Appunti di chimica

Di seguito alcuni termini di uso generale: per una breve descrizione delle principali sostanze chimiche trattate, scorrere il menù in alto a sinistra.

Soluzione: miscuglio omogeneo di componenti.

• Solvente: il componente presente in maggiore quantità;
• Soluto: il componente o i restanti componenti presenti in soluzione e che si sciolgono/si dissociano (completamente o parzialmente) nel solvente.
• Se il componente preponderante è l'acqua, allora la soluzione è detta acquosa e l'acqua è il solvente mentre le altre specie chimiche presenti, i soluti.

Misure di concentrazione (titolazione):

• % w/w (grammi di soluto ogni 100g di soluzione);
• % w/v (grammi di soluto ogni 100ml di soluzione);
• M (molarità: moli di soluto ogni litro di soluzione).

Acidità - basicità di una soluzione:

• pH = - log₁₀ [H₃O⁺] dove [H₃O⁺] è la concentrazione molare dei cationi ossonio (ossia la concentrazione molare dell'acido per acidi monoprotici forti).
• Il pH è un indice della forza di un acido o di una base (in funzione sia della sua natura e sia della sua concentrazione): convenzionalmente il pH di soluzioni acquose assume valori compresi fra 0 (massima acidità; cartina al tornasole rossa; HCl - 1 Molare) e 14 (massima basicità; cartina al tornasole blu; NaOH - 1 Molare). Il valore 7 coincide con la neutralità (acqua distillata a 25°C).



• In soluzioni non acquose, tuttavia, il pH può assumere valori anche molto al di fuori del range 0-14: ad esempio l' Oleum saturo (soluzione di acido solforico puro come solvente e massima concentrazione di triossido di zolfo come soluto) presenta un pH di -13
• L'acqua (e in generale qualsiasi solvente) ha un effetto livellante nel senso che in soluzione acquosa tutti gli acidi completamente dissociati sono forti (senza distinzione tra la forza dell'uno rispetto all'altro). Lo stesso discorso è altrettanto valido per le basi.
• Nella quotidianità, i termini acido e base identificano sostanze irritanti, caustiche e corrosive. Esempi di sostanze acide: l'aceto, l'acido muriatico e il succo di limone; esempi di sostanze basiche (o alcaline): l'ammoniaca, la soda caustica e i più comuni tipi di sapone.

Acido Cloridrico - HCl _(aq)

Soluzione acquosa di cloruro di idrogeno incolore (se pura) ma più spesso di colore giallo per via delle impurità (generalmente ioni di ferro) in essa disciolte. Estremamente corrosivo e tossico, è conosciuto anche come acido muriatico, acido marino, spirito di sale o acido del sale.

• Acido muriatico puro: soluzione al 30-34% w/w di HCl con densità a 20°C da 1.15 kg/dm³ a 1.17kg/dm³. L'acido muriatico per uso domestico (di colore giallo per via delle impurità) è invece una soluzione al 10-12% w/w di HCl (densità di circa 1.04 kg/dm³ a 20°C) e deve essere ulteriormente diluito prima dell'uso.


• Acido cloridrico fumante: soluzione al 37% w/w di HCl. Corrisponde alla massima concentrazione di cloruro di idrogeno in acqua a 20°C (43,8% w/v ossia circa 12 M) con densità pari a 1.18 kg/dm³ a 20°C.


• La soluzione al 20.2% w/w di HCl è invece una miscela azeotropica (componenti non separabili per semplice distillazione) con punto di ebollizione a 109°C.

È utilizzato:

• Nella fabbricazione di altre sostanze chimiche (sostanze per il trattamento e la disinfezione delle acque, per il trattamento dei tessuti e del cuoio, ma anche per la sintesi di PVC e poliuretano oppure produzione di sali come il cloruro di Calcio CaCl₂, il cloruro di Nichel NiCl₂ e il cloruro di Zinco ZnCl₂).
• Nel decapaggio (soluzione al 18% w/w di HCl) e nel trattamento superficiale dei metalli (eccetto gli inossidabili dove viene preferito l'acido fluoridrico).
• Per la pulizia in cantiere dopo la posa di pavimenti resistenti all'acido (attenzione: rovina irrimediabilmente marmi e pietre calcaree. Inoltre visto il suo potere altamente corrosivo, è preferibile utilizzare detergenti a base di HCl ma specificatamene studiati per l'impiego.)

