CORSO
CHIMICA
AMMISSIONE
LA SAPIENZA
agosto 2014
MEDICINA
PROF.
MARIA VITTORIA
BARBARULO
© 2014 Prof. Maria Vittoria Barbarulo
Liceo Classico Montale
Programma del
CORSO DI CHIMICA
per la prova di ammissione ai corsi di laurea specialistica/magistrale in
MEDICINA E CHIRURGIA, ODONTOIATRIA, MEDICINA VETERINARIA, PROFESSIONI SANITARIE
dall’Allegato A del Decreto Ministeriale 5 febbraio 2014 concernente Modalità e contenuti prove
di ammissione corsi di laurea ad accesso programmato a livello nazionale a.a. 2014/15
lezione
CONTENUTI
1
LA COSTITUZIONE DELLA MATERIA - LA STRUTTURA DELL’ATOMO
2
IL SISTEMA PERIODICO DEGLI ELEMENTI
3
IL LEGAME - FONDAMENTI DI CHIMICA INORGANICA
4
LE SOLUZIONI
5
CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
6
LE REAZIONI E LA STECHIOMETRIA I - ACIDI E BASI
7
LE REAZIONI E LA STECHIOMETRIA II - OSSIDORIDUZIONI
8
FONDAMENTI DI CHIMICA ORGANICA I
9
FONDAMENTI DI CHIMICA ORGANICA II
© 2014 Prof. Maria Vittoria Barbarulo
Liceo Classico Montale
V lezione
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UNIVERSITÀ DI ROMA La Sapienza
CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
Cinetica
Osservazione dei cambiamenti di stato dei reagenti e dei prodotti nel
tempo
Descrizione sperimentale della velocità di reazione
(costante di velocità, ordine di reazione, tempo di dimezzamento)
Catalisi
Teorie di reazione
Termodinamica
Osservazione della stabilità relativa degli stati
Variazioni e scambi di energia (la legge di Hess)
Sistemi all’equilibrio, costante di equilibrio e principio di Le Chatelier
RICHIAMI TEORICI E LAVORO COLLEGIALE DI SOLUZIONE DI QUESITI REALIZZATI
AD HOC
3
webelements
Tavola per
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VELOCITA’ DI REAZIONE
- E’ la diminuzione della concentrazione di reagente per unità di
tempo (ovvero l’aumento della concentrazione di prodotto),
v = -d[A]/dt = d[P]/dt = k [A]
e si esprime in moli al secondo
- Fattori che modificano la velocità di reazione:
1. concentrazione
2. stato fisico dei reagenti e prodotti
3. temperatura
4. catalizzatori
- Reazioni del I ordine
v=f([A]) da cui deriva [A] = [A]0 e
-kt
Se [A] = 1/2 [A]0, si può determinare il tempo di dimezzamento
ln2 = kt1/2
k è la costante di velocità di reazione: dipende dal tipo di reazione
e dalla temperatura
k = Ce-Ea/RT
5
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ENERGIA DI ATTIVAZIONE - Ea
Scaldando una
sostanza la
frazione di
particelle con
energia
sufficiente per
reagire aumenta.
La costante di velocità - k dipende dal tipo di reazione e dalla
temperatura
k = Ce-Ea/RT
6
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ENERGIA DI ATTIVAZIONE E CATALISI
Un catalizzatore
• è una sostanza
che modifica la
velocità di una
reazione (in genere,
aumentandola)
• non partecipa alla
reazione come
reagente
• è spesso un
metallo di transizione, o un ossido
di un metallo di
transizione, o un
enzima in sistemi
NB il catalizzatore non modifica il
valore della costante di equilibrio Kc
cellulari
7
C12H22O11 + H2O C6H12O6 (glc) + C6H12O6 (fru)
8
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*
* Stato della reazione in cui
k d = kr
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sistema non acquista o cede energia, l’energia potenziale dello stato finale
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II secondo principio TD afferma che "in tutti gli scambi di energia, se il
sarà sempre inferiore all’energia dello stato iniziale."
