# Laboratorio di chimica in casa/Plastiche

Laboratorio di chimica in casa
Copertina Tutti i moduli · Sviluppo

## Primi passi

* Il laboratorioLaboratorio di chimica in casa/Il laboratorio
* Dove reperire le sostanze chimicheLaboratorio di chimica in casa/Dove reperire le sostanze chimiche
* StrumentazioneLaboratorio di chimica in casa/Strumentazione
* SicurezzaLaboratorio di chimica in casa/Sicurezza
* Il metodo del chimicoLaboratorio di chimica in casa/Il metodo del chimico
* Pulizia del laboratorioLaboratorio di chimica in casa/Pulizia del laboratorio

## Nozioni teoriche

* La costituzione della materiaLaboratorio di chimica in casa/La costituzione della materia
* La struttura degli atomiLaboratorio di chimica in casa/La struttura degli atomi
* La configurazione elettronicaLaboratorio di chimica in casa/La configurazione elettronica
* Le leggi di combinazione degli elementiLaboratorio di chimica in casa/Le leggi di combinazione degli elementi
* L'elettronegativitàLaboratorio di chimica in casa/L'elettronegatività
* La nomenclatura chimicaLaboratorio di chimica in casa/La nomenclatura chimica
* Le equazioni di reazioneLaboratorio di chimica in casa/Le equazioni di reazione
* Alcuni tipi di reazione chimica
* La concentrazione delle soluzioniLaboratorio di chimica in casa/La concentrazione delle soluzioni
* La forma delle molecoleLaboratorio di chimica in casa/La forma delle molecole
* I legami chimiciLaboratorio di chimica in casa/I legami chimici
* Gli stati di aggregazione della materia
* L'equilibrio chimico
* Acidi e basi