Acido Fluoridrico - HF _(aq)

Soluzione fumante, incolore, estremamente corrosiva e tossica di fluoruro di idrogeno che forma con l'acqua una miscela azeotropica i cui componenti non sono quindi separabili per semplice distillazione perchè la miscela possiede un proprio definito punto di ebollizione.

Commercialmente viene prodotto con concentrazioni dal 30% al 70% w/v (da 300 a 700 grammi di HF per ogni litro di soluzione).
Se la soluzione è al 39,5% w/v di HF, ha una densità di 1,12 kg/dm³ a 20°C e un punto di ebollizione a 120°C.

È utilizzato:

• Nel decapaggio dei metalli (in particolare inossidabili); per la pulizia del silicio e la purificazione di Tantalio e Niobio (industria elettronica).
• Nella lucidatura del vetro e nella produzione di lampade smerigliate.
• Per la produzione di farmaci.

Acido Solforico - H₂SO₄

L'acido solforico è un acido forte, liquido a temperatura ambiente, oleoso, incolore e inodore. È conosciuto anche come vetriolo e come Oleum (H₂SO₄•SO₃).

Le applicazioni più importanti sono: la produzione di fertilizzanti, il trattamento dei minerali, il decapaggio dei metalli, la sintesi chimica, la raffinazione del petrolio e il trattamento delle acque di scarico. È inoltre l'acido contenuto nelle batterie per autoveicoli e, come Oleum, è usato nei processi dove è richiesta la presenza di SO₃ libera (produzione di fitofarmaci e produzione di tensioattivi) e nell'industria delle vernici e degli esplosivi.

• Acido solforico per batterie: soluzione acquosa al 35% w/w (4,5 M) di H₂SO₄ con densità di 1.26 kg/dm³ a 20°C.


• Acido solforico concentrato (Vetriolo): soluzione acquosa al 95% w/w (comunque >90%) di H₂SO₄ con densità di 1.83 kg/dm³ a 20°C.


• Acido solforico puro: 100% w/w di H₂SO₄, liquido con densità di 1.83 kg/dm³ a 20°C (temperatura di fusione: -15°C).


• Acido solforico fumante (Oleum, acido disolforico oppure pirosolforico) - H₂SO₄•SO₃ : soluzione di triossido di zolfo(SO₃) in acido solforico (solvente), ottenuta per assorbimento del triossido di zolfo gassoso in acido solforico puro. È un acido estremamente concentrato e corrosivo. A temperatura ambiente è un liquido denso e oleoso che fuma all'aria. Gli oleum industriali più importanti sono quelli con una concentrazione del 20%, 30%, 40% w/w di anidride solforosa (SO₃). Per esempio, un Oleum con SO₃ dal 20% al 30% w/w ha una densità di circa 1.92 kg/dm³ a 20°C.

Acqua Regia - HNO₃₊₃ HCl

Miscela instabile a temperatura ambiente e con densità 1.21 kg/dm³, è composta da un volume di acido nitrico e tre volumi di acido cloridrico concentrati. I due acidi danno la seguente reazione: HNO₃ + 3HCl → Cl₂ + NOCl + 2H₂O.

Se è usata per la raffinazione dell'oro (l'acqua regia è uno dei pochi reattivi capaci di intaccare oro e platino per via della sinergia tra l'azione ossidante dell'acido nitrico e quella complessante del cloruro), il rapporto solitamente è una parte di acido nitrico per quattro parti di acido cloridrico.

Idrossido di Calcio - Ca(OH)_{2 (aq)}

Partendo dalla reazione di spegnimento della calce viva - CaO + H₂O → Ca(OH)₂ - si ottiene:

• Idrossido di calcio Ca(OH)₂ (anche detto calce spenta o calce idrata): se la quantità di acqua utilizzata per spegnere la calce (CaO) è quella stechiometrica. L'idrossido di Calcio si presenta come una polvere minuta.


• Grassello di calce: se si utilizza una quantità di acqua in eccesso pari a circa 1.5m³ di H₂O ogni 500 kg di calce (CaO). Il grassello di calce si presenta come una pasta plastica e untuosa.


• Latte di calce: se l'acqua è in forte eccesso, si ottiene una sospensione lattiginosa di idrossido di calcio in acqua, dotata di forte reazione alcalina, ampiamente utilizzata in diversi processi chimici. È inoltre ampiamente utilizzato per dare il bianco ai muri e per la disinfezione delle fogne.