DSuniv= DSsist + Dsamb
(DSamb = -DHsist /T)
Riunendo le due equazioni, si può scrivere
DGsist = DHsist – TDSsist
In termini di DG un processo può essere:
• spontaneo DG < 0
• spontaneo nella direzione opposta DG > 0
• all’equilibrio DG = 0
DG è legato a DHsist e DSsist, ed i casi possibili sono:
1. DH
2. DH
3. DH
4. DH
<
>
<
>
0
0
0
0
e
e
e
e
DS
DS
DS
DS
>
<
<
>
0
0
0
0
processo
processo
processo
processo
spontaneo a qualsiasi T
non spontaneo a qualsiasi T
spontaneo a bassa T
spontaneo ad alta T
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
60’
30’
0’
NO è formato nei motori a combustione interna e a contatto con
DH°f (kJ/mol)
l’aria reagisce con O2
NO (g) + ½ O2 (g) NO2 (g)
Partendo da 2,5 moli di NO,
la variazione di entalpia della reazione è
A. -56 kJ
B. 56 kJ/mol
C. -140 kJ/mol
D. -140 kJ
E.
124 kJ
O2 (g)
0
NO (g)
90
NO2 (g)
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
NO è formato nei motori a combustione interna e a contatto con
DH°f (kJ/mol)
l’aria reagisce con O2
NO (g) + ½ O2 (g) NO2 (g)
Partendo da 2,5 moli di NO,
O2 (g)
0
NO (g)
90
NO2 (g)
34
la variazione di entalpia della reazione è
A. -56 kJ
B. 56 kJ/mol
C. -140 kJ/mol
D. -140 kJ (2,5mol x 34kJ/mol – 2,5mol x 90kJ/mol) = - 140kJ
E.
124 kJ
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
60’
30’
CH3COONa cristallizza spontaneamente in una soluzione
sovrasatura, se si lascia trascorrere un po’ di tempo o
se si aggiunge un germe di cristallizzazione. Dal punto
di vista termodinamico quali sono le variazioni delle
grandezze interessate?
A. DS <0, DH <0
B. DS <0, DG >0
C. DS >0, DH >0
D. DS >0, DG >0
E. DG <0, DH >0
0’
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
CH3COONa cristallizza spontaneamente in una soluzione
sovrasatura, se si lascia trascorrere un po’ di tempo o se si
aggiunge un germe di cristallizzazione. Dal punto di vista
termodinamico quali sono le variazioni delle grandezze
interessate?
A. DS <0, DH <0 l’entropia diminuisce per la formazione
di una struttura cristallina ordinata ed il processo è
esotermico (es. ghiaccio caldo o scaldamani)
B. DS <0, DG >0
C. DS >0, DH >0
D. DS >0, DG >0
E. DG <0, DH >0
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
60’
30’
Un catalizzatore ha l’effetto di
A - spostare l’equilibrio di una reazione
verso i prodotti
B - coordinare due reazioni enzimatiche
C - diminuire il rendimento di una
reazione
D - far avvenire reazioni non spontanee
E - modificare la velocità di una reazione
0’
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
Un catalizzatore ha l’effetto di
A - spostare l’equilibrio di una reazione verso i
prodotti
B - coordinare due reazioni enzimatiche
C - diminuire il rendimento di una reazione
D - far avvenire reazioni non spontanee
E - modificare la velocità di una reazione un
catalizzatore è una specie chimica che è in grado di
aumentare (o, meno spesso, diminuire) la velocità di
una reazione senza essere consumato alla fine della
reazione stessa
16
30’
60’
0’
La sostanza A è gradualmente trasformata nella sostanza B, che, a
sua volta, è trasformata in C; il grafico illustra la variazione delle
concentrazioni di A, B e C: cosa rappresentano le curve a, b e c?
quantità
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
b
a
c
A. a [A], b [B], c [C]
B. a [B], b [C], c [A]
C. a [A], b [C], c [B]
D. a [B], b [A], c [C]
E. a [C], b [B], c [A]
tempo
La sostanza A è gradualmente trasformata nella sostanza B, che, a
sua volta, è trasformata in C; il grafico illustra la variazione delle
concentrazioni di A, B e C: cosa rappresentano le curve a, b e c?
