QUIZ BREVE - REGIONALI CATEGORIA C

La distillazione in corrente di vapore di xilene è una tecnica utilizzata per determinare la quantità di acqua in una sostanza come il burro. La procedura coinvolge l'uso di xilene (un solvente organico) e la generazione di vapore attraverso il riscaldamento. Ecco come funziona il processo:

1. Formazione del vapore di xilene: Il burro viene riscaldato in un sistema chiuso in presenza di xilene. Lo xilene evapora formando un vapore.

2. Trascinamento dell'acqua: Poiché lo xilene è volatile, si trasforma in vapore e trascina con sé altre sostanze volatili presenti nel burro, compresa l'acqua. Questo avviene perché i vapori di xilene sono in grado di "trasportare via" con sé le molecole d'acqua presenti nella miscela.

3. Condensazione e separazione: Il vapore contenente xilene e acqua viene poi fatto passare attraverso un condensatore, dove si raffredda. Lo xilene e l'acqua si condensano di nuovo in liquido. Tuttavia, poiché lo xilene e l'acqua sono immiscibili, si formano due strati distinti. L'acqua si separa dallo xilene.

4. Misurazione dell'acqua separata: Dopo la separazione, è possibile misurare la quantità di acqua raccolta, permettendo così di determinare la quantità di acqua originariamente presente nel burro.

In questo processo, la distillazione in corrente di vapore di xilene è efficace perché lo xilene è un solvente organico che può formare una fase separata dall'acqua. I vapori di xilene, generati per mezzo del riscaldamento, agiscono come "trasportatori" per l'acqua, consentendo la sua separazione e successiva misurazione. Questo metodo è particolarmente utile quando è necessario determinare la quantità di acqua in campioni che contengono altre sostanze non volatili.

La risposta corretta è la A ("CH₃CO₃H, poi OH^-") perché utilizzando acido perossiacetico o acido metacloroperossibenzoico (mCPBA), si ottiene inizialmente l'epossidazione del cicloesene. Successivamente, l'idrolisi dell'epossido in condizioni acide o basiche con l'aggiunta di un nucleofilo come l'OH^- permette la formazione del trans-cicloesan-1,2-diolo.

La reazione di epoxidazione con acido perossiacetico (CH₃CO₃H) o acido metacloroperossibenzoico (mCPBA) è selettiva per formare l'epossido, mantenendo la configurazione cis/trans del legame presente nel cicloesene.

Le altre opzioni, come l'utilizzo di OsO₄ (opzione B) o KMnO₄ neutro (opzione D), portano alla formazione del diolo con una configurazione cis anziché trans, non corrispondente alla richiesta.

Inoltre, l'opzione C (K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄) non è appropriata in quanto questa miscela ossidante non agisce sul doppio legame del cicloesene ma tende ad ossidare gli alcoli e le aldeidi, non portando alla formazione del diolo richiesto.

Quindi, la via migliore per ottenere il trans-cicloesan-1,2-diolo da cicloesene è utilizzare inizialmente un agente di epoxidazione come CH₃CO₃H o mCPBA, seguito dall'idrolisi dell'epossido ottenuto con un nucleofilo come l'OH^- in condizioni acide o basiche.

La molecola sottoposta a reazione con due equivalenti di H₂ può presentare due doppi legami o un triplo legame (l'opzione D è esclusa). Nella combustione, la molecola produce 5 equivalenti di CO₂, indicando la presenza di 5 atomi di carbonio (l'opzione B è esclusa). Inoltre, la combustione genera 4 equivalenti di H₂O, indicando la presenza di 8 atomi di idrogeno.

La molecola A è esclusa poiché ha solo 6 idrogeni. La molecola C, con 8 idrogeni, 5 carboni e un triplo legame, soddisfa tutti i requisiti. Quindi, la molecola cercata è la C (Risposta C).

La domanda riguarda la variazione del pH di una soluzione tampone contenente acido acetico (CH₃COOH) e acetato di sodio (CH₃COONa) alla concentrazione di 1,00 M, quando si aggiungono 0,100 mol di acido cloridrico (HCl) gassoso a 1,00 dm³ della soluzione.

