Illustrare il sistema periodico degli elementi.

La tavola periodica è rappresentata da 18 gruppi all’interno dei quali sono disposti gli elementi.I gruppi rappresentano le colonne della tavola, gli elementi appartenenti alla stessa colonna hanno configurazioni elettroniche simili, hanno cioè lo stesso numero di elettroni esterni fatte eccezione per l’elemento He cha configurazione elettronica 2.Gli elementi sono disposti in ordine crescente per numero atomico, ogni riga orizzontale rappresenta un periodo, lungo il periodo le proprietà degli elementi variano.Il primo periodo è costituito da soli due elementi (H e He), il secondo e terzo periodo hanno otto elementi, il quarto e il quinto periodo hanno 18 elementi e il sesto e settimo periodo hanno rispettivamente 57 (Lantanidi) e 89 (Attinidi) elementi.I gruppi sono numerati da IA (estrema sinistra) a VIIIA (estrema destra) e da IB a VIIIB.

Nella tavola periodica possiamo individuare dei blocchi:- Blocco-S: caratterizzato da elementi con elettroni esterni che occupano orbitali di tipo S

(gruppo IA e IIA);- Blocco-P: caratterizzato da elementi con elettroni esterni che occupano orbitali di tipo P

(gruppi IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA e VIIIA);- Blocco-D: caratterizzato da elementi con elettroni esterni che progressivamente riempiono

orbitali di tipo D (tutti i gruppi B inseriti centralmente nella tavola periodica);- Blocco-F: caratterizzato da elementi con elettroni esterni che progressivamente riempiono

orbitali di tipo F (Lantinidi e Attinidi).

Il blocco-S e il blocco-P raccoglie gli elementi rappresentativi della tavola periodica, il numero del gruppo rappresenta il numero di elettroni nel livello più esterno.Gli elementi del blocco-D e del blocco-F rappresentano gli elementi di transizione.

La maggior parte degli elementi della tavola periodica sono metalli, i non metalli li troviamo nella parte destra della tavola, dove abbiamo il gruppo dei gas nobili (gruppo VIIIA o gruppo 0). Il carattere metallico degli elementi diminuisce da sinistra a destra e aumenta dall’alto verso il basso. L’elemento con le maggiori caratteristiche metalliche è il Cesio, al contrario il Fluoro è quello in assoluto non metallico.

I gruppi possono essere a loro volta caratterizzati nel seguente modo:- Metalli alcalini (gruppo I): hanno un elettrone nello strato esterno, tendenza a perdere

facilmente questo elettrone;- Alcalino-terrosi (gruppo II): hanno due elettroni nello strato esterno, tendenza a perdere

facilmente i due elettroni;- Alogeni (gruppo VII): sono caratterizzati da molecole biatomiche, si presentano in diversi

stati fisici (solido, liquido, gassoso), sono fortemente reattivi;- Gas nobili (gruppo 0): sono molto stabili in quanto hanno uno strato esterno completo,

presentano molecole monoatomiche e hanno un basso punto di ebollizione e fusione;- Gruppo IV: in questo gruppo gli elementi pur presentando la stessa configurazione dello

strato esterno in realtà sono molto diversi tra di loro, abbiamo infatti non metalli (C), metalloidi (Si) e metalli (Pb);

- Metalli di transizione: sono tutti gli elementi centrali della tavola, questi elementi sono caratterizzati da un progressivo riempimento degli orbitali 3d, 4d e 5d. Gli elementi presentano proprietà molto simili tra di loro sia orizzontalmente che verticalmente.

Un altro aspetto importante da tenere in considerazione è l’energia di prima ionizzazione, cioè l’energia necessaria a estrarre un elettrone da un atomo. Questa energia cresce da sinistra a destra e diminuisce dall’alto verso il basso.

Spiegare perché mentre esiste la molecola H2, non esiste He2.

La molecola di H2 fa parte del gruppo I, l’atomo di idrogeno con un solo elettrone esterno è un atomo instabile, nel legarsi con un altro atomo di idrogeno crea un legame covalente condividendo l’elettrone e raggiungendo così la stabilità assumendo una configurazione simile a quella dell’atomo di He, gas nobile che fa parte del gruppo 0 ovvero degli elementi fortemente stabili. Per questo ultimo motivo l’He2 non esiste, l’atomo di Elio essendo già stabile non ha necessità di legarsi con altri atomi per diventare stabile.

Come viene spiegato dalla teoria degli orbitali molecolari il paramagnetismo dell’ossigeno?

La molecola di ossigeno è una molecola paramagnetica, perché ci sono due elettroni che vanno a finire nell’orbitale di antilegame, mantenendo un bilancio energetico favorevole al legame. In presenza di un campo magnetico sono in grado di magnetizzarsi nella stessa direzione del campo. Si tratta di fenomeni di magnetizzazione debole che svanisce non appena il campo magnetico viene allontanato.

Quali sono le caratteristiche dei legami e ? Perché esiste libera rotazione intorno all’asse del legame e non avviene lo stesso per il ?

La caratteristica del legame è di avere la massima densità di elettroni sulla congiungente dei due nuclei. Il legame è dato dalla sovrapposizione laterale degli orbitali, è un legame più debole del legame . I legami presentano una simmetria cilindrica e sono quindi invarianti per rotazione attorno all’asse di legame. I legami non sono cilindricamente simmetrici rispetto all’asse di legame e quindi non avviene libera rotazione.

Spiegare, ammettendo un’ibridazione di tipo sp3, le strutture della molecola dell’acque e di quella dell’ammoniaca.

La struttura della molecola dell’acqua è rappresentata da due legami con atomi di idrogeno e due doppietti elettronici non condivisi.La configurazione dell’atomo di ossigeno è la seguente:1s2 2s2 2p4così rappresentata [↑↓][↑↓][↑ ][↑ ]L’ibridazione sp3 coinvolge 1 orbitale di tipo s e 3 orbitali di tipo pLa configurazione dell’atomo di idrogeno è: 1s1Il legame covalente avverrà condividendo un elettrone: H-O-H così da completare gli orbitali spaiati dell’ibridazione sp3.

La struttura della molecola dell’ammoniaca è rappresentata da tre legami con atomi di idrogeno e un doppietto elettronico non condiviso.La configurazione dell’atomo di Azoto è la seguente:1s2 2s2 2p3così rappresentata [↑↓][↑ ][↑ ][↑ ]L’ibridazione sp3 coinvolge 1 orbitale di tipo s e 3 orbitali di tipo pLa configurazione dell’atomo di idrogeno è: 1s1Il legame covalente avverrà condividendo un elettrone così da completare gli orbitali spaiati. H |H-N-H

Quali fatti inducono a pensare per il boro (B) ad una ibridazione sp2 degli orbitali atomici del suo secondo livello?

B configurazione elettronica 1s2 2s2 2p1Lo stato eccitato è [↑ ][↑ ][↑ ][ ] quindi un orbitale s e due orbitali p

Quali fatti inducono a pensare per il berillio (Be) ad una ibridazione sp? Fare un esempio di molecola con geometria lineare.

Be configurazione elettronica 1s2 2s2Lo stato eccitato è [↑ ][↑ ] quindi un orbitale s e un orbitale pEsempio geometria lineare H-Be-H

Scrivere la configurazione elettronica del fosforo (P) e descrivere la possibilità di formare orbitali ibridi che coinvolgano gli orbitali atomici s, p e d.

P 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

Ibridazione spd [↑ ][↑ ][↑ ][↑ ][↑ ][ ][ ][ ][ ] quindi un orbitale di tipo s, tre orbitali di tipo p e un orbitale di tipo d

Cosa sono i polinucleari aromatici (PNA)? Descrivere la struttura di alcuni di essi.

I polinucleari aromatici sono anelli aromatici condensati, un anello aromatico è un sistema ciclico a struttura planare in cui tutti gli atomi coinvolti condividono tramite i loro orbitali di tipo p un totale di 4n+2 elettroni.

Il benzene C6H6 ha una struttura planare e presenta 6 atomi di carbonio posti ai vertici di un esagono, legati a 6 atomi di idrogeno.

Definire l’elettronegatività. Illustrare l’andamento dell’elettronegatività all’interno della tavola periodica.

L’elettronegatività è la tendenza che ha un atomo di attrarre elettroni. In un legame l’elemento con maggiore elettronegatività attira a sé gli elettroni che quindi saranno più vicini al suo nucleo, questo crea una molecola polare costituendo un dipolo.All’interno della tavola periodica l’elettronegatività diminuisce dall’alto verso il basso e aumenta da sinistra a destra.

Cos’è un legame covalente polare? Definire il momento dipolare e l’influenza della struttura geometrica sulla polarità delle molecole.

Il legame covalente polare si ha quando due atomi hanno diversa elettronegatività , gli elettroni di legame sono maggiormente attratti dall’atomo più elettronegativo: la molecola è polare ed il legame covalente presenta parziale carattere ionico.Il momento dipolare è una distribuzione non uniforme di una carica elettrica all’interno di un legame. Questo influenza la struttura geometrica delle molecole come ad esempio H2O dove si genera un momento dipolare, le cariche negative sono sbilanciate verso l’atomo d’ossigeno.

Cosa sono i legami idrogeno? Descrivere fra quali molecole si manifestano e come influenzano i punti di ebollizione dei composti.

I legami idrogeno hanno un’energia più bassa, si manifesta tra molecole nelle quali l’idrogeno è legato a ossigeno, azoto e idrogeno. Ad esempio l’acido fluoridrico HF, ammoniaca NH3.Nell’acqua H2O, il legame a idrogeno si determina la polarità della molecole, l’atomo di ossigeno attrae fortemente gli elettroni dei due atomi di idrogeno, in questo modo la carica negativa viene a sbilanciarsi verso l’atomo di ossigeno, e dall’altra parte si manifesta una carica positiva. Questo consente attrazione e legami, di debole energia, tra le molecole di acqua.I punti di ebollizione dei composti dell’idrogeno hanno un punto di ebollizione elevato dovuto all’elevata elettronegatività (H2O, HF, NH3), non accade la stessa cosa con gli idruri perché non hanno un’elettronegatività elevata (CH4).

Descrivere quali proprietà influenzano la miscibilità dei liquidi

Le proprietà che influenzano la miscibilità dei liquidi riguardano le caratteristiche di polarità del liquido stesso. Due liquidi polari sono miscibili (acqua e etanolo), così come due liquidi non polari, un liquido polare (acqua) non è miscibile con un liquido non polare (freon).

Qual è il massimo grado d’ingrandimento raggiungibile con un microscopio ottico? E con il microscopio elettronico a scansione (SEM)?

Il massimo ingrandimento con un microscopio ottico è di 1000x, mentre con il microscopio elettronico a scansione si raggiunge un ingrandimento delle decine di nanometri (100000x)

Per cosa vengono utilizzati generalmente i microscopi metallografici?

I microscopi metallografici vengono utilizzati generalmente per ottenere immagini di metalli cristallini, nelle micrografie si vedono i grani cristallini per studiarne le forme.

Descrivere il funzionamento su cui si basa il microscopio elettronico a scansione (SEM).

Utilizza un fascio di elettroni generato da un filamento di tungsteno, viene accelerato attraverso una differenza di potenziale e va ad urtare il campione che deve essere trattato se è un composto organico. Il microscopio lavora sottovuoto quindi dal materiale organico deve essere eliminata l’acqua, il campione organico deve essere quindi disidratato o congelato. Questo impedisce che le molecole d’acqua evaporino e quindi impediscano il passaggio degli elettroni. Il fascio elettronico viene deflesso effettuando una scansione della superficie che si vuole esaminare.