## Strumenti utili

* Risorse in reteLaboratorio di chimica in casa/Risorse in rete
* BibliotecaLaboratorio di chimica in casa/Biblioteca
* Programmi per computer
* Tavola periodica degli elementiLaboratorio di chimica in casa/Tavola periodica degli elementi
Sostanze semplici:
* Cloruro di sodioLaboratorio di chimica in casa/Cloruro di sodio
* Nitrato di potassio
* Solfato rameicoLaboratorio di chimica in casa/Solfato rameico
* Carbonato di calcio
* Bicarbonato di sodio
* Solfato di calcio
* Ossido di calcio
* Idrossido di calcio
* Ossido piombico
* Ruggine
Sostanze versatili:
* AcquaLaboratorio di chimica in casa/Acqua
* Acido solforicoLaboratorio di chimica in casa/Acido solforico
* Acido cloridricoLaboratorio di chimica in casa/Acido cloridrico
* Idrossido di sodioLaboratorio di chimica in casa/Idrossido di sodio
* Perossido di idrogenoLaboratorio di chimica in casa/Perossido di idrogeno
* Ipoclorito di sodioLaboratorio di chimica in casa/Ipoclorito di sodio
* AmmoniacaLaboratorio di chimica in casa/Ammoniaca
* Acido fosforico
Sali di ammonio:
* Bisolfato di ammonio
* Solfuro di ammonio
* Bisolfuro di ammonio
* Carbonato di ammonio
* Bicarbonato di ammonio
Sali di sodio:
* Ossido di sodioLaboratorio di chimica in casa/Ossido di sodio
* Solfato di sodioLaboratorio di chimica in casa/Solfato di sodio
* Nitrato di sodio
* Nitrito di sodioLaboratorio di chimica in casa/Nitrito di sodio
* Solfuro di sodioLaboratorio di chimica in casa/Solfuro di sodio
* Idrogenosolfuro di sodio
* Polisolfuri di sodio
Sali di ferro:
* Ossido ferrosoLaboratorio di chimica in casa/Ossido ferroso
* Ossido ferricoLaboratorio di chimica in casa/Ossido ferrico
* Idrossido ferrosoLaboratorio di chimica in casa/Idrossido ferroso
* Idrossido ferricoLaboratorio di chimica in casa/Idrossido ferrico
* Cloruro ferrosoLaboratorio di chimica in casa/Cloruro ferroso
* Cloruro ferricoLaboratorio di chimica in casa/Cloruro ferrico
* Solfato ferrosoLaboratorio di chimica in casa/Solfato ferroso
* Solfato ferricoLaboratorio di chimica in casa/Solfato ferrico
* Nitrato ferrico
* Solfuro ferrosoLaboratorio di chimica in casa/Solfuro ferroso
* Solfuro ferrico
* Carbonato ferroso
* Carbonato ferrico
Sali di rame:
* Ossido rameosoLaboratorio di chimica in casa/Ossido rameoso
* Ossido rameicoLaboratorio di chimica in casa/Ossido rameico
* Idrossido rameicoLaboratorio di chimica in casa/Idrossido rameico
* Idrossido di tetraamminorameLaboratorio di chimica in casa/Idrossido di tetraamminorame
* Cloruro rameosoLaboratorio di chimica in casa/Cloruro rameoso
* Cloruro rameicoLaboratorio di chimica in casa/Cloruro rameico
* Nitrato rameicoLaboratorio di chimica in casa/Nitrato rameico
* Solfuro rameoso
* Solfuro rameico
* Carbonato rameicoLaboratorio di chimica in casa/Carbonato rameico
Sali di alluminio:
* Ossido di alluminioLaboratorio di chimica in casa/Ossido di alluminio
* Idrossido di alluminioLaboratorio di chimica in casa/Idrossido di alluminio
* Cloruro di alluminioLaboratorio di chimica in casa/Cloruro di alluminio
* Solfato di alluminio
* Nitrato di alluminio
* Solfuro di alluminioLaboratorio di chimica in casa/Solfuro di alluminio
* Carbonato di alluminio
Sali di stagno:
* Ossido stannoso
* Ossido stannicoLaboratorio di chimica in casa/Ossido stannico
* Idrossido stannosoLaboratorio di chimica in casa/Idrossido stannoso
* Cloruro stannosoLaboratorio di chimica in casa/Cloruro stannoso
* Cloruro stannicoLaboratorio di chimica in casa/Cloruro stannico
* Solfato stannoso
* Nitrato stannoso
* Solfuro stannoso
* Carbonato stannoso
Sali di piombo:
* Ossido piomboso
* Idrossido piombosoLaboratorio di chimica in casa/Idrossido piomboso
* Cloruro piombosoLaboratorio di chimica in casa/Cloruro piomboso
* Solfato piombosoLaboratorio di chimica in casa/Solfato piomboso
* Nitrato piomboso
* Solfuro piombosoLaboratorio di chimica in casa/Solfuro piomboso
* Carbonato piomboso
Nonmetalli
* Monossido di carbonio
* Anidride carbonicaLaboratorio di chimica in casa/Anidride carbonica
* Tetracloruro di carbonio
* Disolfuro di carbonio
* Anidride solforosaLaboratorio di chimica in casa/Anidride solforosa
* Anidride solforica
* Dicloruro di zolfo
* Dicloruro di dizolfo
* Idrazina
* Protossido di azotoLaboratorio di chimica in casa/Protossido di azoto
* Monossido di azoto
* Anidride nitrosa
* Diossido di azotoLaboratorio di chimica in casa/Diossido di azoto
* Anidride nitrica
* Cloruro di nitrosile
* Acido iodidricoLaboratorio di chimica in casa/Acido iodidrico
* Metanolo
* EtanoloLaboratorio di chimica in casa/Etanolo
* Naftalene
* TolueneLaboratorio di chimica in casa/Toluene
* Polietilene
* Polietilene tereftalato
* Polistirene
* AcetoneLaboratorio di chimica in casa/Acetone
* Acido acetilsalicilico
* Acetato di polivinile
* Polimetilmetacrilato
* Polimetilcianoacrilato
* Perossido di benzoile
* Stearina
* Stearato di sodio
* SaccarosioLaboratorio di chimica in casa/Saccarosio
* Acido ascorbico
* Glicerolo
* Metano
* Propano
* Butano
* Esano
* Tricloroetilene
* VanillinaLaboratorio di chimica in casa/Vanillina
* Fruttosio
* Xilitolo
* Acido oleico
* Acido linoleico
* Acido linolenico
* Acido stearico
* Glicole etilenico
* Acido salicilico
* Benzalacetone
* Dibenzalacetone
* Diacetone alcol
* Dietil etere
* CloroformioLaboratorio di chimica in casa/Cloroformio
* Acido formico
* Benzaldeide
* Nitronaftalene
* o-Nitrotoluene
* p-Nitrotoluene
* o-Toluidina
* p-Toluidina
* Alcol benzilico
* Benzaldeide
* Solfato di idrazonioLaboratorio di chimica in casa/Solfato di idrazonio
* Acido monocloroacetico
* Acido dicloroacetico
* Acido tricloroacetico
* Benzoino
* 3,4-difenil-2-ciclopentenone
* Piperidina

