Massa molare, numero di Avogadro, percentuali e formule

21 12 2011

   Obiettivi didattici: Conoscenza e uso degli elementi essenziali del linguaggio chimico; saper calcolare la massa atomica e la massa molecolare; conoscere il significato di mole e saper operare con essa; sapere cos’è la costante di Avogadro; la formula chimica, determinazione della formula di un composto; composizione percentuale di un composto.

Per raggiungere almeno gli obiettivi essenziali (o minimi) previsti dallo studio de “I composti e la loro composizione”, devi anche essere in grado di risolvere i seguenti esercizi (utilizza sistematicamente la tavola periodica e la calcolatrice!):

1)     Qual è la massa di un atomo di calcio?

2)     Qual è la massa di una mole di Fe(OH)3?

3)     Quante moli di Li sono contenute in 36,00 g di litio?

4)     Qual è la massa di 4,58 moli di Al2O3?

5)     Quante moli sono contenute in 42,1 g di NaHCO3?

6)     Quante molecole d’acqua sono contenute in 12 g di H20?

7)     Qual è la massa di 3,24*1023 molecole di CCl4?

8)     Quante molecole di acido solforico sono contenute in 0,500 moli di H2SO4?

9)     Quanti atomi di idrogeno sono contenuti in 0,2 moli di KOH?

10) Quanti atomi di ossigeno sono contenuti in 0,4 moli di CO2?

11) A quante moli corrispondono 2,3*1023 molecole di HCl?

12) Qual è la massa molare di (NH4)2SO4?

13) Un composto è costituito da 2,016 g di idrogeno e 32,00 g di ossigeno. Qual è la massa percentuale dei due elementi nel composto? Qual è la formula e qual è il nome del composto?

14) Una sostanza è costituita da 12,01 g di carbonio, 16,00 g di ossigeno e 4,032 g di idrogeno. Qual è la percentuale di ciascun elemento? Qual è la formula del composto?

15) Hai a disposizione tre contenitori, rispettivamente con: 200 g di zucchero da tavola (saccarosio, C12H22O11), 50 g di cloruro di sodio e 50 g d’acqua. Dove sono contenute meno molecole (o unità formule)? Qual è il loro numero?

La vignetta N. di Avogadro è tratta da: traspi.net/notizia.asp?IDNotizia=6039

 




La Chimica e l’Unità d’Italia

18 12 2011

Ancora per poche settimane, al Museo Regionale di Scienze Naturali di Torino, in Via Giolitti 36. La mostra che unisce due grandi eventi del 2011, le celebrazioni dei 150 anni dell’Unità d’Italia e l’Anno Internazionale della Chimica, si potrà visitare gratuitamente fino all’8 gennaio 2012. È stata inaugurata l’11-11-2011 con una Conferenza sulla “Storia della Chimica: dall’Alchimia alla Chimica del XIX secolo”. A cura dell’ASTUT, Archivio Scientifico e Tecnologico dell’Università di Torino, in collaborazione con il Museo della Chimica del Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell’Università di Genova.

Di cosa si occupa? Della graduale costruzione dello Stato Italiano realizzata anche attraverso le scoperte scientifiche, chimiche in particolare. La mostra è articolata in tre percorsi. Il primo va dal racconto delle intuizioni di Amedeo Avogadro sulla mole e su quella che sarà poi la sua costante (Volumi uguali di gas diversi contengono lo stesso numero di particelle, in seguito 6,022*1023), alla Teoria atomica e molecolare, fino all’organizzazione dei 66 elementi conosciuti allora nella Tavola Periodica di Mendeleev e di Lothar Meyer (1830-1895). Il secondo si occupa dei coloranti, partendo dalla casuale scoperta del “mauveina” di Perkin (Sir William Henry Perkin, 1838-1907), un colorante viola che lui stesso brevettò e che gli diede un notevole successo commerciale, fino ad arrivare ai coloranti sintetici. L’ultimo tratta del ruolo della chimica nel mantenimento della salute umana e nella cura delle malattie, attraverso la produzione di detergenti, disinfettanti e soprattutto dei farmaci.