quantità
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
b
a
c
A. a [A], b [B], c [C]
B. a [B], b [C], c [A]
C. a [A], b [C], c [B]
D. a [B], b [A], c [C]
E. a [C], b [B], c [A]
tempo
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
60’
30’
0’
Se si aumenta la pressione in condizioni isoterme,
l’equilibrio della reazione (reagenti e prodotti in fase
gassosa)
2SO2 + O2 ⇄ 2SO3
A. si sposta a sinistra
B. si sposta a destra
C. non subisce alcuna variazione
D. si sposta per incrementare il contenuto di
entropia
E. si sposta per produrre O2
Se si aumenta la pressione in condizioni isoterme, l’equilibrio
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della reazione (reagenti e prodotti in fase gassosa)
2SO2 + O2 ⇄ 2SO3
A.
si sposta a sinistra
B.
si sposta a destra la pressione è causata dalle collisioni
tra le particelle e le pareti interne del reattore: maggiore il
numero di particelle, maggiore la pressione; perciò, in
accordo con il principio di Le Chatelier, il sistema aumenta
la produzione di SO3 per contrastare l’aumento di pressione
C.
non subisce alcuna variazione
D.
si sposta per incrementare il contenuto di entropia
E.
si sposta per produrre O2
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
60’
30’
0’
Il tempo di dimezzamento dei CFC
nell’atmosfera è importante per valutarne
gli effetti ambientali: se t1/2 è breve,
A - la concentrazione dei CFC è normale
B - i CFC si decompongono in un’unica
reazione
C - possono non arrivare alla stratosfera
e, perciò, non reagire con O3
D - si disperdono più rapidamente
E - la trasformazione dei CFC dipende
dalle condizioni atmosferiche locali
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
Il tempo di dimezzamento dei CFC nell’atmosfera è
importante per valutarne gli effetti ambientali: se t1/2
è breve,
A - la concentrazione dei CFC è normale
B - i CFC si decompongono in un’unica reazione
C - possono non arrivare alla stratosfera e, perciò,
non reagire con O3 il t1/2 è il tempo necessario
perché la concentrazione di una data sostanza si
dimezzi rispetto al valore iniziale; ne consegue che,
nel caso dei CFC, la riduzione dell’ozonosfera
potrebbe essere limitata
D - si disperdono più rapidamente
E - la trasformazione dei CFC dipende dalle condizioni
atmosferiche locali
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
60’
30’
0’
Gli enzimi possono accelerare una reazione:
A) modificando la forma della curva di energia
potenziale che connette il substrato al prodotto
B) conservando l’energia libera della reazione
C) rendendo spontanea una reazione endoergonica
D) fornendo energia al substrato
E)
modificando la stabilità delle molecole del
substrato
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CATALISI
Quasi tutti i processi industriali sono catalitici, utilizzano cioè nel
mezzo di reazione un catalizzatore, ovvero una sostanza che non
partecipa formalmente alle reazioni chimiche che avvengono
durante il processo, ma ne aumenta la velocità e, a volte, la
selettività.
NB Il valore della costante di equilibrio Kc non varia.
