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Ibridazione del Carbonio: Spiegazione Facile di sp, sp2 e sp3

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03/11/2022

Scienze

ibridazione degli orbitali e idrocarburi

Ibridazione del Carbonio: Spiegazione Facile di sp, sp2 e sp3

L'ibridazione è un processo fondamentale che determina la geometria molecolare e i legami chimici degli idrocarburi.

Gli idrocarburi saturi e insaturi rappresentano due categorie principali di composti organici. I saturi, come il metano (CH4), presentano solo legami singoli e un'ibridazione sp3 del carbonio, con una geometria tetraedrica e quattro legami sigma. Gli insaturi, come l'etilene (C2H4) e l'acetilene (C2H2), mostrano rispettivamente ibridazione sp2 e ibridazione sp, formando legami doppi o tripli attraverso la combinazione di legami sigma e pi greco.

L'ibridazione degli orbitali atomici nel carbonio determina la sua capacità di formare diverse strutture molecolari. Nell'ibridazione sp3, tipica degli alcani, il carbonio forma quattro orbitali ibridi equivalenti disposti tetraedricamente. Nell'ibridazione sp2, caratteristica degli alcheni, si formano tre orbitali ibridi complanari a 120° e un orbitale p perpendicolare, permettendo la formazione del doppio legame. Nell'ibridazione sp dell'acetilene, due orbitali ibridi si dispongono linearmente a 180°, mentre due orbitali p rimangono disponibili per i legami pi greco del triplo legame. Questa comprensione della ibridazione del carbonio è fondamentale per capire la reattività e le proprietà chimiche degli idrocarburi, dalle molecole più semplici come il metano fino alle strutture più complesse come i polimeri.

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03/11/2022

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Teoria dell ibridazione degli orbifali
METANO (CH4)
carbonio ha orbitali esterne 2s e 2p
S
Quando ci sono legami con altri 4 atomi questi -▷

Vedi

L'Ibridazione degli Orbitali e la Struttura Molecolare

L'ibridazione degli orbitali atomici spiegazione è fondamentale per comprendere la geometria delle molecole organiche. Nel caso del metano CH4CH4, il carbonio subisce un'ibridazione sp3, dove gli orbitali 2s e 2p si fondono per formare quattro orbitali ibridi equivalenti.

Definizione: L'ibridazione sp3 si verifica quando un orbitale s si combina con tre orbitali p per formare quattro orbitali ibridi sp3 equivalenti, disposti tetraedricamente con angoli di 109,5°.

Nell'etilene C2H4C2H4, troviamo un esempio di ibridazione sp2, dove il carbonio forma un doppio legame. Due orbitali 2p si mescolano con l'orbitale 2s creando tre orbitali ibridi sp2. Il legame sigma e pi greco caratterizza questa molecola: il legame σ si forma tra orbitali sp2, mentre il legame π deriva dalla sovrapposizione di orbitali p non ibridati.

L'acetilene C2H2C2H2 presenta invece l'ibridazione sp, dove solo un orbitale 2p si combina con l'orbitale 2s. Gli orbitali ibridi sp sp2 sp3 mostrano come la geometria molecolare dipenda direttamente dal tipo di ibridazione: lineare per sp, trigonale planare per sp2, tetraedrica per sp3.

Teoria dell ibridazione degli orbifali
METANO (CH4)
carbonio ha orbitali esterne 2s e 2p
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Idrocarburi Saturi e Insaturi: Classificazione e Proprietà

Gli idrocarburi saturi e insaturi esempi mostrano differenze fondamentali nella loro struttura e reattività. Gli alcani, esempi di idrocarburi saturi, contengono solo legami singoli carbonio-carbonio.

Esempio: Il metano CH4CH4 è l'idrocarburo saturo più semplice, mentre l'etano C2H6C2H6 presenta un singolo legame C-C.

La classificazione idrocarburi comprende:

  • Alcani saturi,CnH2n+2saturi, CnH2n+2
  • Cicloalcani saturiciclici,CnH2nsaturi ciclici, CnH2n
  • Alcheni e alchini insaturiinsaturi

Gli idrocarburi insaturi contengono almeno un legame multiplo tra atomi di carbonio. La presenza di questi legami saturi e insaturi influenza significativamente le proprietà chimiche e fisiche delle molecole.

Teoria dell ibridazione degli orbifali
METANO (CH4)
carbonio ha orbitali esterne 2s e 2p
S
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Nomenclatura e Struttura degli Idrocarburi

La nomenclatura degli idrocarburi segue regole precise basate sulla struttura molecolare. I carboni vengono classificati come primari, secondari, terziari o quaternari in base al numero di altri atomi di carbonio a cui sono legati.