      Mi piace ricordare anche una pietra miliare della storia della chimica: il Congresso di Karlsruhe del 1860, proposto da Friedrich August Kekulé (1829-1896) e da Charles Adolphe Wurtz (1817-1884) e organizzato dall’amico Carl Weltzien (1813-1870), professore di chimica alla Technische Hochschule di Karlsruhe. In quell’occasione parteciparono circa 140 chimici, assenti i grandi Justus Von Liebig (1803-1873) e Friedrich Whöler (1800-1882), e ci fu la famosa distribuzione ai partecipanti, nell’ultimo giorno del Congresso, di copie del Sunto di un Corso di Filosofia Chimica di Stanislao Cannizzaro (1826-1910) pubblicato già nel 1858 sulla rivista “Il nuovo cimento”, sull’identità delle molecole fisiche e chimiche. Questa distribuzione di copie, decisiva per il riconoscimento del lavoro di Cannizzaro e di quello di Avogadro, venne ideata e fatta da Angelo Pavesi (1830-1896), amico di Cannizzaro e professore di chimica all’Università di Pavia. Poco dopo, prima Meyer e poi Mendeleev, entrambi presenti al Congresso, riconobbero la validità delle idee di Cannizzaro, che finirono per influenzare in modo determinante il lavoro della comunità dei chimici di quel periodo e dei decenni successivi.

Per saperne di più sui chimici italiani citati:

http://w3.uniroma1.it/nicolini/Pavesi.html

http://www.minerva.unito.it/Storia/Cannizzaro/Testi/CannizzaroPaoloni/Cannizzaro1857-1862A.htm

http://it.wikipedia.org/wiki/Amedeo_Avogadro

L’immagine è tratta da: http://www.minerva.unito.it/Storia/Mole/mole2_file/image004.jpg

 




Ancora petrolio! Quasi insostituibile

13 12 2011

   Secondo Robert D. Hormats, sottosegretario USA all’energia, “Una delle cose che il presidente Obama sta tentando di fare è di incentivare lo sviluppo di fonti di energia alternative. Tuttavia c’è stato un ampliamento delle trivellazioni offshore, dopo il disastro nel Golfo [del Messico]. Sono state autorizzate nuove perforazioni e io credo che questo processo proseguirà. Ritengo che le compagnie abbiano imparato molto dall’incidente di Macondo. Sono apprese diverse lezioni e ciò consentirà alla società i prevenire il ripetersi di una simile esperienza.” Si tratta di uno stralcio dell’intervista concessa da Hormats a Rita Kirby per la rivista specializzata, trimestrale, OIL.

Quali sono stati i punti salienti del discorso programmatico di Obama sull’energia? Leggiamoli. “Siamo qui per parlare della sicurezza energetica dell’America, un tema che ha rappresentato una priorità per la mia amministrazione fin da quando ho assunto la carica di presidente. Abbiamo già fatto il più grande investimento in energia pulita in tutta la storia della nazione. … Nel breve periodo, mentre stiamo passando a fonti energetiche più pulite, dobbiamo ancora prendere decisioni coraggiose sull’apertura di nuove zone offshore per la ricerca di gas e petrolio, proteggendo allo stesso tempo le comunità e le zone costiere. Non è una decisione che ho preso a cuor leggero. È qualcosa che io e Ken, insieme a Carol Browner, il mio consigliere per l’energia, e altri della mia amministrazione, abbiamo esaminato accuratamente per più di un anno. Ma la conclusione è questa: date le nostre esigenze energetiche, abbiamo bisogno di affidarci alle fonti tradizionali, anche se stiamo avviando lo sfruttamento di nuove fonti di energia interne e rinnovabili. … Oggi annunciamo quindi l’espansione dell’esplorazione di gas e petrolio offshore, ma con modalità che bilancino la necessità di sfruttare le risorse nazionali di energia con quella di proteggere le risorse naturali americane. Sotto la guida del segretario Salazar, utilizzeremo nuove tecnologie che riducono l’impatto dell’esplorazione petrolifera. Proteggeremo le aree vitali per il turismo, l’ambiente e la nostra sicurezza nazionale. E saremo guidati non dalle ideologie politiche, ma dalle prove scientifiche.  Ecco perché la mia amministrazione prenderà in considerazione potenziali aree di sviluppo nel medio e Sud Atlantico e nel Golfo del Messico, studiando e proteggendole aree sensibili dell’Artico. Ecco perché continueremo a sostenere lo sviluppo delle aree in concessione al largo del North Slope dell’Alaska, proteggendone la Baia di Bristol. … Ci sarà chi dissentirà fortemente da questa decisione, compresi coloro che dicono che non dovremmo aprire alcuna nuova zona alla perforazione. Ma ciò che voglio sottolineare è che questo annuncio fa parte di una più ampia strategia che ci porterà da un’economia basata sui combustibili fossili e sul petrolio estero a una che fa maggior affidamento sui combustibili nazionali e sull’energia pulita.”