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Gli enzimi possono accelerare una reazione:
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
A) modificando la forma della curva di energia
potenziale che connette il substrato al prodotto
l’energia di attivazione dello stato di
transizione è ridotta
B) conservando l’energia libera della reazione
C) rendendo spontanea una reazione endoergonica
D) fornendo energia al substrato
E)
modificando la stabilità delle molecole del
substrato
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
60’
30’
Una costante di equilibrio pari a 10-5 per una data
reazione implica che
A. all’equilibrio saranno presenti il 50% di prodotto e
50% di reagente
B. la reazione è favorevole e all’equilibrio sarà presente
una notevole quantità di prodotto
C. la reazione non è favorevole e all’equilibrio sarà
presente una minima quantità di prodotto
D. Kc riguarda la velocità di reazione e non la quantità di
prodotto formato
E. l’equilibrio è eterogeneo: le specie sono presenti in
diverse fasi
0’
Una costante di equilibrio pari a 10-5 per una data
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reazione implica che
A. all’equilibrio saranno presenti il 50% di prodotto e 50%
di reagente
B. la reazione è favorevole e all’equilibrio sarà presente
una notevole quantità di prodotto
C. la reazione non è favorevole e all’equilibrio sarà
presente una minima quantità di prodotto
Kc = [prodotto]/[reagente]
D. Kc riguarda la velocità di reazione e non la quantità di
prodotto formato
E. l’equilibrio è eterogeneo: le specie sono presenti in
diverse fasi
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
60’
30’
Indicare la costante di velocità a 25°C per la
decomposizione di N2O5 , sapendo che la cinetica
è del I ordine e t1/2 è pari a 4x104 secondi
(ln2=0,7)
A – circa 1,8x10-5 s-1
B – circa 2,8x10-5 s-1
C – circa 1,8x104 s-1
D – circa 5,8x10-5 s-1
E – circa 1,8x105 s-1
0’
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Indicare la costante di velocità a 25°C per
la decomposizione di N2O5 , sapendo che la
cinetica è del I ordine e t1/2 è pari a 4x104
secondi (ln2=0,7)
A – circa 1,8x10-5 s-1 ln2 = kt1/2, da cui
k = 0,7/4x104s = 1,75x10-5 s-1
B – circa 2,8x10-5 s-1
C – circa 1,8x104 s-1
D – circa 5,8x10-5 s-1
E – circa 1,8x105 s-1
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
60’
30’
La velocità di una reazione rappresenta
A. la quantità totale di prodotti formati per unità di
tempo
B. la diminuzione della concentrazione di reagente per
unità di tempo
C. l’energia cinetica posseduta dai reagenti al momento
dell’urto
D. il tempo necessario perché tutti i reagenti si
trasformino nei prodotti
E. l’energia cinetica delle particelle di prodotto formate
0’
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
La velocità di una reazione rappresenta
A. la quantità totale di prodotti formati per unità di tempo
B. la diminuzione della concentrazione di reagente per
unità di tempo v= - d[R]/dt e si esprime in moli al
secondo; è possibile utilizzare anche la formula v=d[P]/dt,
basata sulla concentrazione del prodotto in formazione
C. l’energia cinetica posseduta dai reagenti al momento
dell’urto
D. il tempo necessario perché tutti i reagenti si
trasformino nei prodotti
E. l’energia cinetica delle particelle di prodotto formate
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
60’
30’
Un equilibrio si definisce omogeneo
A. se non è presente un precipitato
B. se reagenti e prodotti sono nella
stessa fase
C. se il prodotto è puro
D. se reagenti e prodotti sono puri
E. se si verifica tra sostanze allo stato
elementare
0’
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
Un equilibrio si definisce omogeneo
A. se non è presente un precipitato
B. se reagenti e prodotti sono nella
stessa fase ad esempio, una reazione
in soluzione acquosa
C. se il prodotto è puro
D. se reagenti e prodotti sono puri
E. se si verifica tra sostanze allo stato
elementare
33
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60’
30’
La teoria del complesso attivato (o teoria
dello stato di transizione) assume che
esista un equilibrio tra
A. complesso attivato e reagenti
B. complesso attivato e prodotti
C. prodotti e reagenti
D. reagenti, prodotti e complesso attivato
E. sistema e ambiente
0’
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La teoria del complesso attivato (o teoria dello stato di
transizione) assume che esista un equilibrio tra
A.
complesso attivato e reagenti la teoria pone in
relazione la velocità di reazione con l’equilibrio tra
complesso attivato e reagenti (o stato di transizione),
corrispondente un massimo nei valori di energia dei
reagenti, man mano che essi procedono lungo la
coordinata di reazione
B.
complesso attivato e prodotti
C.
prodotti e reagenti
D.