## Specifiche

* Metodi di cattura dei gasLaboratorio di chimica in casa/Metodi di cattura dei gas
* Smontare una batteria
* Smontare una pila a secco
* Estrazione dell'acido acetico dall'acetoLaboratorio di chimica in casa/Estrazione dell'acido acetico dall'aceto
* Estrazione del cromo dall'acciaio inoxLaboratorio di chimica in casa/Estrazione del cromo dall'acciaio inox
* Purificazione dell'alcol denaturatoLaboratorio di chimica in casa/Purificazione dell'alcol denaturato
* Test del biuretoLaboratorio di chimica in casa/Test del biureto

## Generali

* Saponificazione
* Distillazione
* FiltrazioneLaboratorio di chimica in casa/Filtrazione
* CromatografiaLaboratorio di chimica in casa/Cromatografia
* EstrazioneLaboratorio di chimica in casa/Estrazione
* Purificazione dei solidi
* Purificazione dei liquidi
* Purificazione dei gas
* CapsaicinaLaboratorio di chimica in casa/Capsaicina
* Carotene
* Licopene
* ClorofillaLaboratorio di chimica in casa/Clorofilla
* Antociani
* PiperinaLaboratorio di chimica in casa/Piperina
* Acido tannicoLaboratorio di chimica in casa/Acido tannico
* Juglone
* Trimiristina
* DistillatoreLaboratorio di chimica in casa/Distillatore
* LavandaLaboratorio di chimica in casa/Lavanda
* IdrogenoLaboratorio di chimica in casa/Idrogeno
* Elio
* LitioLaboratorio di chimica in casa/Litio
* Berillio
* Boro
* Carbonio
* Azoto
* OssigenoLaboratorio di chimica in casa/Ossigeno
* Fluoro
* Neon
* Sodio
* Magnesio
* Alluminio
* Carbonio
* Fosforo
* Zolfo
* CloroLaboratorio di chimica in casa/Cloro
* Argon
* Cromo
* Ferro
* Rame
* Stagno
* BromoLaboratorio di chimica in casa/Bromo
* Piombo
* IodioLaboratorio di chimica in casa/Iodio
* Apparecchio di KippLaboratorio di chimica in casa/Apparecchio di Kipp
* Bottiglia per gasLaboratorio di chimica in casa/Bottiglia per gas
* Pompa per filtrazioniLaboratorio di chimica in casa/Pompa per filtrazioni
* Apparecchio per l'anidride solforosa
* Alambicco
* CentrifugaLaboratorio di chimica in casa/Centrifuga
* Apparecchio per il punto di fusioneLaboratorio di chimica in casa/Apparecchio per il punto di fusione
* Spettrometro ad emissione atomicaLaboratorio di chimica in casa/Spettrometro ad emissione atomica

## Nozioni teoriche

* Densità
* Elettrolisi
* Legge di NernstLaboratorio di chimica in casa/Legge di Nernst
* Leggi dei gas
* Legge di BernoulliLaboratorio di chimica in casa/Legge di Bernoulli

## Articoli

* DetergentiLaboratorio di chimica in casa/Detergenti
* Leghe
* PlasticheLaboratorio di chimica in casa/Plastiche
* Colle
* Additivi alimentari
* Elenco degli strumenti
* Elenco delle reazioniLaboratorio di chimica in casa/Elenco delle reazioni
* Pesi molecolariLaboratorio di chimica in casa/Pesi molecolari
* Costanti di dissociazioneLaboratorio di chimica in casa/Costanti di dissociazione
* Costanti universaliLaboratorio di chimica in casa/Costanti universali
* Equazioni
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## Definizioni utili