Descrive come si effettua l’analisi di un materiale mediante microsonda a dispersione di energia (EDS).

L’analisi di un materiale mediante microsonda a dispersione di energia utilizza i raggi x. Quando un campione viene colpito da un fascio di elettroni con energia elevata, avviene una interazione con il campione il quale emetterà degli elettroni. Gli elettroni secondari sono quelli che costituiscono l’immagine. Vengono emessi anche raggi x, l’analisi di questi raggi contiene informazioni sulla composizione chimica del campione. Perché i raggi x che vengono emessi dagli atomi sono correlati al numero atomico dell’atomo stesso. Gli atomi troppo piccoli non riescono ad essere individuati perché non emettono radiazioni con frequenza che ricade nell’intervallo dei raggi x.

Descrivere le transizioni vibrazionali della molecola della CO2.

La molecola di biossido di carbonio, non è una molecola polare, pur avendo atomi elettronegativi non si comporta come un dipolo. La molecola può subire se eccitata, due tipo di transizioni vibrazionali, i legami si possono allungare come delle molle tornando alla posizione originaria, il moto che si chiama streching non porta ad una variazione del momento dipolare, e quindi è una transizione che non viene eccitata.Un’altra vibrazione si chiama bending, i legami possono piegarsi e ritornare nella posizione originale, quando si trovano in posizione piegata dà origine ad un dipolo. Quindi dalla possibilità di eccitare o meno una molecola possiamo ottenere delle informazioni sulla sua struttura.

Tra quali livelli avvengono e con quali fotoni si possono eccitare le transizioni rotazionali, vibrazionali ed elettroniche delle molecole?

I livelli rotazionali si possono eccitare con fotoni che hanno lunghezze d’onda che cadono nel campo delle microonde, i livelli vibrazionali con fotoni che hanno lunghezze d’onda che cadono nel campo dell’infrarosso e il livelli elettronico con fotoni che hanno lunghezze d’onda che cadono nel campo dell’UV visibile.

Perché le molecole polari, come HCl, possono subire transizioni rotazionali?

Le molecole dell’acido cloridrico possono subire transizioni rotazionali perché cambia la distribuzione di carica.

Fare esempi di molecole che contengono il gruppo carbonilico C=O

Le molecole che contengono il gruppo carbonilico C=O sono ad esempio aldeidi e chetoni.

Descrive lo spettro di emissione dei metalli alcalini ed alcalino-terrosi.

Lo spettro di emissione di radiazioni dei metalli alcalini ed alcalino-terrosi ricade nello spettro delle radiazioni visibili ad occhio nudo. In particolare ogni metallo alcalino e alcalino-terroso se sottoposto a fiamma emette un colore tipico dovuto all’eccitazione elettronica e alle relative emissioni radiative.

Descrivere il fenomeno della fluorescenza.

Il fenomeno della fluorescenza è dovuto all’emissione di luce da parte di una molecola eccitata ad un livello di energia più elevato dall’assorbimento di un fotone.

Descrivere la struttura del cloruro di sodio (NaCl).

La struttura del cloruro di sodio NaCl è un reticolo cubico che ha sui vertici del cubo gli ioni cloro, ogni ione cloro è circondato da ioni sodio, sono tutti in posizione regolare.

Spiegare il fenomeno di emissione dei raggi X; riportare l’espressione della legge di Bragg e definirne i simboli.

Si può risalire dall’immagine di diffrazione alla struttura del solido decodificando i segnali

La legge di Bragg è:

n lambda = 2 d sin(theta)theta è l’angolo che il fascio incidente forma col piano cristallinolambda è la lunghezza d’onda della radiazioned è la distanza tra due piani adiacentin indica l’ordine della diffrazione

Descrivere le celle unitarie corrispondenti ad un reticolo cubico semplice, cubico a facce centrate , cubico a corpo centrato ed esagonale compatto.

Il reticolo cubico semplice è costituito da 8 atomi, 4 atomi sono posizionati agli angoli superiori e 4 a quelli inferiori. In questa struttura ci sono degli spazi notevoli.Il reticolo cubico a corpo centrato comporta un maggiore occupazione degli spazi, sarà sempre un cubo ma all’interno del cubo stesso è presente un atomo.Il reticolo cubico a facce centrate, indica che oltre agli atomi presente sui vertici del cubo ci sono al centro delle facce degli atomi in numero di 6. Questo comporta un riempimento dello spazio ancora maggiore.Il reticolo esagonale compatto è rappresentato da 6 atomi disposti a esagono con un atomo al centro, tre atomi e poi ancora 7 atomi.

Descrivere i diversi tipi di difetti reticolari.

Tutti i solidi reali possono contenere dei difetti nelle strutture cristalline, in particolare di tre tipi:- difetti puntiformi:

o vacanza: mancanza di un atomo o di uno ione, in una posizione del reticolo stesso;o atomo interstiziale: sono atomi più piccoli di quelli che costituiscono il reticolo

cristallino, che vanno a posizionarsi negli interstizi, vuoti lasciati dalla struttura cristallina;

o atomo sostituzionale: è un atomo che si sostituisce ad un atomo del reticolo originario.

- difetti lineari:o dislocazioni: crescita di un piano reticolare che deforma quello accanto e come

risultato portano alla deformazione del reticolo;

Descrivere il processo Siemens.

Il processo di ottenimento del silicio policristallino è determinato dal trattamento del minerale SiO2

all’interno di un forno ad arco in presenza di carbonio, che funge da riducente. Il carbonio porta lo stato di ossidazione del silicio da +4 a stato di ossidazione 0 che quello del silicio allo stato elementare, dando origine alla formazione di ossido di carbonio.

SiO2 + 2C → Si + 2CO

Per purificare il silicio policristallino vengono effettuati una serie di trattamenti definiti nel processo Siemens.Il primo è la dissoluzione, porta alla reazione del silicio (Si) con acido cloridrico (3HCl), il silicio subisce una reazione di dissoluzione e si forma SiHCl3 più formazione di idrogeno. Il composto è allo stato gassoso quindi è necessario distillarlo.

Il secondo è la distillazione, necessario a separare le componenti in modo da farle condensare

Il terzo e ultimo processo è la rideposizione, costituita dalla CVD (chimica vapor deposition) cioè una deposizione a mezzo del vapore su delle barre di silicio ultrapuro da 5mm di diametro tenute a

1100°C in una miscela gassosa di triclorosilano-idrogeno. Dopo 200-300h le barre si ingrossano perché il silicio si deposita direttamente dalla fase vapore e si arriva ad avere delle barre di 150-200mm di diametro.

Il silicio ottenuto è ancora policristallino, costituito da tanti grani cristallini di silicio orientati variamente nello spazio. Non vanno ancora bene per la costruzione di semiconduttori.

Descrivere il processo per l’ottenimento del silicio monocristallino.

Il silicio monocristallino si può ottenere attraverso due processi.Il primo è il metodo Czochralski, si va a introdurre un germe cristallino (è necessario già avere un monocristallo di silicio) in un fuso di silicio ultrapuro mantenuto a 1412° C, il tutto avviene sotto vuoto. Il germe cristallino viene fatto ruotare e viene estratto lentamente dal fuso, determinate condizioni operative permettono la formazione del reticolo cristallino secondo quello del germe dando luogo al monocristallo.

Il secondo metodo è quello di fondere a zone un policristallo introducendogli all’interno un germe monocristallino allora la parte fusa si organizza e forma il monocristallo.

Illustrare il 1° principio della termodinamica e definire l’entalpia.

Il primo principio della termodinamica, o principio di conservazione dell’energia, dice che l’energia non viene mai distrutta ma si trasforma da una forma all’altra.

Delta E = q + w

L’entalpia è maggiore di zero nel caso di reazioni endotermiche e minore di zero nel caso di reazioni esotermiche.

Spiegare la differenza fra reazioni esotermiche ed endotermiche e fare alcuni esempi.

Le reazioni esotermiche emettono calore, se il livello energetico dei reagenti è superiore a quello dei prodotti vuol dire che la reazione avviene emettendo calore.Nelle reazione endotermiche il livello energetico dei reagenti è inferiore a quello dei prodotti, quindi la reazione avviene assorbendo calore.

Esempio reazione esotermica:

CaO + H2O → Ca(OH)2

Ossido di calcio + acqua dà idrossido di calcioMisurando con una termocoppia la temperatura del prodotto della reazione, questa misurerebbe un innalzamento della temperatura.Molte reazioni sono esotermiche.

Esempio reazione endotermica:

Ba(OH)2∙8H2O + NH4Cl → BaCl2∙2H2O + NH3 + 8H2OIdrossido di Bario + cloruro di ammonio

Misurando con una termocoppia la temperatura del prodotto della reazione, questa misurerebbe un abbassamento della temperatura.

Definire l’entropia e l’energia libera di Gibbs; illustrare il 2° principio della termodinamica ed i criteri di spontaneità di una reazione.

L’entropia è una misura del disordine di un sistema, se in una trasformazione c’è un aumento di disordine quella sarà la direzione spontanea. Viene identificata con S.L’energia libera di Gibbs è definita come G = H – T SNei processi spontanei delta G < 0Nei processi non spontanei delta G > 0Nei processi all’equilibrio delta G = 0Il secondo principio della termodinamica dice che le trasformazioni che hanno luogo spontaneamente portano ad un aumento di entropia.

Spiegare attraverso un esempio la teoria dello stato di transizione e come si può accelerare una reazione chimica.

La teoria dello stato di transizione è uno stato intermedio non stabile che corrisponde ad un livello di energia superiore a quello dei due reagenti, che potrà tornare indietro allo stato dei due reagenti oppure può procedere alla formazione del nostro prodotto di reazione.Una reazione chimica può essere accelerata aumentando la temperatura, utilizzando delle radiazioni, introducendo un catalizzatore.

Cos’è un catalizzatore omogeneo? Spiegare attraverso un esempio come funziona.

Un catalizzatore omogeneo si trova nella stessa fase in cui si trova il reagente, può avvenire sia con gli enzimi che con la polimerizzazione radicalica.

Cos’è un catalizzatore eterogeneo? Spiegare attraverso un esempio come funziona.

Un catalizzatore eterogeneo si trova in una fase diversa dai reagenti, possono essere metalli di transizione, ossidi, ecc.Ad esempio se abbiamo del platino come catalizzatore, e una molecola di etene C2H4, quando la molecola di etene arriva a contatto con la superficie del platino si adsorbe. Gli atomi di platino che si trovano sulla superficie interagiscono con gli atomi di carbonio, si formano dei legami con il carbonio e questo fa in modo che si allenti il legame doppio che finisce per rompersi. Una volta che si è ottenuta questa situazione quando arriverà un atomo di H o un atomo di Cl questo riuscirà a legarsi più facilmente, e poi questo si desorbirà.

Illustrare che cosa sono le reazioni di polimerizzazione con particolare riguardo a quelle di addizione.

La polimerizzazione per addizione vede coinvolti dei monomeri che contengono dei doppi legami C=C. Ad esempio partendo dall’etene C2H4 se noi mettiamo a contatto due molecole di etene con l’aiuto di un catalizzatore rompiamo i doppi legami e facciamo in modo che si addizionino l’una con l’altra ottenendo così il polietilene (PE). H H H | | |- C - C - C – | | | H H H

Illustrare il processo di polimerizzazione radicalica e fare un esempio di polimero ottenibile mediante questo tipo di reazione.