reagenti, prodotti e complesso attivato
E.
sistema e ambiente
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60’
30’
0’
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60’
30’
0’
La costante di equilibrio di una reazione
all’aumentare della temperatura
A. varia linearmente
B. è costante
C. si riduce se DH >0
D. diminuisce se la reazione è esotermica
E. aumenta per le sintesi e diminuisce per le
decomposizioni
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La costante di equilibrio di una reazione all’aumentare della temperatura
A. varia linearmente
B. è costante
C. si riduce se DH >0
D. diminuisce se la reazione è esotermica la
variazione della costante di equilibrio con la temperatura
puo' essere predetta sulla base del principio di Le
Chatelier: se una reazione e' endotermica, un aumento
di temperatura (cioe' un'immissione di calore nel
sistema) favorisce la formazione dei prodotti, si verifica il
contrario se la reazione è esotermica
E. aumenta per le sintesi e diminuisce per le
decomposizioni
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60’
30’
Un elevato valore di Ea implica che una
data reazione
A. sia spontanea
B. sia altamente endotermica
C. sia all’equilibrio
D. si svolga molto rapidamente
E. abbia una costante di velocità forte-
mente dipendente dalla temperatura
0’
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Un elevato valore di Ea implica che una data
reazione
A.
sia spontanea
B.
sia altamente endotermica
C.
sia all’equilibrio
D. si svolga molto rapidamente
E.
abbia una costante di velocità fortemente
dipendente dalla temperatura maggiore il
valore di Ea, maggiore la dipendenza di k da T
k = Ce-Ea/RT
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60’
30’
0’
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nota
Benchè il rapporto tra il numero di
particelle reagenti/ed il numero di
particelle prodotto sia 3:2, l’aumento di
volume non è efficace: si ritiene, infatti,
che la reazione avvenga in due fasi, la
prima della quali porta alla formazione del
dimero N2O2, è veloce e determina un
nuovo rapporto 1:1
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60’
30’
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60’
30’
La variazione di entalpia di una reazione
A. è sempre tendente a zero
B. è uguale a zero se la reazione è
spontanea
C. è maggiore di zero in una reazione
esotermica
D. è minore di zero in una reazione
endotermica
E. è negativa in una reazione esotermica
0’
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La variazione di entalpia di una reazione
A. è sempre tendente a zero
B. è uguale a zero se la reazione è
spontanea
C. è maggiore di zero in una reazione
esotermica
D. è minore di zero in una reazione
endotermica
E. è negativa in una reazione esotermica
legge di Hess DH = Hprodotti - Hreagenti
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
60’
30’
0’
L’energia libera G di una reazione
A.
diminuisce se la reazione è spontanea,
aumenta se è presente un catalizzatore
B. diminuisce sempre
C. diminuisce se la reazione è spontanea,
aumenta se la reazione non è
spontanea
D. aumenta se la reazione è spontanea,
diminuisce se la reazione non è
spontanea
E. resta costante
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
L’energia libera G di una reazione
A.
diminuisce se la reazione è spontanea,
aumenta se è presente un catalizzatore
B. diminuisce sempre
C. diminuisce se la reazione è spontanea,
aumenta se la reazione non è
spontanea (DG<0 o DG>0)
D. aumenta se la reazione è spontanea,
diminuisce se la reazione non è
spontanea
E. resta costante
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
60’
30’
L’ATP
A.
B.
è formato da una base pirimidinica
nella forma idrolizzata è un prodotto
importante del ciclo di Krebs
C. è un nucleoside
D. contiene desossiribosio
E. presenta una variazione di energia
libera negativa nel processo di idrolisi
0’
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L’ATP
A.
B.
