i movimenti delle particelle nell'accumulatore al piombo

[Umlaute]

si il 3d e bello
ma pietrobaima sei anche un chimico? leggevo che eri un fisico

[PietroBaima]

ma pietrobaima sei anche un chimico?

No, ma ai fisici (come anche agli ingegneri) è richiesta la conoscenza di un po' di chimica.
Anche tu hai fatto esami di chimica, suppongo...

leggevo che eri un fisico

Lo sono ancora.

[Umlaute]

a chimica mi avevano dato un calcio con 20 alla quarta volta che lo provavo, mi dispiace
tu quanto avevi preso pietro?

[PietroBaima]

tu quanto avevi preso pietro?

è importante?
Beh, era il primo anno, avevo paura che mi cacciassero via, complessi psicologici di inferiorità di tutti i tipi e molte altre patologie conclamate, ecc... quindi mi ero buttato nello studio (sia come locale che come attività) h24. Analisi era andata bene e dovevo passare il mio primo esame di chimica (suppongo parlassi di chimica generale) e avevo studiato per arrivare blindato all'esame.
Il professore aveva capito che ero insicuro e cercò di rassicurarmi a modo suo: facendomi domande 'stardissime all'orale. Per fortuna andò a finire nel migliore dei modi e riuscii a riposarmi per ben un intero pomeriggio

Ciao,
Pietro.

PS: cerca di comportarti bene, che la mia promessa non perde validità col tempo.

[Marcixxx]

In chimica una 'soluzione' è una miscela di due o più composti, che presentano una distribuzione uniforme e omogenea delle particelle in ogni sua parte.
L'acido solforico è un liquido incolore, oleoso, e solubile in acqua.

Se si uniscono acido solforico e acqua, le molecole di acido solforico si distribuiscono in modo omogeneo nell'acqua.
Quindi in ogni parte della soluzione ci sarà la stessa proporzione di molecole acqua/acido solforico.

Però il peso della molecola di acido solforico è diverso dal peso di una molecola di acqua.
Mentre la molecola di acqua (H2O) è formata da
- 2 atomi di idrogeno
- 1 atomo di ossigeno
la molecola di acido solforico (H2SO4) è formata da
- 2 atomi di idrogeno
- 1 atomo di zolfo
- 4 atomi di ossigeno

Nella storia della chimica, gli scienziati si accorsero che era poco pratico descrivere le reazioni chimiche indicando il numero delle molecole, perché ad esempio, in un litro di acqua di sono circa trentatre milioni di miliardi di miliardi di molecole.
Per questo motivo venne 'inventata' l'unità di misura della mole, che indica un certo numero molto grande di molecole (circa seicentomila miliardi di miliardi di molecole).
Quindi, quando incontriamo il termine di mole (al plurale moli) oppure l'unità di misura [mol] possiamo immaginarla come un contenitore con seicentomila miliardi di miliardi di piccoli cassettini, e in ogni cassettino ci stà una molecola, sia che essa sia molto piccola, ad esempio l'idrogeno, sia che essa sia grande, ad esempio la molecola del piombo.

Peso molecolare H2O = 18.01528 [g/mol] (significa che 660 mila miliardi di miliardi di molecole di H2O pesano circa 18 grammi)
Peso molecolare H2SO4 = 98.079 [g/mol] (significa che 660 mila miliardi di miliardi di molecole di H2SO4 pesano circa 98 grammi)

Le molecole di acido solforico sono più pesanti delle molecole di acqua ma non vanno a fondo, perché a livello microscopico, le forze di attrazione tra le molecole sono molto maggiori della forza di gravità.

