pensa a tale fami glia di composti organici (derivarti da atomi di carbonio e idrogeno) è il benzene. Col tempo il termine “aromatico” assunse un significato volto a descrivere il loro particolare comportamento chimico, cioè la tendenza a dare reazioni di sostituzione nonos tante l’elevato grado di insaturazione. Sperimentalmente si osserva che i composti aromatici hanno una formula bruta che fa pensare ad un elevato grado di instaurazione, ma si mostrano resistenti alla reazioni di addizione tipiche dei composti insaturi So no molto stabili, con bassi calori di idrogenazione e di combustione. Tali composti sono ciclici e molecole planari. Da un punto di vista puramente teorico un composto aromatico deve seguire la regola di 𝐻 𝑢 ̈ 𝑐𝑘𝑒𝑙 , ovvero deve contenere sopra e sotto il piano della molecola delle nuvole cicliche di elettroni 𝜋 delocalizzati, che contengono un totale di ( 4 𝑛 + 2 ) elettroni 𝜋 . Un’ulteriore condizione di aromaticità è la planarità dell’anello. A causa dell’elevata stabilità del sistema aromatico il benzene tende a dare reazioni di sostituzione, che avviene sostanzialmente con il seguente modo: l’elettrofilo va a sostituire un idrogeno dell’anello che esce come protone .