è formato da una base pirimidinica
nella forma idrolizzata è un prodotto
importante del ciclo di Krebs
C. è un nucleoside
D. contiene desossiribosio
E. presenta una variazione di energia libera
negativa nel processo di idrolisi
ATP + H2O ADP + HPO42-(in forma di Pi) + H+
DG°= -30 kj/mol
(DH°= -20 kj/mol DS°= 34 j/K*mol)
I 36 ATP prodotti nella combustione
completa del glucosio corrispondono a
1080 kj/mol utilizzabili per processi
metabolici
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60’
30’
0’
Si ritiene che i seguenti meccanismi possano essere
alla base della distruzione dell’ozonosfera
1
2
O3 + Cl ClO + O2
ClO + O Cl + O2
Quale specie chimica è l’intermedio di reazione e
quale il catalizzatore?
A.
Cl in entrambi i casi
B.
ClO2 e Cl2
C.
O2 e O
D. ClO e Cl
E.
Atomi di ossigeno
Si ritiene che i seguenti meccanismi possano essere alla
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base della distruzione dell’ozonosfera
1
2
O3 + Cl ClO + O2
ClO + O Cl + O2
Quale specie chimica è l’intermedio di reazione e quale il
catalizzatore?
A.
Cl in entrambi i casi
B.
ClO2 e Cl2
C.
O2 e O
D.
ClO e Cl la reazione netta non coinvolge
né ClO , né Cl : atomi Cl agiscono come un
catalizzatore continuamente rigenerato
E.
Atomi di ossigeno
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60’
30’
In una cella d’elettrolisi (indicare l’affermazione
scorretta)
A. si verificano trasformazioni con DG<0
B. si utilizzano elettroliti fusi o in soluzione
C. si osserva la conversione di energia elettrica
in energia chimica
D. si può effettuare il processo di cromatura
E. si può ottenere Al dalla bauxite
0’
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5 - CENNI DI CINETICA E TERMODINAMICA
In una cella d’elettrolisi (indicare l’affermazione
scorretta)
A. si verificano trasformazioni con DG<0 NO, è
necessario fornire dall'esterno energia elettrica al
sistema perché il processo possa avvenire
B. si utilizzano elettroliti fusi o in soluzione
C. si osserva la conversione di energia elettrica in
energia chimica
D. si può effettuare il processo di cromatura
E. si può ottenere Al dalla bauxite
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60’
30’
In quale dei seguenti processi la variazione di entropia è
positiva?
A - Solidificazione del bromo
B - Dissoluzione del glucosio in acqua
C - Condensazione del vapore acqueo
D - Raffreddamento dell’azoto liquido da -20ºC a -30ºC
E - Cristallizzazione del solfato di rame
0’
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In quale dei seguenti processi la variazione di entropia è
positiva?
A - Solidificazione del bromo
B - Dissoluzione del glucosio in acqua nel processo di
solubilizzazione, la struttura cristallina altamente ordinata
del solido e quella parzialmente ordinata dell’acqua
vengono distrutte
C - Condensazione del vapore acqueo
D - Raffreddamento dell’azoto liquido da -20ºC a -30ºC
E - Cristallizzazione del solfato di rame
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30’
0’
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>1e<2
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La prossima lezione sarà dedicata a
LE REAZIONI E LA STECHIOMETRIA
- ACIDI E BASI
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UN BUON TESTO DI CHIMICA
P. Atkins e L. Jones Fondamenti di chimica ed. Zanichelli
UN BUON TESTO PER I QUESITI… NON SOLO DI CHIMICA
F. Longo e A. Jannucci UNITUTOR MEDICINA ed.
Zanichelli
HELP DESK [email protected]
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ALCUNI SITI UTILI
http://venus.unive.it/chem2000/homes/basso.htm
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http://scienzapertutti.lnf.infn.it/
http://www.minerva.unito.it/Chimica&Industria/Dizionario/DizRub
rica.htm
http://www.chemguide.co.uk/index.html
http://www.chm.bris.ac.uk/webprojects2002/pdavies/
http://ishtar.df.unibo.it/ma/index.htm
http://www.colorado.edu/physics/2000/cover.html
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html
http://www.rsc.org/education/teachers/resources/periodictable/p
re16/order/atomicnumber.htm
http://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/
http://www.chemistry.wustl.edu
http://accessoprogrammato.miur.it/2014/index.html
http://www.universitaly.it/index.php/
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