Il processo di polimerizzazione radicalica è un tipo di reazione che può essere innescata ad esempio per ottenere il polietilene.Il catalizzatore che utilizziamo è un perossido (R – O – O – R’)Il perossido è poco stabile, dalla sua rottura rimarrà un elettrone spaiato che sarà particolarmente reattivo, cercherà di formare un legame. Ad esempio nel caso dell’etene, RO andrà ad urtare contro la molecola rompendo il doppio legame di Carbonio, e si andrà a legare con un atomo di carbonio lasciando una valenza libera.Una volta formato il radicale anche questo è particolarmente reattivo, andrà ad urtare contro una molecola di etene e si andrà a rompere nuovamente un legame C=C si formerà un legame semplice e si libererà una nuova valenza.Il processo andrà avanti fintanto che la catena sarà sufficientemente lunga, così come è possibile terminare la catena ad una determinata lunghezza.

Illustrare alcuni esempi di materie plastiche.

Alcuni esempi di materie plastiche: polietilene, polipropilene, polistirene, polimetilmetacrilato, polivinilcloruro

Illustrare il Principio di le Chatelier.

Il principio di le Chatelier dice che ogni sistema in equilibrio reagisce ad una perturbazione esterna con uno spostamento dell’equilibrio che si oppone alla perturbazione.Le perturbazioni possono riguardare la concentrazione dei reagenti, la temperatura e la pressione.In una reazione generica in equilibrio: aA + bB ↔ cC + dDSe variamo la concentrazione dei reagenti l’equilibrio si sposterà verso destra, in modo da consumare i reagenti, al contrario se allontaniamo un reagente l’equilibrio si sposterà verso sinistra.Nel caso di variazione di pressione dobbiamo considerare due condizioni:

- se le moli dei reagenti sono maggiori delle moli dei prodottio l’equilibrio si sposta a destra nel caso di aumento di pressioneo l’equilibrio si sposta a sinistra nel caso di diminuzione della pressione

- se le moli dei reagenti sono minori delle moli dei prodottio l’equilibrio si sposta a sinistra nel caso di aumento di pressioneo l’equilibrio si sposta a destra nel caso di diminuzione della pressione

Se le moli dei reagenti sono uguali alle moli dei prodotti, la variazione di pressione non ha alcun effetto.Nel caso di variazione di temperatura dobbiamo distinguere il tipo di reazione:

- se la reazione è esotermica, entalpia negativa, l’aumento della temperatura sposta l’equilibrio verso sinistra, la diminuzione verso destra;

se la reazione è endotermica, entalpia positiva, l’aumento della temperatura sposta l’equilibrio verso destra, la diminuzione verso sinistra.

Che cos’è il pH di una soluzione? Cosa s’intende per acidi e basi? Fare alcuni esempi.

Il pH è uguale a –log[H3O+] a 25° C [H3O+]=1.0 * 10-7

pH = 7 nell’acqua pura

Il pH si misura con dei pHmetri oppure si può misurare con degli indicatori, sono dei composti organici che hanno dei colori differenti a seconda dell’acidità o della basicità della soluzione dove vengono introdotti.Definita la neutralità dell’acqua (7) possiamo dire che delle soluzioni che sono acide, cioè che hanno delle concentrazioni di ioni H+ superiori 10-7, avranno un pH che è più basso di 7.Ad esempio una soluzione di acido cloridrico 1M arriverà ad avere pH=0, invece una soluzione di idrossido di sodio 1M avrà un pH=14 quindi una soluzione basica.Alcuni esempi di pH acido sono: succhi gastrici, limoni, arance, pomodori, urina.Alcuni esempi di pH basico sono: sangue, bicarbonato di sodio, acqua di mare, latte di magnesia, ammoniaca per uso domestico.

Definire il prodotto di solubilità, Kps, di un sale.

L’equilibrio di solubilità si dice che è un equilibrio eterogeneo perché riguarda sostanze che si trovano in fasi diverse. Ad esempio, il solfato di Bario BaSO4 messo in soluzione acquosa, darà una certa quantità di ioni Bario e di ioni solfato, possiamo considerarlo equilibrio perché non riusciamo a sciogliere in acqua una quantità infinita, ma noi riusciamo per tutti i Sali a sciogliere in acqua una quantità che è inferiore o uguale alla solubilità del sale. Questo equilibrio è regolato da una costante di solubilità, che nel caso del solfato di Bario è 1.1*10-10 è estremamente basso, vuol dire che il prodotto della concentrazione degli ioni Bario e degli ioni Solfato che possono stare contemporaneamente in una soluzione non deve superare questo valore.

Illustrare l’equilibrio metallo/soluzione e come tale processo possa essere sfruttato per generare dell’energia elettrica.

Quando immergiamo un metallo (M) in una soluzione di suoi ioni, alcuni atomi di metallo tendono a entrare in soluzione sotto forma di ioni, e gli ioni presenti in soluzione tendono a contrastare questa tendenza depositandosi sul metallo.Il metallo cedendo elettroni si carica positivamente e la soluzione negativamente raggiungendo un equilibrio chiamato appunto equilibrio metallo/soluzione:

M (s )↔M n+¿+ne−¿¿ ¿

Quando una delle tendenze prevale si crea un potenziale elettrodo. Se atomi del metallo entrano in soluzione questo si carica negativamente, se gli ioni abbandonano la soluzione il metallo si carica positivamente. Il potenziale elettrico che viene generato in entrambi i casi con segno diverso, non è utilizzabile singolarmente proprio perché si raggiunge un equilibrio, ma può essere sfruttato per generare energie elettrica.

Infatti, se colleghiamo i due metalli (ad esempio Zn e Cu) in modo che gli elettroni siano liberi di fluire da un metallo all’altro si genera energia elettrica.Lo zinco in soluzione si ossida caricandosi negativamente, mentre il rame in soluzione si riduce caricandosi positivamente.

L’elettrodo su cui avviene l’ossidazione è detto anodo (polo negativo), quello su cui avviene la riduzione è detto catodo (polo positivo). Affinché il circuito venga chiuso e quindi si generi una f.e.m. è necessario inserire un ponte salino che consenta l’elettroneutralità.

Cosa sono l’anodo ed il catodo di una cella elettrochimica?

Una cella elettrochimica è costituita da due elettrodi immersi in un elettrolita, ad esempio NaCl. Ai due elettrodi viene applicata una differenza di potenziale esterna superiore e contraria a quella che si andrebbe a generare in modo spontaneo.

In questo modo all’anodo avviene una reazione di ossidazione e al catodo una reazione di riduzione, generando complessivamente una reazione redox. Questa volta però i segni dei poli sono invertiti: anodo (+) e catodo (-).

Illustrare i seguenti generatori di corrente: la pila Laclanché alcalina e la pila al litio.

La pila Leclanché alcalina, ha il vantaggio di non avere un elettrolita allo stato liquido, è costituita da Zinco, Idrossido di Potassio e grafite con biossido di manganese.Il contenitore della pila è fatto di zinco (funziona da polo negativo), la grafite è al centro (polo positivo) e l’elettrolita è all’interno disperso in un gel.

- Zn/KOH/MnO2 (C) +

Vediamo le reazioni di trasformazione dell’energia chimica in energia elettrica:(polo negativo) Zn + 2OH- → ZnO + H2O + 2e-

(polo positivo) 2MnO2 + H2O + 2e- → Mn2O3 + 2OH-

La f.e.m. erogata da questa pila è di 1,4 Volt.

La pila al litio sostituisce lo Zinco con il Litio come polo negativo (reazione ossidazione):Li → Li+ + e-

al posto del polo positivo abbiamo del biossido di manganese (reazione di riduzione) che reagisce è da origine al sale LiMnO2

MnO2 + Li+ + e- → LiMnO2

L’elettrolita è LiClO4 (Perclorato di Litio)La f.e.m. è pari a 2,8 Volt.La temperatura di funzionamento va da -20° a 70° C

Cos’è la f.e.m.? Quali sono le sue unità?

La forza elettromotrice (f.e.m.) è la differenza di potenziale che si crea fra due elettrodi, ed è espressione dell’attitudine a far fluire gli elettroni lungo il circuito.La f.e.m. si misura in Volt in questo modo:f.e.m. = E(riduzione) - E(ossidazione)

La f.e.m. delle differenti specie si calcola utilizzando l’Elettrodo standard di riferimento, viene utilizzato l’elettrodo standard ad idrogeno a 25° C, si utilizzano degli elettrodi stabili.Effettuando misure con più specie rispetto all’elettrodo standard otteniamo la serie elettrochimica che riporta i potenziali standard di riduzione.

Illustrare l’accumulatore al Pb-acido; quali sono le reazioni anodiche e catodiche durante la scarica dell’accumulatore al Pb?

Le reazioni sono di questo tipo:quando l’accumulatore eroga corrente succede che del biossido di Piombo che si trova sulla piastra positiva (catodo) dell’accumulatore si riduce formando solfato di Piombo passaggio illustrato di seguito:PbO2 + 3H3O+ + HSO4

- + 2e- → PbSO4 + 5H2OL’elettrolita che si usa nella reazione Piombo/acido è acido solforico, in concentrazione 37% perché in questa percentuale ha la conducibilità più elevata.

Al polo negativo (anodo) abbiamo un’ossidazione del Piombo che va sempre a formare del solfato di Piombo, di seguito la reazione:Pb + H2O + HSO4

- → PbSO4 + H3O+ + 2e-

Quindi sia la reazione al polo positivo che al polo negativo producono Solfato di Piombo, la reazione complessiva è la seguente:PbO2 + Pb + 2H2SO4 ↔ PbSO4 + 2H2O

Durante la scarica l’elettrolita si diluisce, dalla reazione anodica e catodica viene generato Solfato di Piombo.

L’azione è reversibile, questo vuol dire che se applichiamo una ddp tra il polo positivo e negativo possiamo far tornare indietro le reazioni, caricando l’accumulatore.

- Che cos’è una soluzione elettrolitica? - Illustrare il meccanismo di conduzione dell’elettricità nelle soluzioni e nei sali fusi.

Una soluzione elettrolitica è una sostanza che contiene elettroliti. Gli elettroliti sono sostanze che in soluzione si scindono totalmente o parzialmente in ioni: cationi con carica + e anioni con carica -.

Questo fenomeno di dissociazione nelle soluzioni dà origine parzialmente a ioni e parzialmente a molecole non dissociate, in questo caso la conduzione elettrica è buone. Nei sali fusi la reazione dà origine totalmente a ioni rendendo la conduzione elettrica della soluzione elevata.

Illustrare il legame metallico attraverso il modello a mare di elettroni e le proprietà dei reticoli metallici.

Il solido possiamo rappresentarlo costituito da ioni positivi circondati da elettroni che non sono condivisi in un legame tra due atomi ma che sono liberi di muoversi nel reticolo metallico, sotto l’azione ad esempio di un campo elettrico.Questi elettroni mobili fanno sì che i metalli non solo abbiano una conducibilità elettrica ma anche una conducibilità termica e la caratteristica di essere deformabili.

Spiegare il comportamento dei solidi conduttori, isolanti e semiconduttori mediante il modello a bande di energia.