Il piano annunciato sarà soggetto per circa tre mesi a discussioni e eventuali modifiche, con spinte più liberiste da parte dei conservatori e più protezioniste per l’ambiente da parte dei democratici. Ma ormai la decisione sembra presa: oltre alla ricerca e all’incoraggiamento dell’uso delle energie pulite, ci saranno nuove trivellazioni sul continente e in mare. Possiamo permetterci di suggerire, sommessamente, ai governanti e ai cittadini americani di modificare gradualmente modello di sviluppo economico e stile di vita, riducendo gli sprechi e il consumo di risorse non rinnovabili del nostro pianeta? Lo sfruttamento e il consumo di tali risorse ricade necessariamente sulle possibilità di sviluppo e sul tenore di vita, molto meno agiato rispetto a quello del cittadino medio statunitense, delle popolazioni di vaste aree del mondo.

 




Un francobollo per la chimica

10 12 2011

   A conclusione delle celebrazioni dell’anno internazionale della chimica riporto una copia del francobollo dedicato all’evento. Ci spettavamo di più in un Paese in cui la scienza in generale e la chimica in particolare non hanno mai goduto di una grande considerazione. Perlomeno non quanto le discipline umanistiche, purtroppo.

    L’evento era stato annunciato dalle Poste e da Federchimica il 5 settembre 2011. L’emissione è avvenuta l’11 settembre. La vignetta raffigura una struttura molecolare e alcune ampolle di vetro (beuta, becher, provetta, “pallone”) utilizzate nei laboratori chimici; in alto a destra è riprodotto il logo della Società Chimica Italiana. Completano il francobollo le scritte “ANNO INTERNAZIONALE DELLA CHIMICA”, “ITALIA” e il valore “€ 1,40”. Il francobollo vuole celebrare le numerosissime conquiste della chimica organica, biologica e inorganica nonché il contributo decisivo dato per il benessere dell’umanità. Segnalo ancora una volta che sono i comportamenti umani che rendono certi prodotti chimici, a volte, inquinanti e dannosi!

Ricordo con piacere che con il suo blog, la settimana scorsa  Paolo Gifh, il chimico impertinente ha pensato di proporre un simpatico  francobollo personalizzato. Gifh tra l’altro è anche autore di un censimento dei blog italiani a carattere scientifico. Un’altra bella idea!

A questo link è possibile osservare diverse gallerie di francobolli emessi in passato da alcuni Paesi per celebrare la chimica e/o illustri chimici.

 




Frutta secca? Quante calorie, ma che delizia!