Vocabolario: Le ramificazioni sono gruppi sostituenti che si attaccano alla catena principale. I più comuni sono metile CH3-CH3 ed etile CH2CH3-CH2CH3.

Le regole di numerazione prevedono:

  1. Identificazione della catena più lunga
  2. Numerazione per dare ai sostituenti i numeri più bassi possibili
  3. Elencazione dei sostituenti in ordine alfabetico

La struttura tridimensionale degli idrocarburi è fondamentale per comprenderne le proprietà chimico-fisiche.

Teoria dell ibridazione degli orbifali
METANO (CH4)
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Conformazioni e Proprietà dei Cicloalcani

I cicloalcani presentano conformazioni specifiche che ne determinano la stabilità. Il cicloesano, in particolare, può assumere due conformazioni principali: a sedia piuˋstabilepiù stabile e a barca.

Highlight: Nella conformazione a sedia del cicloesano, gli atomi di idrogeno possono occupare posizioni assiali paralleleallassemolecolareparallele all'asse molecolare o equatoriali sulperimetrosul perimetro.

Le proprietà fisiche degli idrocarburi dipendono dalla lunghezza della catena carboniosa:

  • All'aumentare del numero di carboni, aumentano i punti di fusione ed ebollizione
  • L'energia di legame cresce con l'aumentare dei legami carbonio-carbonio
  • Gli alcani, essendo apolari, sono poco reattivi e vengono chiamati paraffine

La reattività è limitata ma significativa in condizioni specifiche, come nella combustione con ossigeno o nelle reazioni di alogenazione.

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Isomeria e Stereoisomeria: Concetti Fondamentali

Gli idrocarburi presentano un fenomeno chiamato isomeria, fondamentale per comprendere la diversità delle molecole organiche. Gli isomeri sono molecole che, pur avendo la stessa formula bruta, mostrano strutture o disposizioni spaziali differenti.

Definizione: Gli stereoisomeri sono molecole con identica costruzione ma diversa orientazione spaziale degli atomi. Si distinguono in isomeri geometrici e isomeri ottici.

L'isomeria ottica si verifica quando una molecola presenta un carbonio chirale stereocentrostereocentro legato a quattro gruppi diversi. Queste molecole, dette chirali, sono specchiabili ma non sovrapponibili, come le nostre mani. Gli enantiomeri, coppie di isomeri ottici, hanno proprietà fisiche identiche ma differiscono nel comportamento con la luce polarizzata.

Il polarimetro è lo strumento che permette di studiare l'attività ottica delle sostanze chimiche. Quando una sostanza otticamente attiva viene attraversata da luce polarizzata, fa ruotare il piano della luce di un angolo specifico. Se la rotazione avviene verso destra, la sostanza è destrogira ++, se verso sinistra è levogira -.

Esempio: L'importanza degli enantiomeri in farmacologia La chiralità delle molecole è cruciale nello sviluppo dei farmaci. Due enantiomeri possono avere effetti biologici completamente diversi: uno potrebbe essere terapeutico, l'altro tossico o inattivo.

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Reazioni di Alogenazione degli Alcani

Le reazioni di alogenazione degli alcani sono esempi di reazioni di sostituzione dove un atomo di alogeno sostituisce un atomo di idrogeno. Questo processo richiede energia sotto forma di calore o radiazioni UV.

Highlight: La reazione procede attraverso tre fasi principali: iniziazione, propagazione e terminazione, coinvolgendo la formazione di radicali liberi.

Durante l'iniziazione, l'energia UV rompe il legame tra gli atomi di alogeno rotturaomoliticarottura omolitica, generando radicali. Nella fase di propagazione, questi radicali reagiscono con l'alcano formando radicali alchilici e acido alogenidrico. Il processo continua con la formazione dell'alogenuro alchilico.

La reazione produce una miscela di prodotti variamente alogenati, come nel caso della clorurazione del metano:

  • Clorometano CH3ClCH₃Cl
  • Diclorometano CH2Cl2CH₂Cl₂
  • Cloroformio CHCl3CHCl₃
  • Tetracloruro di carbonio CCl4CCl₄

Vocabolario: I radicali liberi sono specie chimiche altamente reattive con un elettrone spaiato, che cercano di completare il loro ottetto elettronico reagendo con altre molecole.