Se consideriamo il reticolo monodimensionale di un solido le energie relative agli orbitali molecolari coinvolti nella formazione di queste molecole sempre più grandi, avranno delle energie che vanno via via avvicinandosi fino a formare una banda di energia possibile per gli elettroni che si trovano a fare parte della molecola stessa.Questi elettroni che si troveranno nelle bande di energia avranno una certa mobilità che possiamo immaginare uguale a quella delle sfere da biliardo che si trovano su un tavolo da biliardo.Se nel tavolo ci sono poche sfere queste avranno una mobilità elevata si potranno muovere senza difficoltà. Riportando l’esempio alle bande di energia possiamo dire che gli elettroni si potranno muovere con una mobilità elevata in bande di energia che sono parzialmente riempite. Come nel caso dei solidi che si comportano da conduttore.Ci troveremo quindi bande riempite (bande di valenza) quindi con scarsa mobilità, e bande semi riempite chiamate anche bande di conduzione che sarà quella di energia più elevata e consentirà elevata mobilità.La situazione opposta a quella del conduttore sarà una situazione in cui gli elettroni si trovano in bande che sono completamente riempite, in questo caso ci troveremo in presenza di materiali isolanti con mobilità nulla.

Una situazione intermedia è quella che dà origine ai materiali semiconduttori, questo caso si verifica quando ci sono bande di energia vuote che sono accessibili, la differenza di energia è tale da poter essere superata da un elettrone che venga in qualche modo eccitato.

Illustrare le proprietà del silicio come semiconduttore. Che cos’è il drogaggio?

Il drogaggio serve ad aumentare la conducibilità dei semiconduttori, viene effettuato normalmente sul silicio. Possiamo aumentare la conducibilità introducendo nel reticolo degli atomi di silicio, degli atomi che si trovino nel sistema periodico o del III gruppo esempio il Boro o Gallio o possiamo introdurre un atomo che si trovi nel V gruppo, ad esempio il fosforo.Esaminiamo il caso del Boro. Il silicio tende a formare quattro legami con altri atomi di silicio stesso, introducendo il Boro questo andrà a sostituire un atomo di silicio, il Boro ha la possibilità di formare solo tre legami quindi è come se creassimo una “buca” positiva in quanto si verificherà la mancanza di un elettrone.Nel caso del Fosforo abbiamo una situazione diversa perché abbiamo un elettrone in quanto l’atomo di Fosforo ha tendenza ha formare cinque legami. Rimane quindi un elettrone spaiato.Il risultato nel caso del Boro è l’aggiunta di un livello energetico permesso tra la banda di valenza e la banda di conduzione sul quale gli elettroni possono accedere più facilmente.Nel caso del Fosforo è come se avessimo degli elettroni che si trovano in uno stato di energia superiore alla banda di valenza (tra la banda di valenza e la banda di conduzione), gli elettroni possono passare così più facilmente nella banda di conduzione.

Cosa sono i polimeri conduttori? Illustrare l’esempio del poliacetilene.

I polimeri conduttori sono materiali plastici in grado di condurre energia, sono facili da preparare e poco costosi, sono resistenti al degrado e hanno delle proprietà meccaniche interessanti.I polimeri comunemente sono degli isolanti, per renderli conduttori il polimero viene drogato con sostanze elettron-accetrici che ne aumentano il numero di lacune elettroniche.

Per drogare i polimeri conduttori basta esporli al vapore dell’agente drogante. Utilizzato per sviluppo dei sensori, in quanto aumenterà la sua conduzione entrando in contatto con l’agente drogante.

Ad esempio nel caso del Poliacetilene che ha una modesta conduttività elettrica, per aumentare la conducibilità si può drogarlo con elettron-accettori e metalli alcalini che agiscono da elettron-donatori. La conducibilità cresce rapidamente all’aggiunta del drogante.

Cosa sono i superconduttori? Illustrare il meccanismo della superconduttività.

I superconduttori sono particolari materiali che se raffreddati fino a temperature prossime allo zero assoluto riducono drasticamente la propria resistenza al passaggio degli elettroni.Il meccanismo della superconduttività è costituito da coppie di elettroni che passano molto velocemente in un reticolo cristallino, il passaggio del’elettrone distorce, a temperature basse, il reticolo cristallino. Gli ioni del reticolo sono più pensanti e impiegano un po’ di tempo a tornare nelle posizioni originali, questa distorsione favorisce il passaggio di un successivo elettrone.

Che cosa distingue un semiconduttore da un metallo? Spiegare la relazione fra T e conducibilità in questi materiali.

Non tanto il valore assoluto della conducibilità quanto piuttosto la dipendenza della conducibilità dalla temperatura.In un metallo si ha la diminuzione della conducibilità con l’aumento della temperatura, perché l’aumento della temperatura aumenta la vibrazione degli ioni del reticolo metallico rispetto alle posizioni di equilibrio e quindi fa si che ci sia un ostacolo al passaggio degli elettroni.Nel caso del semiconduttore un aumento di temperatura comporta l’aumento del numero di elettroni che sono in grado di passare attraverso questo intervallo di energia e quindi di passare dalla banda di valenza alla banda di conduzione e quindi in questo caso l’effetto è favorevole.

[Mancano esercizi 21-23]

Dare una definizione di superficie di un materiale.

La superficie di un materiale è la zona esterna, che presenta delle caratteristiche chimico fisiche diverse dall’interno del materiale. È una zona interessante perché è la zona con cui il materiale viene a contatto con l’ambiente, la superficie di un materiale è spessa circa 10nm.

Casa si intende per plasma? Illustrare le principali differenze fra plasmi termici e plasmi freddi e quali siano le proprietà superficiali dei materiali che possono essere modificate via plasma.

Il plasma è il quarto stato della materia, è un gas ionizzato altamente energetico, perche lo stato di plasma contiene sia specie neutre, che specie cariche, cioè ioni ed elettroni.Si possono generare dei plasmi artificiali, che sono:plasmi termici: dove le particelle su citate sono in equilibrio, ed hanno continui urti che liberano energia, e raggiungono altissime temperature. (2000~10000 °C)Oppure plasmi freddi, dove le particelle non sono in equilibrio, dove non si riesce ad arrivare a quelle alte temperature che si hanno nei plasmi termici. (<100°C)I plasmi freddi si possono depositare su superfici tipo carta, tessuti, o altro.Essendo a bassa temperatura, il substrato non si degrada, la deposizione avviene senza correnti impresse, quindi adattabile ad ogni forma di substrato.

Fare alcuni esempi di processi di deposizione di strati protettivi su materiali metallici.

Ci sono diversi tipi di protezione che si possono disporre sulle superfici, si possono stendere strati polimerici, oppure anodizzando il materiale, posso fare un immersione a caldo, oppure depositando degli strati con l’ausilio del vapore o plasma. Ad esempio gli strati polimerici, sono le cosiddette vernici, sono utili per le protezioni delle strutture metalliche.Oppure con elettrodeposizione posso depositare sulla superficie, utilizzando la corrente, cioè facendo avvenire delle deposizioni elettrochimiche tramite corrente.La deposizione microscopicamente è molto compatta e collima pienamente con la superficie metallica.L’anodizzazione viene usata spesso per l’alluminio, che avviene per ossidazione del materiale, quindi l’oggetto viene messo come anodo in una cella elettrochimica e lo spessore della superficie aumenta notevolmente.

Dare una definizione di diagramma di fase

Sono la rappresentazione grafica delle situazioni di equilibrio che si stabiliscono in un sistema in funzione di temperatura, pressione e composizione.

Quali parametri sono presi in considerazione dai diagrammi di fase? A cosa sono utili?

I parametri presi in considerazione sono temperatura, pressione e composizione. I diagrammi di fase consentono di valutare il numero, la composizione e l’abbondanza relativa delle fasi (solido, liquido, gassoso) presenti in un sistema in funzione di composizione, pressione e temperatura.

Dare una definizione di eutettico e di temperatura eutettica

Un eutettico è una miscela di sostanze il cui punto di fusione è più basso di quello delle singole stanze di cui è composto.

La temperature eutettica al raffreddamento è la più bassa temperatura in corrispondenza della quale è ancora presente del liquido nel sistema. Temperatura di fine solidificazione.

Quale è la regola della leva? Quando si può applicare? A cosa è utile?

La regola della leva ci consente di calcolare l’abbondanza percentuale delle due fasi presenti in equilibrio. E’ una regola che si può applicare solo nei campi con due fasi.

%A = (KN/HN)*100

KN è una porzione del segmento orizzontale che congiunge temperatura e il punto N, punto al di spora del quale la fase è una ed è liquida.HN è il segmento complessivo ad una determinata temperatura fino al punto N.

La percentuale di liquido sarà quindi: %L = (HK/HN)*100.

Quale è la regola di Gibbs?

La regola di Gibbs o regola delle fasi è una regola che ci consente di correlare il numero delle fasi, la loro composizione e le variabili fisiche o chimiche che governano il sistema stesso.E’ così formulata:V = n + f – φ

V è il grado di varianza, n è il numero dei componenti fisici indipendenti, f è il numero dei fattori fisici attivi e φ è il numero delle fasi.

Le trasformazioni in riscaldamento, sono le stesse in raffreddamento? Perché?

Sì, perché le trasformazioni sono reversibili.

Definisci la temperatura eutettica “al riscaldamento”

La temperatura eutettica al riscaldamento è la più alta temperatura in corrispondenza della quale inizia a formarsi nel sistema la fase liquida (temperatura di inizio liquefazione).

Definisci cosa è un costituente strutturale

Rappresenta un sistema (monobasico o polibasico) di morfologia e composizione, entro certi limiti, definite ed al quale competono specifiche caratteristiche fisico-meccaniche.

Si può applicare la regola della leva per determinare la % di eutettico allo stato solido? E perché?

Sì, perché se considero un eutettico composto da 64%B e 36%A posso suddividere lo stato solido in due aree: A+eutettico (leghe ipoeutettiche) e B+eutettico (leghe ipereutettiche); così da poter utilizzare anche in questo caso la regola della leva.

Fatto 100 il segmento A+Eutettico la percentuale di eutettico è:%E = (%B/64)*100

%B è la percentuale di B presa come riferimento nel segmento A+Eutettico.Quindi %A=(64-%B)/64

Che cosa significa solubilità parziale allo stato solido? E quella totale?

La solubilità parziale porta alla formazione di soluzioni solide sostituzionali o interstiziali, la solubilità completa prevede una sostituzione di atomi del solvente con atomi del soluto fino al 100%.Nella solubilità parziale il diagramma di fase non esistono le due componenti pure, ma una soluzione solida alfa e una soluzione solida beta con un punto massimo di solubilità in corrispondenza della temperatura eutettica.

Che relazione esiste tra velocità di raffreddamento e composizione superficiale di un solido?

La composizione superficiale di un solido può variare in funzione della velocità di raffreddamento, ad esempio con una raffreddamento molto lento si passa dalla fase solida alfa alla fase solida alfa + beta, con un raffreddamento molto veloce si ottiene una sorta di congelamento della fase solida alfa che risulta così immutata.

Quante fasi si possono osservare in un diagramma di stato binario con componenti completamente miscibili allo stato liquido, parziale miscibilità allo stato solido e presenza di eutettico?

Si possono osservare le seguenti fasi:- Liquido;- Alfa+liquido- Beta+liquido- Soluzione solida Alfa- Soluzione solida Beta- Alfa+Beta

Definisci che cosa è un materiale ceramico.