Inizialmente, il sistema tampone è composto da acido acetico e acetato di sodio, entrambi in equilibrio secondo l'equazione:

CH₃COOH ⇌ CH₃COO^- + H⁺

Il pH di una soluzione tampone può essere calcolato utilizzando la relazione:

pH = pK_a + log([A^-]/[HA])

Nel caso del sistema acido acetico/acetato di sodio, il pK_a dell'acido acetico è 4,74.

Poiché la soluzione tampone contiene inizialmente lo stesso numero di moli di acido acetico ([HA]) e acetato ([A^-]), la relazione ([A^-]/[HA]) è uguale a 1, il che significa che log([A^-]/[HA]) è 0. Di conseguenza, il pH della soluzione tampone iniziale è uguale al pK_a dell'acido acetico, cioè 4,74.

Successivamente, quando vengono aggiunti 0,100 mol di HCl gassoso, l'acido cloridrico reagisce con l'acetato di sodio presente nel tampone per formare acido acetico e cloruro di sodio:

CH₃COO^- + H⁺ (dall'HCl) → CH₃COOH

In seguito a questa reazione, la concentrazione di acido acetico ([HA]) aumenta di 0,100 M (passa da 1,00 M a 1,10 M) mentre la concentrazione di acetato ([A^-]) diminuisce di 0,100 M (passa da 1,00 M a 0,90 M).

Il nuovo pH della soluzione può essere calcolato utilizzando la stessa equazione:

pH = pK_a + log([A^-]/[HA])

pH = 4,74 + log(0,90/1,10)

pH ≈ 4,74 - 0,014 ≈ 4,726

Quindi, il pH della soluzione dopo l'aggiunta di 0,100 mol di HCl gassoso è approssimativamente 4,726, che arrotondato correttamente dà 4,73.

Questa risposta corrisponde alla scelta B (4,74 e 4,66) data nel quesito. La risposta è B perché il pH dopo l'aggiunta di HCl è approssimativamente 4,73, che è più vicino a 4,66 rispetto alla risposta D (4,86), confermando la correttezza della scelta B come risposta corretta.

Analizziamo le differenti possibilità proposte.

1. Affermazione A: - A) Per decadimento β, il ¹⁴C si trasforma in ¹⁴N: Questa affermazione è corretta. Nel processo di decadimento beta, un neutrone si trasforma in un protone, emettendo un elettrone (beta). Nel caso del carbonio-14 (¹⁴C), il decadimento beta trasforma un neutrono in un protone, convertendo il ¹⁴C in azoto-14 (¹⁴N).

2. Affermazione B: - B) In un organismo terrestre vivente, il rapporto ¹⁴C/¹²C è uguale al rapporto ¹⁴C/¹²C nell'atmosfera: Questa affermazione è corretta. Gli organismi viventi assorbono carbonio dall'atmosfera durante la fotosintesi, e il rapporto tra il carbonio-14 e il carbonio-12 nell'organismo è riflesso nel rapporto presente nell'atmosfera.

3. Affermazione C: - C) Il metodo del ¹⁴C è egualmente valido per campioni di milioni di anni e per campioni di 1000 anni: Questa affermazione è errata. Il tempo di dimezzamento del ¹⁴C è di 5730 anni. Dopo un certo periodo, la quantità di ¹⁴C diventa così ridotta che diventa difficile rilevarla con precisione. Quindi, il metodo del ¹⁴C è limitato nel tempo e diventa meno affidabile per campioni più antichi, specialmente oltre i pochi decine di migliaia di anni.

4. Affermazione D: - D) Il contenuto di ¹⁴C in un organismo diminuisce progressivamente dopo la sua morte: Questa affermazione è corretta. Dopo la morte di un organismo, il carbonio-14 presente in esso inizia a decadere nel tempo. Misurando la quantità residua di ¹⁴C, è possibile stimare il tempo trascorso dalla morte dell'organismo.

Quindi, la risposta corretta è la C) "Il metodo del ¹⁴C è egualmente valido per campioni di milioni di anni e per campioni di 1000 anni" poiché il metodo del ¹⁴C ha limitazioni di precisione e affidabilità per campioni di età estreme.