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Il ferro neutro ha configurazione [Ar] 3d⁶ 4s². Gli elettroni vengono rimossi prima dal livello 4s, che ha energia più alta, quindi Fe²⁺ diventa [Ar] 3d⁶. La sottrazione dal 3d invece che dal 4s è un errore comune ma non rispetta l'ordine di riempimento.
Lo zolfo in SF₄ ha cinque coppie elettroniche di valenza: quattro leganti e una coppia solitaria. La disposizione degli elettroni è bipiramidale trigonale, ma la coppia solitaria occupa una posizione equatoriale, dando una geometria molecolare a sedia oscillante.
L'ossido di alluminio reagisce sia con acidi forti formando sali di alluminio sia con basi forti formando alluminati, quindi è anfotero. Gli ossidi dei metalli alcalini e alcalino-terrosi sono basici, mentre quelli dei non metalli come lo zolfo sono acidi.
Le moli richieste sono 0,200 mol/L × 0,250 L = 0,0500 mol. Moltiplicando per la massa molare si ottiene 0,0500 × 58,44 = 2,92 g. Il calcolo richiede di convertire il volume in litri prima di applicare la molarità.
L'agente ossidante provoca l'ossidazione dell'altra specie acquistando elettroni, e proprio per questo subisce riduzione. La definizione si basa sul trasferimento elettronico, non sul trasferimento protonico tipico delle reazioni acido-base.
L'acido cloridrico è un acido forte che si dissocia completamente, quindi [H₃O⁺] = 1,0 × 10⁻³ M. Il pH è il logaritmo negativo di questa concentrazione, cioè 3,00.
L'energia di ionizzazione cresce lungo un periodo perché la carica nucleare efficace aumenta e il raggio atomico diminuisce. Il neon, gas nobile del secondo periodo, ha un ottetto completo e la maggiore energia di ionizzazione tra gli elementi elencati.
Il cloruro di sodio è formato da ioni Na⁺ e Cl⁻ tenuti insieme da attrazione elettrostatica in un reticolo cristallino. La grande differenza di elettronegatività tra sodio e cloro favorisce il trasferimento elettronico e la formazione di legami ionici.
Il potassio ha numero di ossidazione +1 e ciascun ossigeno −2, per un totale di −8 dai quattro ossigeni. Per garantire la neutralità della molecola, il manganese deve valere +7.
Un tampone richiede un acido debole e la sua base coniugata in concentrazioni comparabili. Acido acetico e acetato di sodio soddisfano questo requisito e resistono a variazioni di pH per aggiunta di acidi o basi.
Un aumento di pressione favorisce il lato con il minor numero di moli gassose. Poiché i reagenti hanno quattro moli e i prodotti due, l'equilibrio si sposta verso la formazione di ammoniaca.
Mg²⁺ ha 12 − 2 = 10 elettroni e O²⁻ ha 8 + 2 = 10 elettroni, quindi entrambi sono isoelettronici con il neon. L'isoelettronicità si verifica contando gli elettroni dopo aver applicato la carica ionica.
Il 2-butene ha un doppio legame tra carboni ciascuno legato a due gruppi diversi (H e CH₃), quindi esistono le forme cis e trans. Negli alcheni terminali uno dei carboni del doppio legame porta due atomi di idrogeno identici e l'isomeria geometrica non è possibile.
L'addizione di acqua al doppio legame segue la regola di Markovnikov: il protone si lega al carbonio con più idrogeni e l'ossidrile al carbonio più sostituito. Il intermedio carbocatione terziario è il più stabile, portando al 2-metil-2-propanolo.
Un catalizzatore offre un percorso alternativo con energia di attivazione inferiore, accelerando la reazione. Non modifica la termodinamica del processo, quindi né ΔH né la costante di equilibrio cambiano.
L'acetato di sodio deriva da acido debole e base forte: lo ione acetato idrolizza acquistando protoni e liberando ioni idrossido, rendendo basica la soluzione. I sali di acidi e basi forti restano neutri, mentre quelli di acido forte e base debole sono acidi.
Si sommano le masse atomiche: 40,08 per il calcio, 12,01 per il carbonio e 16,00 × 3 per i tre ossigeni. Il totale è 40,08 + 12,01 + 48,00 = 100,09 g/mol.
Le forze di dispersione di London aumentano con il numero di elettroni e la polarizzabilità, che crescono scendendo nel gruppo. Lo iodio molecolare, il più grande e polarizzabile, ha quindi il punto di ebollizione più alto tra gli alogeni.
L'elettrolisi dell'acqua è un processo elettrolitico in cui una corrente esterna impone una reazione redox non spontanea. Le pile e le celle a combustibile, invece, producono energia elettrica sfruttando reazioni spontanee.
Tra ioni isoelettronici con configurazione del neon, il raggio diminuisce all'aumentare della carica nucleare perché gli elettroni sono attratti più fortemente. Mg²⁺ ha la carica nucleare efficace maggiore tra gli ioni del terzo periodo elencati, quindi il raggio più piccolo.