I materiali ceramici sono sostanze inorganiche non metallici, costituiti da elementi metallici e non metallici legati fra loro prevalentemente da legami ionici e/o covalenti, che a seguito, generalmente, di formatura a freddo e cottura ad alta temperatura consentono di realizzare prodotti con notevoli e specifiche caratteristiche.

Quali caratteristiche hanno i materiali ceramici? Cosa li distingue dai metalli e dai materiali polimerici a livello chimico, fisico e meccanico?

In generale i materiali ceramici sono tipicamente duri e fragili, con basse tenacità e duttilità. I materiali ceramici, di solito, sono buoni isolanti elettrici e termici per l’assenza di elettroni di conduzione. I materiali ceramici, in genere, hanno una temperatura di fusione relativamente alte e una elevata stabilità chimica in molti ambienti aggressivi, grazie alla stabilità dei loro forti legami.

Che cosa causa la porosità nei materiali ceramici? Quali caratteristiche influenza?

Riguardo alla porosità i materiali ceramici possono presentare pori aperti passanti, pori aperti a sacco e pori chiusi. La porosità dei materiali ceramici li rende permeabili all’acqua e ai gas, cioè attraverso i pori è possibile che ci sia un assorbimento ad esempio di acqua. Proprio attraverso l’acqua si valuta in percentuale il volume dei pori passanti. Da questa porosità dipendono le caratteristiche meccaniche ad esempio il modulo di rottura a flessione e la resistenza all’abrasione.

Come sono classificati i materiali ceramici?

I materiali ceramici vengono suddivisi in ceramici tradizionali e ceramici avanzati. I materiali ceramici tradizionali sono ad esempio: terrecotte, terraglie, refrattari, abrasivi, cementi, ceramiche tecniche. I materiali ceramici avanzati sono prodotti ottenuti con: ossidi puri, carburi, nitruri, boruri, ferriti, ecc.

I materiali ceramici tradizionali si suddividono a loro volta in: pasta porosa e pasta non porosa.Questi due gruppi sono a loro volta divisi in prodotti colorati e bianchi, smaltati e non smaltati, sono ad arrivare al prodotto finito.

Quale è la struttura dei silicati? Come sono classificati?

La struttura dei silicati SiO4 è tetraedrica, gli atomi di ossigeno sono disposti ai vertici di un tetraedro al centro del quale vi è l’atomo di silicio.

I silicati sono classificati in:- A tetraedri indipendenti (nesosilicati)- A gruppi di tetraedri (borosilicati)- A catene i tetraedri (inosilicati)- A strati di tetraedri (fillosilicati)- Ad aggregazione spaziale (tettosilicati)

Cosa è un’argilla?

L’argilla è un sedimento non litificato estremamente fine costituito principalmente da allumino-silicati. Le argille si dividono in argille di origine primaria e secondaria.Le argille di origine primaria sono prodotte dall’alterazione di minerali (feldspati), rimasti in sito e contenenti modeste impurità, poca acqua e parti della roccia madre non alterata.Le argille di origine secondaria sono i relativi depositi, che contengono maggiori impurità, si sono formati lontano dal luogo di alterazione della roccia madre per trasporto naturale.

Tramite quali processi sono prodotte le ceramiche?

Il primo processo è la macinazione, questo può essere eseguito a secco (3-4% acqua) mediante pressature o umido (30-40% acqua) tramite colaggio. Poi si passa al processo di preparazione dell’impasto, che comprende un insieme di operazioni che servono a conferire all’impasto le caratteristiche idonee per la successiva formatura. Quindi si procede con il processo di formatura che secondo in tenore di acqua di impasto può distinguersi in: pressatura, estrusione e colaggio. Quindi si procede con il processo di essiccamento, terminato il quale si può procedere in tre differenti modi. Si può procedere direttamente con la cottura per realizzare prodotti non smaltati.Si può procedere con la smaltatura e poi con la cottura per realizzare prodotti smaltati in monocottura. Infine si può procedere con una prima cottura (biscotto), poi con la smaltatura e infine con una seconda cottura, per produrre prodotti smaltati in biscottura.

Quali cambiamenti avvengono durante ed in seguito alla cottura?

La cottura è un processo di aggregazione, connesso a trasformazioni chimiche e fisiche, eseguito a temperatura inferiore a quella di fusione del componente principale. Alcune delle variazioni che avvengono durante la cottura riguardano: la densità e la porosità. Queste due caratteristi che variano in funzione del tempo di cottura, la densità cresce con l’aumentare del tempo, mentre la porosità diminuisce. L’altra caratteristica riguarda la percentuale di ritiro del materiale ceramico, questa cresce con l’aumentare della temperatura sino ad arrivare ad una soglia massima superata la quale diminuisce con l’avvicinarsi alla temperatura di fusione.

Quali caratteristiche devono avere le materie prime per la produzione di ceramiche?

La materie prime per la produzione di ceramiche devono avere caratteristiche di plasticità, funzioni smagranti e sostanze fondenti.Con plasticità di un impasto ceramico si intende la caratteristica dell’impasto di deformarsi sotto una pressione opportuna senza rottura o deformazione.Le sostanze smagranti hanno la funzione di realizzare uno scheletro rigido che impedisca al formato di subire ritiri o deformazioni durante l’essiccamento e la cottura.Le sostanze fondenti hanno la funzione di originare, durante la cottura, una fase liquida la quale colma, parzialmente o completamente, le porosità provocando una progressiva densificazione del prodotto con parziale o totale cristallizzazione di fasi di alta temperatura.

Cosa sono i materiali refrattari? Che impiego hanno?

I materiali refrattari sono materiali da costruzione generalmente a pasta colorata e porosa, non rivestiti, atti a sopportare sollecitazioni termiche, meccaniche chimiche in ambienti dove si svolgono processi chimico-fisici ad elevata temperatura. Sono impiegati principalmente nell’industria siderurgica, vengono anche utilizzati nell’industria vetraria, cementiera, ceramica, ecc.Come sono classificati i materiali refrattari?

I materiali refrattari sono classificati in:- Materie prime refrattarie;- Prodotti refrattari formati;- Prodotti refrattari non formati;- Prodotti refrattari porosi formati.

Come possono essere aggrediti i materiali refrattari in una siviera?

I materiali refrattari che costituiscono la parte interna della siviera possono essere acidi, basici e neutri. I refrattari acidi vengono aggrediti da scorie basiche, basici quelli che vengono aggrediti da scorie acide, e neutri quelli che non subiscono un’evidente aggressione.Se supponiamo di avere una siviera con uno strato interno costituito da un refrattario acido, riempita di un bagno metallico liquido sul quale galleggia una scoria di tipo basico, allora si innescheranno delle reazioni tra refrattario e scoria, sarà quindi aggredito il materiale refrattario.Supponiamo che il refrattario sia a base Silice e che nella scoria ci sia della Calce, queste reagiranno in questo modo:SiO2 + CaO → CaO SiO2

La silice ha una temperatura di fusione di 1723 °C, il silicato monocalcico ha una t.f. di 1544 °C, l’eutettico che si instaura è di 1436 °C, quindi si forma del liquido causando un degrado molto veloce del materiale refrattario.

Quali sono le caratteristiche dei refrattari?

Le caratteristiche dei refrattari sono le seguenti:- Fisiche: peso specifico, peso volumetrico, porosità apparente, porosità totale, assorbimento

d’acqua, permeabilità, resistenza all’idratazione e granulometria;- Meccaniche a freddo: resistenza alla compressione a freddo, modulo di rottura a freddo (a

flessione) e abrasione a freddo;- Meccaniche a caldo: refrattarietà, resistenza alla termopressione, modulo di rottura a caldo,

scorrimento a caldo, termofrattura di massa e termofrattura superficiale;- Termiche: conduttività termica, variazione lineare permanente, variazione volumetrica

permanente e variazione lineare temporanea;- Chimiche: composizione e resistenza alla corrosione.

Quali caratteristiche meccaniche a caldo sono le più importanti? Come sono misurate?

Le caratteristi meccaniche a caldo più importanti sono:- La refrattarietà, viene misurata utilizzando dei coni Seger, hanno una forma di una piramide

a base triangolare, la misurazione viene effettuata per confronto. Il materiale di cui si vuol conoscere la refrattarietà viene modellato secondo la stessa forma dei coni Seger, questa provetta viene poggiata su un basamento con una certa inclinazione rispetto al piano di base e circondata con coni Seger con diversa refrattarietà nota. Si procede quindi al riscaldamento e si osservano le modifiche di forma subite dalla provetta, questa in virtù dell’inclinazione inizierà a flettersi fino a fare in modo che la punta tocchi flettendosi il basamento di appoggio. Essendo una prova fatta per confronto ci sarà sicuramente uno o due coni che saranno nella stessa condizione della provetta. In questo modo sarà possibile attribuire al materiale refrattario un valore di refrattarietà.

- Resistenza alla termopressione, la misurazione viene effettuata attraverso un’analisi dilatometrica condotta sino a quasi completa fusione del materiale e valutando le variazioni dimensionali che il provino subisce al riscaldamento e sottoposto ad una certa pressione. Il provino per la prova è di forma cilindrica realizzato con il materiale da esaminare con altezza 50mm e diametro 50mm, sulla parte superiore del cilindro è applicato un carico di 2Kg cm2. Su questo provino si valuta la dilatazione percentuale al riscaldamento. Inizialmente al riscaldamento del provino questo subisce una dilatazione, successivamente possiamo aspettarci che ad una certa temperatura inizia la fase liquida e quindi il carico applicato sopra il provino farà in modo che questo riduca la sua altezza. La temperatura in

cui ciò accade è detta temperatura di inversione. Infine ci sarà una temperatura in cui si avrà il collasso completo del provino.

Cosa caratterizza un refrattario acido?

Un refrattario acido (ad esempio alluminosi e silico-alluminosi) è caratterizzato da una minore resistenza ad attacco acido, bassa resistenza allo shock termico, ottima resistenza all’ossidazione, bassa conduttività termica e infine buona resistenza meccanica.

Come si producono i refrattari silicei?

I refrattari silicei si ottengono a partire da una materia prima che prende il nome di quarzite, la quale può presentare o cristalli di dimensioni notevoli (quarziti franche) oppure piccoli cristalli di quarzo immersi in una matrice cementizia. Il processo di produzione, nel caso di quarziti franche, parte dalle quarziti mescolate con parti di latte di calce (8-10%), quindi si procede alla pressatura ~ 30MPa, poi la cottura a ~1500 °C con una velocità di riscaldamento pilotato che nell’ultimo stadio è di 8-10 °C/h.

Cosa sono i refrattari silico-alluminosi?

I refrattari silico-alluminosi hanno un tenore di allumina tra il 20-44%, questo intervallo di composizione è dovuto al fatto che vengono confezionati a partire da argille, a seconda che siano più o meno pure abbiamo un maggior o minor tenore di allumina. Le caratteristiche dei refrattari silico-alluminosi dipendono fondamentalmente dalla percentuale di allumina.

Come si producono i refrattari silico-alluminosi?

Un refrattario silico-alluminoso parte dall’argilla, più l’argilla è ricca in caolinite migliori saranno le caratteristiche del refrattario stesso. L’argilla (10-50%) deve essere impastata con la chamotte, questa è argilla precotta macinata, l’argilla a questo punto svolge il ruolo di legante tra i granuli di chamotte, quindi si procede con la cottura fino a 1200 – 1400 °C.