I polimeri sono macromolecole formate da unità ripetitive legate insieme mediante legami covalenti ed aventi pesi molecolari che vanno da 10000 a 100000 g/mol.
I polimeri vengono sintetizzati partendo da molecole organiche dette monomeri, esse devono potersi legare alle loro estremità una con l'altra mediante legami covalenti perciò presentare almeno due siti reattivi. Se i monomeri presentano più di due siti reattivi allora formeranno dei polimeri ramificati o reticolati.
La unità ripetitiva è una porzione di macromolecola che si ripete e che deriva dai monomeri di partenza, essa non è sempre uguale al monomero da cui deriva.
Se i polimeri sono sintetizzati da un singolo monomero allora essi si chiameranno omopolimeri, altrimenti si chiameranno copolimeri.
Per ogni tipo di sintesi di ogni polimero le catene avranno lunghezze diverse, per questo motivo si parla di peso molecolare medio e grado di polimerizzazione medio che indica in media quante unità ripetitive sono presenti nelle catene del polimero. Molte proprietà macroscopiche del polimero dipendono dal suo peso molecolare.

## Tecniche di polimerizzazione
### Polimerizzazione a stadi o condensazione

Si devono avere monomeri puri con almeno 2 dei seguenti gruppi funzionali:
* COOH (carbossile)
* OH (idrossile)
* NH$_2$ (ammino)
* NCO (isocianato)
Durante la polimerizzazione si formeranno prima i dimeri, poi i trimeri e così via fino al polimero. Questa polimerizzazione ha una cinetica lenta e graduale

#### poliuretani

Si parte da un diisocianato(rosso) ed un diolo(verde), questi reagendo producono come scarto una molecola d'acqua per ogni legame covalente formato.

#### poliammidi

Si parte da una diammina(blu) ed un acido dicarbossilico(rosso), questi reagendo producono come scarto una molecola d'acqua per ogni legame covalente formato.

#### poliesteri

Si parte da un dialcol(blu) ed un acido dicarbossilico(rosso), questi reagendo producono come scarto una molecola d'acqua per ogni legame covalente formato.

#### Cinetica della polimerizzazione a stadi

Assumiamo che la lunghezza della catena non influisca la costante cinetica, ed inoltre la reazione di formazione di un poliestere sia bimolecolare
$-{d[COOH] \over dt}=k[COOH][OH]$
se $[COOH]=[OH]=c$
allora $-{dc \over dt}=kc^{2}$.
perciò ${1 \over c}-{1 \over c_{0}}=k\vartriangle t$
Sfruttando l'equazione di Carothers otteniamo
${1 \over c_{0}}({\bar {x}}-1)=k\vartriangle t$
da cui
${\bar {x}}=1+k\ c_{0}\vartriangle t$
Graficando il grado di avanzamento medio in funzione del tempo otteniamo una retta passante per 1 e con una pendenza costante.

#### Tecniche di polimerizzazione
##### In massa

La reazione avviene in autoclave sottovuoto (per eliminare l'acqua prodotta) unendo catalizzatore, monomeri e riscaldando. Reagendo la massa diventa sempre più viscosa e la temperatura perciò deve aumentare per garantire la giusta fluidità durante la reazione.

##### In soluzione

I monomeri vengono solubilizzati in un opportuno solvente (deve essere in grado di solubilizzare anche il polimero prodotto) e la reazione avviene a T ambiente. Al termine della polimerizzazione il solvente viene opportunamente allontanato dal polimero.

##### Interfacciale

Due fasi immiscibili fra loro di solventi che contengono i due monomeri vengono messe a contatto. All'interfaccia i monomeri reagiscono formando una pellicola solida insolubile di polimero che può essere afferrata ed allontanata. Durante il prelievo della pellicola si lascia libera l'interfaccia che è in grado di formare nuovamente altro polimero ottenendo un lungo filamento. Questa tecnica viene usata principalmente per le poliammidi come il nylon 6-6 e il nylon 6-10.