8 12 2011

     Il periodo tra Natale e Capodanno è sempre stato per molti un periodo di eccessi. Soprattutto eccessi alimentari, da vivere in famiglia o in vacanza, secondo i desideri e le possibilità economiche di ciascuno. Sono anche periodi che la nostra mente associa al tepore e al calore della casa e dei familiari. Ma non è solo calore fisico dell’ambiente di casa, riscaldata secondo i casi, dai comuni radiatori o da una stufa o  un romantico e nostalgico camino. C’è anche un calore psicologico, umano, dovuto a ciò che certe festività rappresentano, all’amicizia e alla vicinanza dei parenti, all’unione della famiglia. Non si può non citare anche (o soprattutto?) quel calore interno al nostro corpo, la produzione di calore metabolico, perché l’uomo come gli altri mammiferi, quando il clima è freddo subisce cambiamenti ormonali che determinano un aumento del tasso metabolico per la produzione di calore che mantenga l’equilibrio rispetto all’aumento di dispersione. Alla produzione di calore metabolico concorrono l’alimentazione e i successivi processi biochimici di digestione, assorbimento e respirazione cellulare, nella sua equazione generale C6H12O6 + 6O2 –> 6CO2 + 6H2O+ energia (686 kcal = 2.870 kJ, per mole di glucosio), senza trascurare l’importanza dell’attività fisica! Naturalmente disponiamo di altri mezzi per limitare la dispersione di calore dal nostro corpo: l’isolamento termico con opportuni abiti o con lo strato di grasso sottocutaneo; il fenomeno della vasocostrizione che riduce la quantità di sangue che affluisce alle parti terminali degli arti e all’epidermide in generale. Tra i tanti alimenti tipici della stagione fredda e del periodo natalizio ci sono i dolci e la frutta secca, spesso ingeriti dopo un pasto o durante una partita a carte o il gioco della tombola. Per evitare equivoci è meglio chiarire che nel linguaggio comune, per frutta secca si intendono i semi oleosi di alcune piante: noci, nocciole, pistacchi, castagne, mandorle, pinoli o anche uva passa e fichi secchi. Sui manuali di alimentazione si possono reperire dati sulla composizione chimica di questi prodotti e sul loro valore energetico, generalmente espresso solo in calorie (cal). Ma nel Sistema Internazionale l’unità di misura dell’energia è il joule (J)  e gli studenti dovrebbero ricordare che 1 caloria = 4,184 joule, perciò utilizzerò entrambe le unità di misura. Tutta la frutta secca citata, contiene acidi nucleici, proteine e grassi, in alcuni casi anche elevate percentuali di carboidrati. Cosa sono e le modalità con cui si formano questi quattro tipi di biomolecole è stato già trattato in classe e in altri post. Vediamo invece l’apporto energetico e la presenza di alcuni  altri elementi chimici. Tralasciando gli acidi nucleici, DNA che costituisce il materiale genetico delle cellule e RNA che rappresenta il collegamento con cui le istruzioni del DNA portano alla sintesi delle proteine, gli altri principali componenti e il valore energetico di 100 grammi di prodotto commestibile sono indicati nelle tabelle sottostanti.

 

I valori rappresentati sono stati ricavati da diverse fonti: Istituto Nazionale sulla Nutrizione e testi di Scienze dell’alimentazione (ad esempio: Viti Arduini – Vivioti, Aspetti della nutrizione, vol II, editrice Galileo, Pisa). Si tratta di valori medi perché a seconda della qualità dei prodotti e del grado di essiccazione, possono variare. Sono stati considerati solo gli elementi chimici più abbondanti e due tipologie di vitamine.