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Idrocarburi Insaturi: Alcheni e Alchini

Gli idrocarburi insaturi sono composti caratterizzati dalla presenza di legami multipli carbonio-carbonio. Gli alcheni presentano un doppio legame C=CC=C, mentre gli alchini hanno un triplo legame CCC≡C.

Definizione: La nomenclatura IUPAC degli alcheni utilizza il suffisso -ene, mentre per gli alchini si usa -ino. La numerazione della catena deve attribuire il numero più basso possibile alle insaturazioni.

La presenza di legami multipli determina particolari geometrie molecolari:

  • Negli alcheni, i quattro atomi legati ai carboni del doppio legame giacciono sullo stesso piano
  • Gli alchini presentano una geometria lineare intorno al triplo legame
  • Possono esistere legami coniugati, isolati o cumulati

Esempio: Il but-1-ene CH3CH2CH=CH2CH₃-CH₂-CH=CH₂ è un esempio di alchene con nomenclatura IUPAC dove il numero 1 indica la posizione del doppio legame.

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Isomeria Geometrica e Reazioni di Addizione

L'isomeria geometrica degli alcheni deriva dall'impossibilità di rotazione attorno al doppio legame C=C. Quando ai carboni sono legati gruppi diversi, si possono avere isomeri cis-trans.

Highlight: Gli isomeri cis-trans hanno proprietà fisiche diverse, come punti di fusione ed ebollizione differenti, pur mantenendo la stessa formula molecolare.

Le reazioni di addizione elettrofila sono caratteristiche degli alcheni e alchini. Il processo coinvolge:

  1. Attacco dell'elettrofilo al doppio legame
  2. Formazione di un carbocatione intermedio
  3. Attacco del nucleofilo

La Regola di Markovnikov stabilisce che nella reazione di addizione di un reagente asimmetrico, l'idrogeno si lega al carbonio che ha già il maggior numero di idrogeni.

Vocabolario: Un elettrofilo è una specie chimica che cerca elettroni, mentre un nucleofilo è una specie che dona elettroni durante la reazione.

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L'Aromaticità e il Benzene: Struttura e Proprietà Chimiche

Il benzene rappresenta uno dei più importanti esempi di idrocarburi insaturi con una struttura molecolare unica. La molecola è costituita da sei atomi di carbonio disposti in un anello esagonale planare, dove ogni carbonio presenta ibridazione sp2. Questa particolare configurazione determina la formazione di legami sigma tra gli atomi di carbonio e tra carbonio e idrogeno, mentre gli orbitali p non ibridati creano un sistema di elettroni delocalizzati.

Definizione: L'aromaticità è una proprietà chimica che conferisce particolare stabilità alle molecole cicliche con elettroni π delocalizzati, come nel caso del benzene.

La struttura del benzene mostra un fenomeno chiamato risonanza, dove i legami sigma e pi greco si alternano in modo continuo, creando due possibili configurazioni equivalenti. Questa delocalizzazione elettronica genera una nube di elettroni sopra e sotto il piano dell'anello, conferendo alla molecola una straordinaria stabilità, nonostante sia un composto insaturo.

La stabilità del benzene è stata dimostrata sperimentalmente attraverso reazioni di idrogenazione. Confrontando il calore di idrogenazione del benzene con quello di altre molecole cicliche contenenti doppi legami comeilcicloesenecome il cicloesene, si osserva che l'energia liberata è significativamente inferiore a quella teoricamente prevista. Questa differenza, denominata energia di risonanza, quantifica la maggiore stabilità della struttura aromatica.

Non c'è niente di adatto? Esplorare altre aree tematiche.

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Stefano S, utente iOS

L'applicazione è molto semplice e ben progettata. Finora ho sempre trovato quello che stavo cercando

Susanna, utente iOS

Adoro questa app ❤️, la uso praticamente sempre quando studio.

 

Scienze

10.206

3 nov 2022

11 pagine

Ibridazione del Carbonio: Spiegazione Facile di sp, sp2 e sp3

L'ibridazione è un processo fondamentale che determina la geometria molecolare e i legami chimici degli idrocarburi.

Gli idrocarburi saturi e insaturirappresentano due categorie principali di composti organici. I saturi, come il metano (CH4), presentano solo legami singoli... Mostra di più

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L'Ibridazione degli Orbitali e la Struttura Molecolare

L'ibridazione degli orbitali atomici spiegazione è fondamentale per comprendere la geometria delle molecole organiche. Nel caso del metano CH4CH4, il carbonio subisce un'ibridazione sp3, dove gli orbitali 2s e 2p si fondono per formare quattro orbitali ibridi equivalenti.