### Polimerizzazione a catena o addizione

Si devono avere monomeri vinilici; fin da subito si formano catene molto lunghe e non si ha eliminazione di sottoprodotti. La reazione avviene in tre stadi:
* inizio
* propagazione
* terminazione
A seconda del tipo di iniziatore introdotto durante la reazione si avranno 3 tipi di meccanismi:
* radicalico
* anionico
* cationico
Gli iniziatori sono molecole instabili che si scindono in modo omolitico o eterolitico se sottoposti a particolari stimoli (termico, luminoso,redox). Un parametro molto importante che caratterizza iniziatori dello stesso tipo è l'efficienza f, essa esprime il rapporto fra i radicali che reagiscono con il monomero e il numero di radicali prodotti. 0,3< f <0,8
| POLIMERIZZAZIONE | INIZIATORE | SOSTITUENTE SUL MONOMERO |
| Anionica | Nucleofilo | elettron attrattore |
| Cationica | Elettrofilo | elettron donatore |
| Radicalica | Radicale | indifferente |

#### Cinetica della polimerizzazione a catena
##### Inizio

${\ce {I ->[kd] 2R.}}$ ${\ce {R.\ +\ M->[ki]RM.}}$
la velocità di reazione sarà $v_{i}=2\ kd\ [I]\ f$

##### propagazione

${\ce {RM._{n}\ +\ M->[kp]RM._{n}_{+}_{1}}}$
la velocità di reazione si assume indipendente dalla lunghezza del macroradicale in crescita $v_{p}=kp\ [M.]\ [M]$

##### Terminazione

la terminazione può avvenire in due modi: per disproporzione e per combinazione
${\ce {RM._{n}\ +\ RM._{m}->[kt]RM_{n}M_{m}R}}$ combinazione
${\ce {RM._{n}\ +\ RM._{m}->[kt]RM_{n}\ \ \ M_{m}R}}$ disproporzione
assumiamo i moduli delle velocità dei due meccanismi identici perciò $v_{t}=2\ kt\ [M.]^{2}$
se assumiamo l'ipotesi dello stato stazionario otteniamo una singola equazione per la cinetica dell'intera polimerizzazione
$[M.]=cost$ percio $v_{i}=v_{t}$ da cui $[M.]={\sqrt {{kd \over kt}\ [I]\ f}}$
$v_{p}=k_{p}\ [M]{\sqrt {{kd \over kt}\ [I]\ f}}$

#### tecniche di polimerizzazione
##### In sospensione

l'iniziatore solubile nel monomero ed il monomero vengono messi in forte agitazione in acqua, si formano tante goccioline contenenti monomero e iniziatore che si comporteranno come tanti piccoli reattori dove partirà la reazione. Per tenere le gocce separate si usa un agente disperdente( talco).

##### In emulsione

L'iniziatore solubile in acqua viene aggiunto insieme ad un tensioattivo che permette al monomero aggiunto successivamente di creare un emulsione. L'iniziatore presente in acqua comincerà ad entrare nelle micelle di monomero ed avviare la reazione.

## Copolimerizzazione

Questa reazione parte da due monomeri diversi e produce dei polimeri con proprietà che dipendono dal rapporto delle due unità ripetitive presenti in catena e dalla distribuzione di tali unità. I copolimeri e le miscele di polimeri sono diversi, le tipologie di copolimeri sono essenzialmente tre:
* statistici o random
* a blocchi
* a innesto
I copolimeri random hanno proprietà intermedie tra i due omopolimeri formati dai monomeri puri di partenza, mentre i copolimeri a blocchi hanno le stesse proprietà dei due omopolimeri presenti nello stesso materiale.

### cinetica della copolimerizzazione radicalica

Per semplificare lo studio cinetico si opta per un meccanismo radicalico simile al meccanismo a catena.