Il numero di Avogadro vale circa 6,022 × 10²³ per mole e indica quante entità elementari (atomi, molecole, ioni) sono contenute in una mole di sostanza. È il fattore di conversione tra moli e numero di particelle.
L'azoto in NH₄⁺ ha quattro legami e nessuna coppia solitaria, perché il doppietto viene impegnato nel legame con il quarto idrogeno. Quattro coppie leganti si dispongono in modo tetraedrico, quindi geometria elettronica e molecolare coincidono.
Polverizzare il solido aumenta la superficie di contatto disponibile per le collisioni con le particelle in soluzione, accelerando la reazione eterogenea. La velocità dipende dall'area interfacciale, non solo dalla concentrazione.
Dividendo le percentuali per le masse atomiche si ottiene 3,33 mol di C, 6,7 mol di H e 3,33 mol di O. Rapportando al valore minore si ottiene il rapporto 1:2:1, cioè CH₂O.
L'acido nitrico è un ossoacido con elevata costante di dissociazione e si dissocia completamente in acqua. Acido acetico, acido carbonico e acido fluoridrico sono acidi deboli con dissociazione parziale.
Per un orbitale 3d, il numero quantico principale n è 3 e il numero quantico angolare l vale 2 (le lettere s, p, d, f corrispondono a l = 0, 1, 2, 3). Il valore di m_l può essere qualsiasi intero tra -l e +l, quindi 0 è ammesso, e m_s può essere +1/2 o -1/2. Solo la combinazione con n = 3 e l = 2 rispetta questi vincoli.
Nella CO₂ l'atomo centrale di carbonio forma due legami doppi con ossigeno e non ha coppie solitarie, quindi la disposizione elettronica è lineare e la geometria molecolare è lineare (angolo di 180°). Le altre molecole presentano coppie solitarie sull'atomo centrale che deviano la geometria dalla linearità.
Dal pH si ricava [H⁺] = 10⁻²·⁸⁷ ≈ 1,35 × 10⁻³ M. Poiché l'acido acetico è un acido debole, all'equilibrio [H⁺] ≈ [CH₃COO⁻] e [CH₃COOH] ≈ 0,10 M. Sostituendo in Ka = [H⁺][CH₃COO⁻]/[CH₃COOH] si ottiene Ka ≈ (1,35 × 10⁻³)² / 0,10 ≈ 1,8 × 10⁻⁵.
Nello ione permanganato il manganese ha numero di ossidazione +7 e nei prodotti è Mn²⁺, quindi si riduce acquistando elettroni. Nell'acqua ossigenata l'ossigeno ha numero di ossidazione -1 e nel gas O₂ è 0, quindi si ossida cedendo elettroni. La reazione è una disproporzione dell'ossigeno accoppiata alla riduzione del manganese.
La legge cinetica è v = k[NO]²[O₂]. Sostituendo [NO]' = 2[NO] e [O₂]' = 0,5[O₂] si ottiene v' = k(2[NO])²(0,5[O₂]) = k·4[NO]²·0,5[O₂] = 2k[NO]²[O₂] = 2v. Quindi la velocità raddoppia, non si quadruplica: il fattore 4 dovuto a NO viene dimezzato dalla diminuzione di O₂.
Nell'etino ogni carbonio è legato a un solo atomo di idrogeno e all'altro carbonio mediante un triplo legame, formato da un legame sigma e due legami pi greco. Per formare questa geometria lineare il carbonio usa orbitali ibridi sp, lasciando due orbitali p non ibridati per i legami pi greco. L'angolo di legame H-C-C risulta quindi di 180 gradi.
Il 2-metilbutano ha una catena principale di quattro atomi di carbonio con un gruppo metilico legato al carbonio 2, quindi presenta una ramificazione. La desinenza -ano conferma che si tratta di un alcano saturo. Gli altri composti contengono rispettivamente un ossidrile, un doppio legame o un anello.
La catena contiene tre atomi di carbonio e un gruppo ossidrile legato al carbonio terminale, quindi il carbonio 1. Il nome corretto è propan-1-olo, dove il suffisso -olo indica l'alcol e il numero 1 la posizione dell'ossidrile. Un alcol con l'ossidrile sul carbonio centrale sarebbe il propan-2-olo.
Il gruppo aldeidico ha la struttura -CHO, in cui il carbonio carbonilico è legato a un idrogeno e a un gruppo organico. Questa caratteristica lo distingue dal gruppo chetonico, dove il carbonio carbonilico è legato a due atomi di carbonio. L'ossidazione dell'aldeide produce l'acido carbossilico corrispondente.
Il benzene è il capostipite degli idrocarburi aromatici: è un anello esagonale con sei elettroni pi greco delocalizzati che conferiscono stabilità particolare. La sua formula è C6H6 e presenta legami con lunghezza intermedia tra singolo e doppio. Gli altri composti citati sono saturi o alcheni non aromatici.