L’assenza di sodio nei pistacchi potrebbe far pensare che si tratta di un alimento ideale per chi necessita di una dieta iposodica, ma il prodotto commercializzato ha una notevole quantità di cloruro sodico aggiunto!  Il ruolo del ferro nell’organismo è fondamentale: concorre alla formazione dell’emoglobina. Si tratta di una molecola costituita da quattro catene polipetpidiche, ciascuna delle quali con un gruppo chimico centrale chiamato “eme” e contenente un atomo di ferro che trasporta una molecola di O2, che verrà poi liberata nei tessuti. Il calcio e i suoi ioni Ca2+ svolgono un ruolo indispensabile nella formazione delle strutture di sostegno, movimento e protezione (lo scheletro), nei denti e nel meccanismo di contrazione muscolare basato sullo scorrimento, nel sarcomero, dei filamenti di actina lungo  quelli di miosina.  L’acido folico (o folacina) è una vitamina idrosolubile del gruppo B (B9), di formula bruta C19H19N7O6 , la cui mancanza aumenta  la probabilità dell’insorgenza di diversi tipi di malformazioni fetali. La carenza di questa vitamina è stata anche associata ad alcune malattie cardiache e patologie tumorali. Si tratta di un coenzima con un ruolo determinante nel metabolismo degli acidi nucleici e in quello degli amminoacidi. La vitamina E (o tocoferolo) è contenuta anche nell’olio extravergine di oliva e, per le sue proprietà antiossidanti nelle cellule, svolge un ruolo importante nella difesa dell’organismo prevenendo danni alle membrane cellulari. Il fosforo, oltre a partecipare alla formazione di denti e ossa, è indispensabile per la sintesi dei nucleotidi e di quegli straordinari vettori cellulari di energia che sono ATP e ADP. Il potassio partecipa al mantenimento dell’equilibrio salino e idrico del nostro corpo e alla corretta funzionalità nervosa. Consultando il libro di testo sulla biologia umana, nel capitolo relativo all’alimentazione e digestione, gli studenti possono trovare approfondimenti sulle funzioni delle principali vitamine e dei principali elementi chimici.

Naturalmente, tutta la frutta secca per il suo alto valore energetico, è un alimento di cui non si può abusare.

Dall’Istituto Nazionale sulla Nutrizione si possono effettuare ricerche sulla composizione chimica e sul valore energetico di molti alimenti (ben 790). I dati sono ricavati prevalentemente dalla sperimentazione dell’Unità Chimica dello stesso Istituto. Buone feste e buon appetito a tutti!

 

 

 




Alcheni e alchini

5 12 2011

     Cosa sono? Come gli alcani appartengono al vasto gruppo degli idrocarburi, usati prevalentemente come combustibili, perciò sono anch’essi formati solo da idrogeno e carbonio. Alcheni e alchini però sono composti insaturi: hanno rispettivamente almeno un doppio (C=C ) e almeno un triplo (C=-C) legame tra atomi di carbonio adiacenti, quindi hanno legati tutti gli atomi di idrogeno che è possibile avere. Negli alcheni gli atomi di carbonio del doppio legame sono ibridati sp2, negli alchini invece gli atomi di carbonio del triplo legame sono ibridati sp.

Gli alcheni più comuni sono: l’etilene (o etene) CH2= CH2; il propene CH2= CH- CH3; l’1-butene CH2=CH-CH2-CH3; il 2-butene CH3-CH=CH-CH3; il 2-metilpropene CH3-C(CH3)=CH2; il butadiene CH2=CH-CH=CH2.

Tra gli alchini abbiamo: l’etino CH=-CH; il propino CH=-C-CH3 ; l’1-butino CH=-C-CH2-CH3; il 2-butino CH3-C=-C-CH3 . Dagli esempi si vede che la nomenclatura di alcheni e alchini è simile a quella degli alcani. Alla desinenza –ano si sostituisce rispettivamente –ene oppure –ino. La catena di atomi di carbonio viene numerata partendo dall’estremità più vicina al doppio o al triplo legame. Se ci sono ramificazioni, il nome dei sostituenti si indica con le stesse regole viste per gli alcani. Se una molecola di alchene contiene due doppi legami si una la desinenza –diene. Da un veloce calcolo si vede chiaramente che la formula generale degli alcheni è CnH2n mentre quella degli alchini è CnH2n-2 . Gli alcheni oltre ad avere l’isomeria di struttura (di posizione e di catena) possono avere anche l’isomeria cis-trans (un’isomeria geometrica) dovuta alla posizione spaziale dei gruppi sopra e sotto il doppio legame. Ne sono un esempio il cis-2-butene e il trans-2-butene.

Le reazioni degli alcheni sono dovute alla presenza del doppio legame che li rende più reattivi dei corrispondenti alcani. Le loro principali reazioni sono quelle di addizione, quelle di polimerizzazione e la solita reazione di combustione.