#### inizio

step cineticamente poco rilevante
${\ce {R.\ +\ M_{1}->[ki]RM._{1}}}$
${\ce {R.\ +\ M_{2}->[ki]RM._{2}}}$

#### propagazione

step cineticamente rilevante, si ipotizza che la reattività dei macroradicali in formazione sia indipendente dalla loro lunghezza.
$\sim \sim M\cdot _{1}\ +\ M_{1}\ {\xrightarrow {k11}}\sim \sim M\cdot _{1}$
$\sim \sim M\cdot _{1}\ +\ M_{2}\ {\xrightarrow {k12}}\sim \sim M\cdot _{2}$
$\sim \sim M\cdot _{2}\ +\ M_{1}\ {\xrightarrow {k21}}\sim \sim M\cdot _{1}$
$\sim \sim M\cdot _{2}\ +\ M_{2}\ {\xrightarrow {k22}}\sim \sim M\cdot _{2}$
k11 e k22 sono costanti di autopropagazione
k12 e k21 sono costanti incrociate
$-{d[M_{1}] \over dt}=k_{11}[M_{1}][M\cdot _{1}]+k_{21}[M_{1}][M\cdot _{2}]$
$-{d[M_{2}] \over dt}=k_{22}[M_{2}][M\cdot _{2}]+k_{12}[M_{2}][M\cdot _{1}]$
perciò
$-{d[M_{1}] \over d[M_{2}]}={M_{1} \over M_{2}}{{k_{11}[M\cdot _{1}]+k_{21}[M\cdot _{2}]} \over {k_{22}[M\cdot _{2}]+k_{12}[M\cdot _{1}]}}$
assumiamo lo stato stazionario ovvero l'uguaglianza del modulo delle velocità di formazione e scomparsa dei macroradicali
${d[M\cdot _{1}] \over dt}=k_{21}[M_{1}][M\cdot _{2}]=-{d[M\cdot _{1}] \over dt}=k_{12}[M_{2}][M\cdot _{1}]$
quindi
${[M_{1}] \over [M_{2}]}={{k_{21}[M_{1}]} \over {k_{12}[M_{2}]}}$
se sostituiamo quest'ultima equazione nell'equazione 3 otteniamo l'equazione della composizione istantanea del copolimero
${d[M_{1}] \over d[M_{2}]}={M_{1} \over M_{2}}{{r_{1}[M_{1}]+[M_{2}]} \over {r_{2}[M_{2}]+[M_{1}]}}$
r$_1$ ed r$_2$ sono i rapporti di reattività, essi indicano quanto un monomero preferisce reagire con se stesso piuttosto che reagire con un altro monomero $r_{1}={k_{11} \over k_{12}}$ $r_{2}={k_{22} \over k_{21}}$
Questa equazione è molto importante perché indica la composizione del copolimero secondo la cinetica di reazione, essa infatti cambia istante per istante e non dipende solo dai rapporti iniziali dei monomeri.

#### terminazione

step cineticamente irrilevante.
Si può schematizzare ogni possibile caso usando dei diagrammi che presentano la frazione molare del copolimero F$_1$ rispetto ad un monomero in funzione della frazione molare del monomero f$_1$ stesso; il tipo di meccanismo influisce sulla forma del grafico.

## Polimerizzazione stereospecifica di Ziegler-Natta

La microstruttura di un polimero ne influenza profondamente le proprietà, la microstruttura si differenzia in base a:
* costituzione: natura chimica del legame
* conformazione: disposizione spaziale della catena
* configurazione: riferita ai carboni chirali, in particolare potremo avere tre principali tipologie di polimero:
* isotattico: le configurazioni dei carboni della catena sono tutte uguali
* sindiotattico: le configurazioni dei carboni della catena sono alternate
* atattico: le configurazioni dei carboni sulla catena sono casuali
Polimeri come la gomma naturale presentano una regolarità nella struttura dovuta a biosintesi complesse che garantiscono quindi particolari proprietà al prodotto.
Un meccanismo sintetico molto utile a garantire una regolarità configurazionale dei polimeri è la polimerizzazione Ziegler-Natta; essa consiste in una polimerizzazione di addizione ionica catalizzata da un acido di Lewis (TICl$_3$ in forma α con struttura ottaedrica) ed un iniziatore(AlEt$_3$).
Il legame tra Ti-Et è debole e questa proprietà viene sfruttata per iniziare la reazione, inoltre regolando la temperatura si possono ottenere prodotti differenti(alta T → isotattico, bassa T → sindiotattico)
Il polimero più famoso prodotto con questa tecnica è il polipropilene isotattico. Un'altra applicazione importante di questa tecnica si riscontra nella produzione di polietilene non ramificato.