Quali sono i refrattari basici?

I refrattari basici sono costituiti fondamentalmente da ossido di magnesio e sono:- Magnesite;- Magnesiocromite;- Cromomagnesite;- Cromite;- Forsterite;- Dolomite.

Quale è la natura chimica del vetro?

I vetri sono prodotti ottenuti per raffreddamento e consolidamento di masse liquide senza che avvengano processi di cristallizzazione. Il vetro è un materiale amorfo ha la rigidità dei materiali solidi, normalmente cristallini, ma non ha la struttura cristallina. La disposizione dei gruppi ionici che lo compongono è disordinata e casuale e quindi si ha una situazione caratteristica dello stato liquido mentre ha la rigidità dello stato solido.

Quali sono le proprietà fisiche del vetro?

La proprietà fisica più importante del vetro è la viscosità, quando è ad alta temperatura è duttile, plastico e malleabile; in stato di fusione può essere soffiato, impastato, tirato e pressato. Quando è freddo, il vetro presenta una notevole durezza, è trasparente, traslucido o opaco. È fragile e si rompe con la caratteristica frattura concoide. È soggetto a incrinarsi se sottoposto a improvvisi cambiamenti di temperatura.

Come vengono fabbricati i vetri?

Il processo di fabbricazione dei vetri prevede la fusione delle materie prime, il processo di formatura e la ricottura.Il processo di formatura può avvenire in quattro differenti modi: soffiatura, pressatura, laminazione e stiramento.

Cosa sono i leganti idraulici? Che cosa li distingue dagli altri materiali ceramici?

I leganti idraulici sono i cementi. Mentre i materiali ceramici tradizionali venivano ottenuti per impasto e cottura per poi avere il prodotto finito, il cemento segue una strada molto diversa esiste anche qui una miscelazione e cottura però dopo che il cemento viene ottenuto viene finemente macinato mescolato con gesso impastato con acqua, mescolato con degli inerti, che rapprende e indurisce a seguito di reazioni processi di idratazione. Una volta indurita, mantiene la sua resistenza e la sua stabilità anche sott’acqua.

Come si fabbrica il cemento? In quali ambiti è impiegato?

La materia prima per ottenere il cemento (clinker Portland) è il calcare e l’argilla. Per cottura di queste componenti si ottiene il clinker Portland, che verrà macinato e che reagisce con l’acqua.Per avere il cemento Portland il clinker deve essere miscelato con il gesso (4-6%), il gesso ha la funzione ritardante per la presa. Il cemento portland viene poi normalmente miscelato con degli inerti, sabbia e ghiaia, al fine di realizzare uno scheletro rigido che dia una certa resistenza meccanica.Per avere il cemento pozzolanico il clinker è miscelato con gesso e pozzolana (35% roccia naturale).Per avere il cemento altoforno il clinker è miscelato con gesso e loppa (scoria di altoforno).Un quarto tipo di cemento è quello alluminoso ottenuto con calcare e bauxite.

Il più comune è il cemento Portland, miscelato con acqua e sabbia produce la malta cementizia.Miscelato con acqua e aggregato misto fine e grossolano otteniamo il calcestruzzo.Miscelato con acqua e aggregato più un armatura di acciaio, che consente di migliorare alcune caratteristiche meccaniche, produce il cemento armato.

Descrivi la Chimica del Cemento

Semplificando durante la cottura il calcare si trasforma in CaO e l’argilla in SiO2 + Al2O3 + Fe2O3

Ad una temperatura superiore ai 1000 °C cominciano ad interagire tra di loro e quindi si ha un’interazione tra il componente basico, la calce, e i componenti acidi per formare silicati, alluminati e ferriti:

- Il silicato tricalcico;- Il silicato bicalcico;- Un alluminato tricalcio;

- Un ferrito alluminato tetra calcico;

La composizione chimica del cemento è la seguente:- CaO- SiO2

- Al2O3

- Fe2O3

- MgO- SO3

Che cosa sono i moduli del cemento Portland?

Sono dei rapporti che ci danno un’idea di quale debba essere la composizione al fine di ottenere certe caratteristiche del cemento Portland.I moduli sono quattro il primo prende il nome Modulo Idraulico ed è dato dal rapporto tra l’ossido Calcico e i tre ossidi maggiori: silice, allumina e ferro; questo rapporto è all’incirca pari a 2, significa che la percentuale di calce è il 66% e la percentuale dei tre ossidi è il 33%.Il secondo modulo è il Modulo Siliceo che indica il rapporto tra la silice e l’allumina e il l’ossido ferrico; questo rapporto è all’incirca uguale a 2, il che significa che se 33% era l’insieme dei tre ossidi qui abbiamo un 22% di silice e il restante 11% come somma di allumina e ossido ferrico.Il terzo modulo è il Modulo dei Fondenti indica il rapporto tra allumina e ossido ferrico; anche questo è normalmente uguale a 2, quindi abbiamo l’11% come somma dell’8% di allumina e 3-4% di ossido ferrico.Il quarto modulo è il Modulo della Calce Restante indica il rapporto tra la percentuale di calce combinata esclusivamente nei silicati e la silice.

Che relazione esiste tra i costituenti mineralogici e la composizione chimica del cemento?

La anche minima differenza nella presenza dei costituenti mineralogici del Portland causano delle forti differenze nella risultante composizione chimica del cemento.

Quali elementi determinano le caratteristiche del cemento indurito?

Le componenti del cemento indurito sono l’aggregato, zona di transizione e la matrice cementizia.La zona di transizione, compresa tra matrice e aggregato, è un a zona estremamente delicata perché presenta una porosità maggiore, una composizione di elementi diversa da quella della matrice.I fattori che influenzano le caratteristiche meccaniche del cemento indurito sono:

- Riguardo la matrice cementizia: tipo di cemento, il rapporto acqua cemento, la porosità, il grado di idratazione, gli additivi;

- Riguardo la zona di transizione: il rapporto acqua cemento, il grado di idratazione, la porosità e l’interazione matrice/aggregato;

- Riguarda l’aggregato: la natura, le dimensioni, la forma e la porosità.

Quali sono e come sono impiegate le formule di Powers?

Le formule di Powers sono:

Vp = (100 * (a/c)) – (36,15 * alfa)

Vp è il volume dei pori, a/c è il rapporto acqua cemento e alfa e il grado di idratazione.

Questa formula è impiegata per agire direttamente sulla porosità finale del cemento, la porosità può essere ridotta diminuendo il rapporto tra acqua e cemento, essendo il grado di idratazione correlato al tempo di stagionatura del cemento.

La seconda formula è:

Rc = k(1-P)3

Rc è la resistenza a compressione e P è la porosità totale.Questa formula consente di calcolare la variazione della resistenza alla compressione in funzione della porosità.

Quali sono le cause del degrado del cemento?

Le cause del degrado del cemento dipendono da diversi fattori:- Cause chimiche: legate alla presenza di solfati, cloruri, CO2 e alcali;- Cause fisiche: il gelo/disgelo e l’incendio;- Cause meccaniche: erosione, abrasione e vibrazioni.

Cose è un materiale polimerico?

I materiali polimerici sono materiali le cui molecole sono costituite da più unità strutturali, uguali o differenti, unite chimicamente da legami, in generale covalenti, il concatenamento dei quali risulta concluso da gruppi terminali.

Come si sintetizza un polimero? Tipologie ed esempi di polimerizzazione.

I processi di polimerizzazione possono essere ricondotti a quattro tipi.

Processi di poliaddizioneNei polimeri di addizione la formula molecolare dell’unità ripetitiva risulta identica a quella del monomero.

Processi di policondensazioneNei polimeri di condensazione la formula molecolare dell’unità ripetitiva contiene un numero di atomi minore rispetto a quella del monomero o dei monomeri di partenza.

Polimerizzazione a catenaNella polimerizzazione a catena la catena in crescita rappresenta la molecola del polimero in formazione.

Polimerizzazione a stadiLa polimerizzazione a stadi coinvolge monomeri funzionali che reagendo danno luogo a prodotti di peso molecolare crescente, contenenti gli stessi gruppi funzionali del monomero o dei monomeri di partenza, per cui nel corso della reazione si hanno uguali possibilità di interazione monomero/monomero o monomero/polimero.

Quale è la struttura di un polimero?

In funzione dell’unità strutturale i polimeri possono essere suddivisi in tre categorie a seconda che provengano dalla stessa unità strutturale, da differenti unità strutturali o dal tipo di concatenamento.

I polimeri derivanti dalla stessa unità strutturale si chiamano omopolimeri, i polimeri derivanti da differenti unità strutturali si chiamano copolimeri e in base al tipo di concatenamento abbiamo dei polimeri lineari, ramificati, reticolati o a blocchi.

Quali sono i polimeri di interesse industriale?

I polimeri di interesse industriale sono: i termoindurenti, i plastomeri e gli elastomeri.

Cosa differenzia i materiali termoplastici da quelli termoindurenti?

Mentre i materiali termoplastici possono subire reversibilmente processi di rammollimento e fusione, i materiali termoindurenti a seguito di reazioni chimiche portano alla formazione irreversibile di strutture reticolate.

Cosa sono i materiali compositi?

I materiali compositi sono eterogenei costituiti da matrice (polimerica, ceramica, metallica) in cui è disperso un agente rinforzante. Per la favorevole combinazione delle proprietà della matrice e del rinforzo risultano particolarmente idonei per applicazioni strutturali.

Quali sono le caratteristiche meccaniche dei materiali compositi?

Le caratteristiche meccaniche dei materiali compositi dipendono dalle fibre di rinforzo che possono essere di tre tipi: whiskers (cercamici, carbonio), fibre (vetro, polimeri, carbonio) e fili (metalli).Le caratteristiche meccaniche importanti sono il carico di rottura specifico e il modulo di elasticità specifico dei materiali compositi rapportati alla massa volumica, siccome una delle caratteristiche più importanti è la leggerezza di questi materiali, gioca un ruolo importantissimo anche la densità.

ESAMI PRECEDENTI

Indicare le proprietà che possono essere dedotte in funzione della posizione di ciascun elemento nella tavola periodica;

La tavola periodica è detta periodica proprio perché gli elementi che ne fanno parte hanno caratteristiche che si ripetono in base a determinate proprietà, il sistema periodico è diviso in righe e colonne. Ad esempio se prendiamo la prima colonna, vediamo che contiene sodio cesio gallio ecc… questi elementi hanno in comune la caratteristica di reagire violentemente con l’acqua liberando idrogeno, questa è una delle proprietà che variano regolarmente, se noi ordiniamo gli elementi secondo il peso atomico crescente. Le colonne vengono chiamati gruppi, e le righe periodi. Gli elementi nello stesso gruppo reagiscono tutti nella stessa maniera rispetto ad una reazione chimica. Ci sono vari tipi di elementi, non metalli( non metalli, alogeni, gas nobili) semimetalli e metalli (alcalini, alcalino terrosi, ecc.), una delle cose più importanti che si estraggono dalla tavola periodica è il numero atomico . Dalla tavola periodica in base alla posizione si può determinare l’elettronegatività, a sinistra i meno elettronegativi (elementi che tendono a cedere elettroni) a destra i più elettronegativi (elementi che tendono ad acquistare elettroni in una reazione).