Se in un contenitore vuoto versiamo in proporzione di 33.5% acido solforico e 66.5% di acqua avremmo
335 gr di H2SO4 e 665 gr di H2O
In 665 gr di H2O ci sono 665/18.01528 moli = 36.913 moli di H2O
In 335 gr di H2SO4 ci sono 335/98.079 = 3.416 moli di H2SO4
Il rapporto tra le molecole è di 36.913/3.416 = 10.81

Dato che una mole di acqua e una mole di acido solforico contengono lo stesso numero di molecole, nella soluzione elettrolitica di acqua e acido solforico al 33.5% il rapporto tra le moli è uguale al rapporto tra il numero delle molecole.

Nella soluzione elettrolitica di acqua e acido solforico al 33.5%, per ogni molecola di acido solforico ci sono quasi 11 molecole di acqua (molecola di acqua H2O, ione ossidrile OH-, ione idronio H3O+).

rapporto tra le molecole di acqua (acqua, ione idronio, ione ossidrile) e acido solforico, nella soluzione di acqua e acido solforico al 33.5% (nel disegno il rapporto tra gli ioni OH-, H3O+ e H2O è indicativo, non rappresenta il reale rapporto a 20°c di temperatura, nel quale si trovano in maggioranza molecole di H2O).

[Marcixxx]

Guardiamo come è fatta una molecola di acqua.
Se potessimo guardarla con una grandissima lente di ingrandimento vedremmo una forma che ricorda un 'tetrapolo' leggermente storto, con due piccole sfere allungate a due estremità.

Il disegno mostra la nube elettronica riferita agli orbitali ibridi sp dell'ossigeno congiunta con la nube elettronica degli orbitali s dell'idrogeno.
Il disegno non rispecchia in modo rigoroso la distribuzione delle cariche elettriche, serve solo a dare una idea della distribuzione geometrica delle cariche nella molecola dell'acqua.

Al centro del 'tetrapolo c'è il nucleo di ossigeno.
Al centro delle due sfere ci sono i nuclei degli atomi di idrogeno.
Le nubi elettroniche sono più dense all'interno e più rarefatte nelle zone esterne.
Questo perché gli elettroni transitano molto più spesso all'interno e molto meno, via via che ci si avvicina al limite degli orbitali.

Nel disegno ho tenuto conto dei legami covalente polari (96.5 pm) e dei raggi covalenti dell'idrogeno e dell'ossigeno.
Non ho evidenziato il legame a 104.5° tra i due atomi di idrogeno e non ho infittito la nube elettronica rappresentando anche gli elettroni del livello 1S dell'ossigeno, questo per rendere comprensibile la figura geometrica che l'orbitale molecolare assume, e per evidenziare che nelle zone 'sferiche' limite, è quasi nulla la presenza di cariche elettriche (< 5%).

Quindi la molecola di acqua presenta 4 poli leggermente asimmetrici: due poli hanno al loro centro un atomo di idrogeno, e sono leggermente carichi positivamente.
I due poli opposti rappresentano zone di orbita di elettroni, e sono carichi negativamente.
Ogni molecola d'acqua presenta quindi due poli positivi e due poli negativi.
Ogni molecola d'acqua tende a legarsi ad altre molecole tramite il congiungimento dei rispettivi poli opposti (legami a idrogeno).
La distanza di questi legami è circa il doppio della distanza che lega gli atomi nella molecola di acqua.
A circa 25 c°, il legame ad idrogeno è facilmente scindibile, e questo caratterizza la fluidità dell'acqua.
Le molecole di acqua si attraggono abbastanza da rimanere vicine, ma se vi è una 'forza' (che a livello molecolare è riconducibile ad alcune molecole che spingono altre molecole, rompendo i legami a idrogeno che si erano formati in precedenza), le molecole 'slittano' tra di loro, su una teorica superficie nell'intorno della molecola (superficie di Van Der Waals).

Il disegno mostra la distanza tra le molecole di acqua (legame idrogeno, 177 pm), circa doppio rispetto al legame che lega l'atomo di ossigeno agli atomi di idrogeno (legame covalente polare, 96.5 pm).
E' anche indicata la superficie di Van Der Waals, che rappresenta la zona di contatto tra le molecole che 'strisciano' in soluzione.