Definizione: L'ibridazione sp3 si verifica quando un orbitale s si combina con tre orbitali p per formare quattro orbitali ibridi sp3 equivalenti, disposti tetraedricamente con angoli di 109,5°.

Nell'etilene C2H4C2H4, troviamo un esempio di ibridazione sp2, dove il carbonio forma un doppio legame. Due orbitali 2p si mescolano con l'orbitale 2s creando tre orbitali ibridi sp2. Il legame sigma e pi greco caratterizza questa molecola: il legame σ si forma tra orbitali sp2, mentre il legame π deriva dalla sovrapposizione di orbitali p non ibridati.

L'acetilene C2H2C2H2 presenta invece l'ibridazione sp, dove solo un orbitale 2p si combina con l'orbitale 2s. Gli orbitali ibridi sp sp2 sp3 mostrano come la geometria molecolare dipenda direttamente dal tipo di ibridazione: lineare per sp, trigonale planare per sp2, tetraedrica per sp3.

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Idrocarburi Saturi e Insaturi: Classificazione e Proprietà

Gli idrocarburi saturi e insaturi esempi mostrano differenze fondamentali nella loro struttura e reattività. Gli alcani, esempi di idrocarburi saturi, contengono solo legami singoli carbonio-carbonio.

Esempio: Il metano CH4CH4 è l'idrocarburo saturo più semplice, mentre l'etano C2H6C2H6 presenta un singolo legame C-C.

La classificazione idrocarburi comprende:

  • Alcani saturi,CnH2n+2saturi, CnH2n+2
  • Cicloalcani saturiciclici,CnH2nsaturi ciclici, CnH2n
  • Alcheni e alchini insaturiinsaturi

Gli idrocarburi insaturi contengono almeno un legame multiplo tra atomi di carbonio. La presenza di questi legami saturi e insaturi influenza significativamente le proprietà chimiche e fisiche delle molecole.

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La nomenclatura degli idrocarburi segue regole precise basate sulla struttura molecolare. I carboni vengono classificati come primari, secondari, terziari o quaternari in base al numero di altri atomi di carbonio a cui sono legati.

Vocabolario: Le ramificazioni sono gruppi sostituenti che si attaccano alla catena principale. I più comuni sono metile CH3-CH3 ed etile CH2CH3-CH2CH3.

Le regole di numerazione prevedono:

  1. Identificazione della catena più lunga
  2. Numerazione per dare ai sostituenti i numeri più bassi possibili
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Highlight: Nella conformazione a sedia del cicloesano, gli atomi di idrogeno possono occupare posizioni assiali paralleleallassemolecolareparallele all'asse molecolare o equatoriali sulperimetrosul perimetro.

Le proprietà fisiche degli idrocarburi dipendono dalla lunghezza della catena carboniosa:

  • All'aumentare del numero di carboni, aumentano i punti di fusione ed ebollizione
  • L'energia di legame cresce con l'aumentare dei legami carbonio-carbonio
  • Gli alcani, essendo apolari, sono poco reattivi e vengono chiamati paraffine

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Isomeria e Stereoisomeria: Concetti Fondamentali

Gli idrocarburi presentano un fenomeno chiamato isomeria, fondamentale per comprendere la diversità delle molecole organiche. Gli isomeri sono molecole che, pur avendo la stessa formula bruta, mostrano strutture o disposizioni spaziali differenti.

Definizione: Gli stereoisomeri sono molecole con identica costruzione ma diversa orientazione spaziale degli atomi. Si distinguono in isomeri geometrici e isomeri ottici.

L'isomeria ottica si verifica quando una molecola presenta un carbonio chirale stereocentrostereocentro legato a quattro gruppi diversi. Queste molecole, dette chirali, sono specchiabili ma non sovrapponibili, come le nostre mani. Gli enantiomeri, coppie di isomeri ottici, hanno proprietà fisiche identiche ma differiscono nel comportamento con la luce polarizzata.

Il polarimetro è lo strumento che permette di studiare l'attività ottica delle sostanze chimiche. Quando una sostanza otticamente attiva viene attraversata da luce polarizzata, fa ruotare il piano della luce di un angolo specifico. Se la rotazione avviene verso destra, la sostanza è destrogira ++, se verso sinistra è levogira -.