Descrivere l’esempio di una pila, riportando l’equazione di Nernst;

Un esempio di pila è una delle più usate, cioè la pila alcalina, detta anche pila le Clanche, queste pile per comodità non ha un elettrolita liquido, bensì un gel disperso in un materiale spugnoso, la pila è costituita dal polo negativo di zinco, che di fatto è l’involucro della pila, l’elettrolita cioè idrossido di potassio e il polo positivo che è costituito da della grafite con biossido di manganese.L’equazione di Nernst associata alla forza elettromotrice è:E=E0 + (0.06/ n ) log[Mn+]

Discutere delle caratteristiche dei materiali refrattari;

i materiali refrattari sono materiali che hanno impiego nei forni industriali, devono resistere alle alte temperature, sono materiali da costruzione, porosi, non rivestiti, sopportano forti maltrattamenti chimici. Questi materiali si suddividono in acidi basici e neutri, gli acidi sono quelli che possono essere aggrediti da scorie basiche, i refrattari basici sono aggrediti da scorie acide, i neutri non hanno particolari debolezze ne rispetto a scorie acide ne rispetto a quelle basiche. Le caratteristiche si suddividono in fisiche, meccaniche a caldo e meccaniche a freddo.Fisiche: peso specifico, peso volumetrico, porosità, assorbimento d’acqua.Meccaniche a caldo: refrattarietà, resistenza alla termo-pressione.Meccaniche a freddo: resistenza alla compressione a freddo, modulo di rottura a freddo, abrasione.

Descrivere la classificazione dei materiali polimerici e definire i parametri strutturali.

I materiali polimerici si suddividono in: naturali, sono materie come cellulosa, amido, gomma naturale. Sono materiali che si trovano senza particolare sforzo allo stato naturale.Artificiali: avvengono attraverso una modificazione chimica di polimeri naturali, sono acetato di cellulosa, cellulosa rigenerata ecc…Sintetici, sono materiali polimerici ottenuti per sintesi e sono le materie plastiche, le resine, le fibre, gli elastomeri ecc… l’80% di questi materiali sono termoplastici, il 20% di essi sono termoindurenti.Strutturalmente tutti i polimeri sono formati da un monomero, che è il radicale, da cui il polimero prende forma, ad esempio l’etilene, composto da 2 molecole CH2 legate tra loro da un doppio

legame, aggiungendo dei catalizzatori si rompe questo legame 2 elettroni si liberano, creando 2 siti funzionali che fanno si che il monomero si leghi con altri monomeri simili, iniziando a formare così la catena del polimero. Queste catene possono essere di tipo lineare, cioè i monomeri si dispongono in file, oppure in modo ramificato, dove le file non sono ben definite e spesso c’è una diramazione. Oppure a blocchi dove più file ramificate si legano a formare una sorta di reticolo.

Dire che cosa si intende per configurazione elettronica di un elemento e quali informazioni si possono trarre da questa riguardo al comportamento dell’elemento stesso;

Per configurazione elettronica di un elemento si intende la suddivisione che stabilì Bhor, cioè, ogni elettrone ruota attorno ad un orbita, tale orbita è quantizzata e ben definita, ci sono un numero finito di orbite, tali orbite vanno dalla più interna (più vicino al nucleo dell’atomo), alla più esterna, e vengono divise in 7 livelli, i primi 4 livelli sono s,p,d,f. Ogni livello possiede dei sottolivelli, s ha un solo sottolivello, p ha 3 sottolivelli, d ha 5 sottolivelli ed f ne ha 7. Ogni sottolivello può contenere al massimo 2 elettroni.Ad ogni sottolivello è associata una certa energia, la differenza tra due energie, è l’energia che serve a portare un elettrone da un livello ad un altro.Scrivendo la configurazione elettronica per un certo elemento si può intuire quale è la sua propensione a creare legami, cedendo o acquistando elettroni da altri elementi, se un certo elemento ha sull’ultimo livello un elettrone spaiato, questo tenderà a condividere o cedere tale elettrone per formare un legame.

Illustrare il meccanismo di una reazione di ossido-riduzione (redox), porre in questo ambito l’esempio di una pila;

Si può produrre elettricità partendo da una reazione chimica? Sì, lo si può fare attraverso un meccanismo di ossidazione/riduzione che avviene tra materiali e soluzioni di un certo tipo. Quando si pone un metallo in soluzione, possono avvenire due tipi di reazione, la prima è quando il metallo libera ioni nella soluzione, questo è il fenomeno di ossidazione, il secondo è quando gli ioni dalla soluzione si posano sul metallo, questo fenomeno è detto riduzione.Nelle pile questo è il principio di funzionamento, se poniamo in 2 recipienti della soluzione, in uno dei recipienti immergiamo una lastra di zinco e nell’altro una lastra di rame, mettendo in comunicazione i due recipienti si stabilirà una differenza di potenziale, poiché lo zinco cede ioni alla soluzione. Liberando tali ioni si instaura una carica negativa che si trasferisce tramite il collegamento alla barretta di rame, che attirerà a sua volta 2 elettroni per ogni ione rilasciato, questa differenza di potenziale crea un flusso di elettroni, genera una corrente elettrica che può essere utilizzata. Con due sistemi che hanno tendenze diverse a ossidarsi o ridursi riusciamo a creare una pila. Quindi a produrre elettricità da una reazione chimica.

Discutere dei reticoli cristallini e dei difetti dei materiali;

I reticoli mostrano la tipologia di disposizione degli atomi nello spazio, il reticolo più semplice è il reticolo cubico, formato da otto atomi posti nei vertici, questo tipo di struttura è caratterizzata da grandi vuoti, per ridurli si pone un atomo al centro e si forma una struttura detta, reticolo cubico a corpo centrato, per migliorare ancora di più la disposizione possiamo configurare un altro reticolo detto a facce centrate, cioè un cubo dentro l’altro, quello interno, disposto diagonalmente. Queste strutture sono utilizzate spesso per la rappresentazione dei metalli, un altro tipo è la rappresentazione ad esagono compatto, che comporta un riempimento di spazio ancora superiore. I difetti nelle strutture sono di 3 tipi: le vacanze, mancanza di un elettrone o di uno ione in una posizione del reticolo. Atomo di interstizione: un atomo si può inserire tra gli spazi vuoti del cristallino.

Atomo sostituzionale: un atomo si sostituisce ad un atomo del cristallino, per avere un tipo di difetto del genere, devo sostituire con atomi di circa la stessa grandezza.

Descrivere le reazioni di polimerizzazione ed in particolare il meccanismo di una reazione di polimerizzazione radicalica.

Come si ottengono le materie plastiche? Attraverso una reazione di polimerizzazione, un polimero si forma attraverso la composizione di un monomero, che ha a disposizione 2 luoghi propensi alla creazione di legami, uno di questi due luoghi si lega ad un altro monomero simile, e cosi avviene un numero elevato di volte, creando il vero e proprio polimero. La polimerizzazione radicalica, è quella utilizzata ad esempio per la creazione del polietilene, per questo processo c’è l’utilizzo di un perossido, che è una molecola reattiva, che funge da catalizzatore, il perossido libera un radicale organico (un composto con un elettrone spaiato) che tenderà a legare fino a formare una catena di carbonio, cioè polietilene.

Descrivere la classe dei composti policiclici aromatici e discutere della struttura della grafite e del diamante.

I policiclici aromatici sono dei composti che hanno una serie di più anelli benzenici, questi composti variano al tipo di disposizione che gli anelli benzenici assumono. Sono dei composti a struttura planare, si possono mettere idealmente insieme un numero infinito di anelli benzenici. la grafite, è composta soltanto da carbonio. La composizione della grafite è data da atomi di carbonio strutturati a piani con ibridazione sp2, e ogni piano interagisce con i piani di anelli benzenici confinanti, quello che si osserva è che la grafite è un materiale conduttore perché gli elettroni possono passare abbastanza facilmente da anello benzenico all’altro passando in mezzo a questi piani. Questa struttura comporta uno slittamento facile dei piani reticolari, infatti quando scriviamo con la matita la traccia che rimane sono dei piani reticolari di carbonio che si sono sfaldati e restano sul foglio.A differenza della grafite il diamante ha ibridazione sp3, quindi crea legami con 4 atomi, formando strutture tetraedriche con pochi spazi vuoti, per questo sono materiali altamente isolanti perché gli elettroni fanno molta fatica a passare in questo reticolo.Un leggera differenza strutturale microscopica provoca un’immensa differenza macroscopica.

Descrivere il I° e II° principio della termodinamica e definire le funzioni di stato ΔH, ΔS e ΔG;

Si riesce a prevedere l’andamento di una reazione ? Si, grazie a varie leggi teoriche come quelle della termodinamica, si può vedere verso quale direzione va una reazione. Il primo principio è quello dato dalla conservazione dell’energia: ΔE=ΔQ +ΔW tale principio dice che, la variazione di energia è data dalla somma della variazione di calore emesso o assorbito dal sistema, sommato al lavoro compiuto. Quindi l’energia non viene mai distrutta ma viene trasformata in un altro tipo di energia.Il secondo principio ci dice che le trasformazioni che hanno luogo spontaneamente portano ad un aumento di Entropia (S) dove l’entropia è la misura del disordine di un certo sistema.Le funzioni di stato che accompagnano questi principi sono :ΔH=ΔE+ΔW l’entalpia è la sommatoria della differenza di energia sommata al lavoro fatto dal sistema. L’entalpia è H<0 nelle reazioni esotermiche e H >0 per reazioni endotermiche.ΔG è definita come l’energia libera di Gibbs definita come ΔG=H – T S dove T è la temperatura alla quale avviene la reazione. Un processo spontaneo porta in genere alla diminuzione dell’energia libera.ΔG <0 processo spontaneoΔG >0 processo non spontaneoΔG =0 processo all’equilibrio

Illustrare la regola di Gibbs, definendo tutti i parametri;

La regola delle fasi, detta anche regola di Gibbs ci consente di correlare il numero delle fasi la loro composizione e le variabili fisiche o chimiche che governano il sistema.V= n+f -φ dove:n: numero di componenti chimici indipendenti, per sistemi binari n=2;f: il numero di fattori fisici attivi. Temperatura, pressione, le variazioni di questi parametri influiscono sugli equilibri del sistema.φ: il numero di porzioni di materia chimicamente e fisicamente omogeneo e delimitate da superfici definite dalle altre fasiV: è la varianza cioè il numero di variabili necessarie a caratterizzare il sistema, ossia, stabilendo i valori di tali variabili il sistema assume delle condizioni definite.In campi bifasici la V =2, in campi monofasici la V=1 e in situazioni eutettiche V=0.

Descrivere le reazioni di polimerizzazione, in particolare, illustrare l’esempio di un polimero di addizione;

Sono materiali con molecole costituite da una o più unita strutturali fondamentali, unite chimicamente da legami in genere covalenti, il concatenamento di queste unità strutturali termina in genere con dei gruppi terminali. Sono materiali molto reagenti, quindi difficilmente biodegradabili. Le reazioni di addizione avvengono spesso dalla rottura di un doppio legame, che libera 2 elettroni, le polimerizzazioni per addizione più conosciute sono quelle del PE (polietilene) e del PVC(polivinilcloruro) che hanno unità fondamentali (monomeri) tutti identici che si legano l’un l’altro tramite 2 siti funzionali. Finche un monomero con un solo elettrone spaiato non si lega e termina la catena del polimero.Ci possono essere vari tipi di concatenamento che formano polimeri lineari, a blocchi, ramificati o a reticolato.