Nelle reazioni di addizione gli atomi di un reagente (soprattutto gli alogeni o l’idrogeno) possono addizionarsi ai due atomi di carbonio uniti dal doppio legame. Ad esempio: CH2=CH2 + Cl2 –> ClCH2-CH2Cl ; reazione di clorurazione con formazione dell’1,2-dicloroetano. Oppure: CH2=CH2 + H2 –> CH3-CH3, reazione di idrogenazione (in determinate condizioni di temperatura, pressione e con catalizzatore) con formazione dell’etano. Nelle reazioni di addizione c’è la rottura del doppio legame e la saturazione della molecola dell’alchene.

   Molto utilizzate a livello industriale, le reazioni di polimerizzazione, unendo tra loro più molecole di alcheni (sempre con la rottura del doppio legame), formano diversi polimeri. Gli esempi più comuni sono il polietilene (o polietene, in simboli PE e PET) e il polipropilene (PP), macromolecole in cui le unità si ripetono migliaia di volte (vedi post del 7-1-2011). Essendo idrocarburi, anche la combustione degli alcheni produce diossido di carbonio, acqua ed energia: CH2=CH2 + 3O2 –> 2CO2 + 2H2O + Energia (1410,8 kJ).

Gli alchini hanno una maggiore reattività degli alcheni e le reazioni di addizione possono portare a diversi composti. L’etino o acetilene è l’alchino più utilizzato. Si tratta di un gas usato come combustibile nella fiamma ossiacetilenica, per il taglio dei metalli o nella loro saldatura. L’altro uso prevalente è nella sintesi di materie plastiche. Fu scoperto nel 1836 dal chimico inglese Edmund Davy (1785-1857), che nel 1807 aveva già scoperto sodio e potassio mentre nel 1808 scoprì calcio, bario e stronzio.

Nell’immagine: esempio di materiali (portaprogetti) in polipropilene. 

 




I mercoledì dell’Accademia delle Scienze di Torino

2 12 2011

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gli incontri saranno presso la sede dell’ACCADEMIA DELLE SCIENZE – SALA DEI MAPPAMONDI, VIA ACCADEMIA DELLE SCIENZE, 6 – 10123 TORINO ORE 17.30.

- 18 GENNAIO 2012 EMILIO CHIAVASSA Università di Torino

“100 anni dopo Rutherford: ricerche di base e applicazioni della Fisica nucleare”

- 25 GENNAIO 2012 GIUSEPPE SERGI Università di Torino

“Apertura e mobilità del Medioevo europeo”

- 15 FEBBRAIO 2012 ARNALDO DI BENEDETTO Università di Torino

“Non so fare l’Ulysses. La parte prima del Gattopardo”

- 22 FEBBRAIO 2012 MARCO MEZZALAMA Politecnico di Torino

“Sicurezza informatica e privacy nell’era dei social network”

- 14 MARZO 2012 GIUSEPPE DEMATTEIS Politecnico di Torino

<<Dalle “cento città” alla città sconfinata: una sfida per l’Italia del XXI secolo>>

- 21 MARZO 2012 DAVIDE LOVISOLO Università di Torino

“Vedere i neuroni al lavoro”

- 4 APRILE 2012 MARCO RICOLFI Università di Torino

“Il diritto d’autore nell’era digitale: quali soluzioni?”

- 11 APRILE 2012 LORENZA OPERTI Università di Torino

“Dialogo tra il chimico e l’opera d’arte”

- 9 MAGGIO 2012 ALDO RUFFINATTO Università di Torino

“Le quattro età di Angelica: effetti del mal d’amore tra Italia e Spagna”

- 23 MAGGIO 2012 MARCO DI SCIUVA Politecnico di Torino

“Un sogno non ancora compiutamente realizzato: le ali adattive”

Sul sito www.accademiadellescienze.it ulteriori informazioni. Nell’immagine (tratta dal sito): la Sala dei Mappamondi, con affreschi del 1700 e librerie del 1800.

Per l’abstract di”100 anni dopo Rutherford”: http://www.accademiadellescienze.it/eventi/mercoledi-2011-2012/18-01