• Acqua di calce (o acqua seconda di calce): quando l'eccesso d'acqua è tale da ottenere una soluzione acquosa satura di idrossido di calcio - da 1.5 a max 4 grammi di Ca(OH)₂ per litro di soluzione - . L'acqua di calce si presenta pertanto come un liquido limpido, incolore e inodore e con una densità che è praticamente pari a quella dell'acqua (1,005 kg/dm³ a 20°C). Tuttavia è un alcale molto forte (pH circa 12,5) che reagisce violentemente con gli acidi.

Ipoclorito di Sodio - NaClO _(aq)

Soluzione acquosa (alcalina) giallo-verde di ipoclorito di Sodio. È conosciuta anche come amuchina, candeggina, varechina, nettorina, conegrina, acqua di Labarraque oppure Eau de Javel.

Il valore commerciale di una soluzione di ipoclorito di sodio varia in funzione del suo potere ossidante che, per convenzione, viene normalmente espresso attraverso il titolo in “cloro attivo” ( % NaOCl w/w = 1.05 x % Cl₂ w/w dove Cl₂ è il cloro attivo espresso in % in peso). Le soluzioni di ipoclorito sono però soggette a una degradazione naturale che dipende da vari fattori chimico-fisici (concentrazione di NaClO, pH e temperatura della soluzione, esposizione alla luce, impurità nella soluzione). La perdita di titolo di cloro attivo è comunque in generale rapida immediatamente dopo la produzione e quindi progressivamente più lenta sino ad annullarsi: osservando le corrette modalità di stoccaggio, la degradazione viene facilmente contenuta entro i limiti di tolleranza commerciale.

A seconda dell'utilizzo, varia il nome commerciale e la composizione della soluzione.

• Amuchina: soluzione acquosa di NaClO molto diluito. Utilizzata come disinfettante alimentare oppure come sgrassatore battericida. Per esempio, una soluzione acquosa con contenuto 2% w/w di NaClO e 1% w/w di NaOH ( pH circa 13 e densità di 1,01 kg/dm³) può essere usata come sgrassatore battericida.


• Candeggina (Varechina, Nettorina oppure Conegrina): soluzione acquosa con contenuto dal 3% al 5% w/w di NaClO (pH da 11 a 13) e densità da 1,05 a 1,08 kg/dm³ a 20°C. Rispetto all'amuchina ha un'azione più efficace, tuttavia è già molto irritante e va quindi usata con precauzione. Ha ancora un utilizzo domestico (detergente e sanificante oppure usato per sbiancare o smacchiare i capi di abbigliamento).


• Ipoclorito di Sodio: soluzione acquosa per usi industriali con contenuto dal 10% al 15% w/w di NaClO (pH da 12 a 13) e densità da 1,15 a 1,25 kg/dm³ a 20°C.La soluzione è ustionante e corrosiva. È usata su larga scala per la sanificazione e la disinfezione dell'acqua potabile ossia per la depurazione dell'acqua.

Idrossido di Sodio - NaOH _(aq)

A volte impropriamente chiamato idrato di Sodio, è una soluzione acquosa (alcalina) molto forte ed estremamente corrosiva con una densità da 1.13 kg/dm³ (soluzione al 12% w/w di NaOH) a 1.53 kg/dm³ (soluzione al 49.9% w/w di NaOH) a 18°C.

È denominato anche liscivia caustica o dei saponi: soluzione acquosa al 33% w/w di NaOH (in realtà può essere anche una soluzione acquosa al 33% w/w di KOH - potassa caustica) usata in passato come detergente per panni e ottenuta trattando con acqua bollente la cenere di legno (che contiene grandi quantità di carbonato di sodio e di potassio).

Attualmente l'idrossido di Sodio ha molteplici utilizzi.

• Nell'industria chimica: per la sintesi di coloranti, detergenti e saponi; nella fabbricazione della carta, nel trattamento delle fibre del cotone, nella produzione dell'ipoclorito di Sodio e per rigenerare le resine di scambio ionico per la demineralizzazione dell'acqua.


• Nel settore enologico: per la pulizia interna delle cisterne con residui di tartaro e per rimuovere residui oleosi ed il cattivo odore da taniche in plastica ed in acciaio inox;


• In elettronica: per la produzione di circuiti stampati mediante la fotoincisione (è indispensabile per rimuovere il photoresist impressionato dai raggi UV, in concentrazione di 7 kg/m³).