Discutere l’ibridazione del carbonio nelle molecole di etano (C2H6), etene (C2H4 con struttura >C=C<) e acetilene (C2H2, con struttura -C≡C-);

Quando siamo in presenza di legami doppi, il carbonio ha sempre valenza 4 , cioè forma 4 legami, ma se osserviamo l’intorno del carbonio si nota che ha 3 legami e non 4. un esempio di molecola è l’etene (o etilene), che è circondato da 2 atomi di idrogeno e un altro atomo di carbonio. Questa configurazione è composta da 3 legami “sigma” e 1 legame “pi” . Per legame pi si intende un legame doppio dato dove la densità elettronica maggiore non si trova sulla congiungente dei due nuclei ma sopra e sotto il piano della molecola. Se vogliamo passare dall’etene all’etano, basta rompere il doppio legame per arrivare cosi alla saturazione, in questo modo si liberano 2 elettroni di idrogeno che si legano al carbonio formando il composto saturo.Un'altra molecola notevole è quella dell’acetilene, che forma un legame triplo, in questo caso il carbonio è circondato da 2 atomi, e si formano 2 legami sigma e 2 legami pi , i legami tripli sono più forti dei legami doppi, ma le molecole sono molto reattive. Infatti l’acetilene viene usato per tagliare o saldare i metalli proprio perché la fiamma che sviluppa l’acetilene è una fiamma a temperatura notevole.

Descrivere la natura del legame ionico e spiegare con un esempio il solido ionico;

non tutti gli atomi sono disposti a condividere gli elettroni nei gusci più esterni. Se noi vogliamo mettere a legame 2 atomi molto differenti con delle strutture molto diverse, molte volte ci troviamo

dei legami di tipo ionico, che sono ottenuti con uno scambio di elettroni, questo scambio lo possiamo avere perché abbiamo degli atomi che formano facilmente degli ioni positivi, ad esempio gli elementi del primo gruppo hanno un elettrone nel gruppo s, ma tendono facilmente a perderlo, formando degli ioni positivi, invece se noi prendiamo il settimo gruppo, questi elementi hanno una config. elettronica che tende ad acquistare elettroni, per arrivare alla configurazione stabile del gas nobile. Gli elementi come cloro o fluoro, sono gli atomi accettori che tendono a formare ioni negativi, invece quelli donatori che sono quelli del primo gruppo, tendono a perdere il loro elettrone e sono chiamati atomi donatori. Un esempio di solido con legami ionici è il cloruro di sodio, infatti gli ioni cloro si legano con gli ioni sodio formando la molecola NaCl.

Modifiche superficiali, descrivere i vari metodi impiegati per creare patine protettive;

Modificare la superficie dei materiali per aumentare la resistenza di un materiale, non a livello strutturale, ma fungeranno da barriera protettiva, la superficie di un materiale è spessa circa 10nm.Le vernici sono prodotte di molti tipi, questo prodotto viene spalmato o spruzzato sulle superfici, creando uno strato più spesso a protezione del metallo.L’elettrodeposizione, posso depositare degli strati metallici su una superficie utilizzando la corrente, quindi faccio avvenire delle reazioni elettrochimiche, questi sono i processi di cromatura bronzatura ecc… questi processi sono molto inquinanti, e l’industria galvanica è una grande produttrice di scarti di questo tipo. Quindi prendendo gli ioni del metallo che devo depositare faccio ridurre questo metallo sulla superficie che voglio ricoprire.L’anodizzazione è un processo utilizzato per l’alluminio, che ha già una superficie di Al2O3, con l’anodizzazione posso aumentare lo spessore di questo strato, facendo si che lo strato si ossidi e aumenti di spessore. Spesso il colore viene alterato per la presenza di ossido.La deposizione senza corrente (electrolesspleting) posso depositare del nichel, posso introdurre un metallo in una soluzione acquosa, salina, che riduce il nichel e gli ioni si depositano sull’oggetto. Il vantaggio di questo tipo di deposizione è che la deposizione avviene uniformemente indipendentemente dalla forma dell’oggetto.La zincatura a caldo è un'altra modalità molto usata nell’industria, posso immergere un oggetto nello zinco fuso, e in base al tempo di permanenza dell’oggetto nel bagno di zinco avrò una deposizione del materiale che va dai 40 ai 100um, gli acciai cosi vengono protetti, visto che lo zinco è meno nobile e quindi si corrode di preferenza, salvando cosi l’altro materiale.Ci sono anche altre tecnologie che si usano per creare una patina protettiva sugli oggetti, ad esempio tramite l’utilizzo di plasma e plasma freddi (pecvd).

Definire la differenza tra legame covalente e legame ionico. Riportare esempi per ciascun tipo di legame;

Un legame covalente è un tipo di legame di condivisione di elettroni, ad esempio quando l’idrogeno crea una molecola, i due elettroni che sono sul suo guscio 1s si mettono in condivisione abbassando l’energia. Nel legame covalente si crea un orbitale di legame, con un energia di legame inferiore all’energia dei due orbitali separati. Si evidenziano 2 livelli energetici, uno inferiore che è quello dell’orbitale di legame, e un altro livello, più elevato che è l’orbitale di anti legame. Invece se noi proviamo a mettere vicino 2 atomi distanti tra loro nella tavola periodica, sarà difficile che essi siano disposti a condividere gli elettroni, ma spesso ci sarà una situazione in cui, l’atomo più a sinistra sarà disposto a cedere un elettrone, prendendo il nome di donatore, mentre l’atomo più a destra tenderà ad acquistare un elettrone prendendo il ruolo di atomo accettore. Un esempio di atomo con legami ionici è quella del sale da cucina NaCl, il cloro è molto elettronegativo, e tende ad acquistare un elettrone del sodio, che a sua volta essendo nel primo gruppo tende a perdere il suo elettrone spaiato, legando con un legame ionico.

Riportare la struttura della molecola di benzene C6H6 e discutere della natura dei legami che caratterizza la molecola;

La struttura è la seguente:

Il benzene C6H6 è formato da un anello esagonale (detto anello aromatico) in cui gli atomi di Carbonio (ibridati sp2) sono legati alternativamente da legami singoli e legami doppi.I sei legami C-C sono tutti equivalenti, in quanto i legami p non sono localizzati tra atomi di carbonio specifici, ma distribuiti attorno all’anello a sei atomi. Per rappresentare questo legame de localizzato, il benzene viene spesso rappresentato da un esagono con un cerchio al suo interno. L’anello aromatico può dare reazioni di sostituzione.L’atomo di carbonio ha una valenza 4 quindi tende a formare 4 legami con altri elementi, nel caso della molecola di benzene il carbonio forma 1 legame con un atomo di idrogeno, un legame con un atomo di carbonio e un doppio legame con un altro atomo di carbonio.

Indicare le caratteristiche della lega ipoeutettica, eutettica e ipereutettica;

La lega ipoeutettica è quella che ha una concentrazione di soluto inferiore alla concentrazione eutettica, la lega ipereutettica è quella che ha una concentrazione di soluto maggiore della concentrazione eutettica. La lega eutettica ha una concentrazione di soluto uguale alla concentrazione eutettica.

Definire il concetto di diagrammi di fase e descrivere un caso in particolare.

I digrammi di fase, ad esempio quelli binari, rappresentano graficamente le situazioni di equilibrio di due componenti miscibili che si stabiliscono in un sistema in funzione di temperatura e composizione a pressione costante.La rappresentazione grafica consente di valutare il numero, la composizione e l’abbondanza relativa alle fasi (gassoso, liquido, solido) rispetto alla composizione e alla temperatura.

Vediamo un esempio:

Composto A e BFase liquida, fase A+Liquido, fase B+Liquido, punto eutettico e temperatura eutettica, fase solida A+B

Specificare la differenza tra molecola e mole;

La molecola è costituita da un insieme di almeno due atomi dello stesso elemento o elementi diversi uniti da un legame chimico, ad esempio una molecola di idrogeno è costituita due atomi di idrogeno, la molecola di biossido di carbonio è costituita da un atomo di carbonio e due di ossigeno.La mole misura la quantità delle sostanze, essa contiene tante entità elementari quante sono gli atomi contenuti in 12 grammi dell’isotopo 12 del carbonio. Tale numero è noto come numero di Avogadro ed è pari a 6,022 * 10^23 atomi. Se confrontiamo una mole di elementi differenti questa conterrà lo stesso numero di atomi (microscopicamente) ma i volumi saranno diversi (macroscopicamente).

Descrivere gli orbitali molecolari, mostrando la differenza tra legami e ; specificare la differenza tra grafite e diamante;

Gli orbitali molecolari rappresentano la distribuzione spaziale degli elettroni in una molecola, un orbitale molecolare è un orbitale esteso a due o più atomi uniti da un legame covalente.La caratteristica del legame sigma è di avere la massima densità di elettroni sulla congiungente dei due nuclei. Il legame pi greco è dato dalla sovrapposizione laterale degli orbitali atomici, è un legame più debole del legame sigma. I legami sigma presentano una simmetria cilindrica e sono quindi invarianti per rotazione attorno all’asse di legame. I legami pi greco non sono cilindricamente simmetrici rispetto all’asse di legame e quindi non avviene libera rotazione.La differenza tra grafite e diamante è costituita principalmente dalla struttura dei legami che formano le molecole di carbonio.Nella grafite le molecole di carbonio si legano a piani con ibridazione sp2, questa struttura lascia spazio allo scorrimento di elettroni che caratterizza la conducibilità della grafite. La struttura a piani determina un facile slittamento dei piani reticolari, ad esempio scrivendo con una matita su un foglio il tratto lasciato è costituito proprio dai piani reticolari che rimangono sul foglio.Il diamante ha ibridazione sp3 le molecole di carbonio si legano formando dei tetraedri, l’atomo di carbonio si lega con 4 atomi, questa struttura ostacola il transito di elettroni risulta quindi isolante.

Definire le forza elettromotrice (f.e.m.) di una pila, si riporti l’esempio della pila al litio;

La f.e.m. è la differenza di potenziale che si crea fra due elettrodi, ed è espressione dell’attitudine a far fluire gli elettroni lungo il circuito.La f.e.m. si misura in Volt. F.e.m. = E(riduzione)-E(ossidazione)Nella pila al Litio abbiamo una reazione redox che genera una f.e.m., il polo negativo della pila è costituito da litio (ossidazione), il polo positivo da biossido di mangnese (riduzione) e l’elettrolita è costituito da perclorato di litio (LiClO4).

Discutere i processi di fabbricazione dei materiali ceramici.

Il primo processo è la macinatura, questo può essere eseguito a secco (3-4% acqua) mediante pressature o umido (30-40% acqua) tramite colaggio. Poi si passa al processo di preparazione dell’impasto, che comprende un insieme di operazioni che servono a conferire all’impasto le caratteristiche idonee per la successiva formatura. Quindi si procede con il processo di formatura che secondo il tenore di acqua di impasto può distinguersi in: pressatura, estrusione e colaggio.Quindi si procede con il processo di essiccamento, terminato il quale si può procedere in tre differenti modi.Si può procedere direttamente con la cottura per realizzare prodotti non smaltati.Si può procedere con la smaltatura e poi la cottura per realizzare prodotti smaltati in monocottura. Infine si può procedere con una prima cottura (biscotto), poi con la smaltatura e infine con una seconda cottura, per produrre prodotti smaltati in biscottura.