Il doppio legame è ricco di elettroni e si comporta come nucleofilo, attaccando quindi una specie elettrofila carente di elettroni. Si forma così un intermedio carbocationico che viene poi catturato dal nucleofilo. Questo meccanismo spiega, per esempio, l'addizione di HBr agli alcheni.
I gruppi alchilici sono elettron-donatori per effetto induttivo e iperconiugativo, quindi aumentano la densità elettronica dell'anello e lo rendono più reattivo. Essi stabilizzano gli intermedi carbocationici in posizione orto e para, orientando la sostituzione verso queste posizioni. Il toluene, per esempio, nitra più facilmente del benzene.
Un alcol primario si ossida prima ad aldeide, che in presenza di ossidante in eccesso e acqua viene ulteriormente ossidata ad acido carbossilico. Per fermarsi all'aldeide occorre distillare il prodotto o usare ossidanti blandi come il PCC. Gli alcoli secondari danno invece chetoni.
Il 2-clorobutano ha un carbonio centrale legato a quattro gruppi diversi: idrogeno, cloro, metile ed etile. Questo carbonio è quindi stereocentro e la molecola esiste come due enantiomeri. Le altre molecole citate possiedono piani di simmetria o carboni con gruppi identici.
Gli enantiomeri hanno proprietà fisiche identiche in un ambiente achirale, compreso il punto di fusione, ma ruotano il piano della luce polarizzata in direzioni opposte. Il potere rotatorio specifico ha quindi lo stesso valore assoluto ma segno contrario. Essi differiscono anche nel comportamento verso reagenti chirali.
Un alogenuro terziario è molto ingombrato e non può essere attaccato dal nucleofilo dal lato opposto, quindi la via SN2 è sfavorita. In solvente polare protico, che stabilizza i carbocationi, la reazione procede per SN1 con formazione di un carbocatione terziario e successiva cattura del nucleofilo. Il risultato è spesso una miscela di stereoisomeri.
La disidratazione acida di un alcol terziario procede attraverso un carbocatione e segue la regola di Zaitsev, secondo cui è favorito l'alchene più sostituito. Tra il 2-metilbut-1-ene e il 2-metilbut-2-ene, il secondo ha tre gruppi alchilici sul doppio legame ed è quindi il prodotto principale. Il 2-metilbut-2-ene è anche più stabile per iperconiugazione.
La miscela solfonitrica genera lo ione nitronio NO2+, che è la specie elettrofila che attacca l'anello aromatico. L'acido solforico protona l'acido nitrico, che perde acqua formando NO2+. L'attacco porta all'intermedio arenio e poi al nitroderivato.
Il cloruro di tionile sostituisce il gruppo ossidrilico dell'acido carbossilico con un cloro, producendo il cloruro acilico insieme a SO2 e HCl gassosi. Gli altri reattivi non introducono il cloro: la soda dà il sale, il sodio dà reazioni di riduzione e l'etanolo dà esterificazione.
I reattivi di Grignard (RMgX) sono nucleofili forti e devono essere preparati e usati in solventi aprotici anidri come l'etere, perché l'acqua li idrolizza. L'attacco su un'aldeide forma un alcol secondario con un nuovo legame carbonio-carbonio. Questa è una delle principali vie di allungamento della catena carboniosa.
LiAlH4 è un idruro forte che riduce il gruppo carbonilico delle aldeidi ad alcol primario, aggiungendo idrogeno al carbonio carbonilico e all'ossigeno. Il chetone corrispondente verrebbe ridotto ad alcol secondario. L'idrolisi finale libera l'alcol dall'alcossido intermedio.
La reazione tra un acido carbossilico e un alcol in ambiente acido è un'esterificazione di Fischer, che porta all'estere corrispondente e acqua. Con acido etanoico ed etanolo si forma l'etanoato di etile. La reazione è reversibile e la resa si migliora rimuovendo l'acqua.
La riduzione completa del gruppo nitrile con LiAlH4 aggiunge quattro equivalenti di idrogeno e produce un'ammina primaria, R-CH2-NH2. La riduzione parziale controllata può invece fermarsi all'immina, che idrolizza ad aldeide. La riduzione completa è una via comune per preparare ammine primarie.
Nel fenolo la carica negativa dello ione fenossido è delocalizzata per risonanza nell'anello aromatico, stabilizzando la base coniugata. Negli alcoli alifatici la carica resta localizzata sull'ossigeno. Per questo il fenolo ha un pKa di circa 10, molto inferiore a quello degli alcoli alifatici, intorno a 16.
Il but-2-ene ha un doppio legame interno con ciascun carbonio legato a due gruppi diversi, quindi presenta isomeria geometrica cis-trans. La decolorazione dell'acqua di bromo conferma la presenza di un doppio legame. Il but-1-ene ha il doppio legame terminale e non ha isomeri cis-trans.