Esempio: L'importanza degli enantiomeri in farmacologia La chiralità delle molecole è cruciale nello sviluppo dei farmaci. Due enantiomeri possono avere effetti biologici completamente diversi: uno potrebbe essere terapeutico, l'altro tossico o inattivo.

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Highlight: La reazione procede attraverso tre fasi principali: iniziazione, propagazione e terminazione, coinvolgendo la formazione di radicali liberi.

Durante l'iniziazione, l'energia UV rompe il legame tra gli atomi di alogeno rotturaomoliticarottura omolitica, generando radicali. Nella fase di propagazione, questi radicali reagiscono con l'alcano formando radicali alchilici e acido alogenidrico. Il processo continua con la formazione dell'alogenuro alchilico.

La reazione produce una miscela di prodotti variamente alogenati, come nel caso della clorurazione del metano:

  • Clorometano CH3ClCH₃Cl
  • Diclorometano CH2Cl2CH₂Cl₂
  • Cloroformio CHCl3CHCl₃
  • Tetracloruro di carbonio CCl4CCl₄

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Idrocarburi Insaturi: Alcheni e Alchini

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La presenza di legami multipli determina particolari geometrie molecolari:

  • Negli alcheni, i quattro atomi legati ai carboni del doppio legame giacciono sullo stesso piano
  • Gli alchini presentano una geometria lineare intorno al triplo legame
  • Possono esistere legami coniugati, isolati o cumulati

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  1. Attacco dell'elettrofilo al doppio legame
  2. Formazione di un carbocatione intermedio
  3. Attacco del nucleofilo

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L'Aromaticità e il Benzene: Struttura e Proprietà Chimiche

Il benzene rappresenta uno dei più importanti esempi di idrocarburi insaturi con una struttura molecolare unica. La molecola è costituita da sei atomi di carbonio disposti in un anello esagonale planare, dove ogni carbonio presenta ibridazione sp2. Questa particolare configurazione determina la formazione di legami sigma tra gli atomi di carbonio e tra carbonio e idrogeno, mentre gli orbitali p non ibridati creano un sistema di elettroni delocalizzati.

Definizione: L'aromaticità è una proprietà chimica che conferisce particolare stabilità alle molecole cicliche con elettroni π delocalizzati, come nel caso del benzene.

La struttura del benzene mostra un fenomeno chiamato risonanza, dove i legami sigma e pi greco si alternano in modo continuo, creando due possibili configurazioni equivalenti. Questa delocalizzazione elettronica genera una nube di elettroni sopra e sotto il piano dell'anello, conferendo alla molecola una straordinaria stabilità, nonostante sia un composto insaturo.

La stabilità del benzene è stata dimostrata sperimentalmente attraverso reazioni di idrogenazione. Confrontando il calore di idrogenazione del benzene con quello di altre molecole cicliche contenenti doppi legami comeilcicloesenecome il cicloesene, si osserva che l'energia liberata è significativamente inferiore a quella teoricamente prevista. Questa differenza, denominata energia di risonanza, quantifica la maggiore stabilità della struttura aromatica.

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Composti Aromatici e Regola di Hückel

I composti aromatici costituiscono una vasta famiglia di molecole che condividono proprietà simili al benzene. La regola di Hückel fornisce i criteri fondamentali per identificare le molecole aromatiche:

Evidenziazione: Per essere considerata aromatica, una molecola deve possedere:

  • Un anello planare con atomi che presentano ibridazione sp2
  • Un sistema ininterrotto di 4n+2 elettroni π doveneˋunnumerointerodove n è un numero intero

Esistono numerosi esempi di composti aromatici derivati dal benzene, come il toluene metilbenzenemetilbenzene e lo stirene. Questi composti mantengono le caratteristiche fondamentali dell'aromaticità pur presentando sostituenti diversi. La presenza del sistema aromatico influenza significativamente la loro reattività chimica e le loro proprietà fisiche.

La delocalizzazione elettronica negli orbitali ibridi sp sp2 sp3 crea un effetto simile a un legame metallico su scala molecolare, contribuendo alla stabilità e alle peculiari proprietà chimiche di questi composti. Molecole più complesse come il naftalene e l'antracene presentano sistemi aromatici estesi, con più anelli benzenici condensati che mantengono le caratteristiche dell'aromaticità.

Esempio: Il naftalene, formato da due anelli benzenici condensati, mostra una delocalizzazione elettronica estesa su entrambi gli anelli, risultando in un composto aromatico più complesso ma ugualmente stabile.

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Stefano S

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Anastasia

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Fantastica per qualsiasi materia avere gli appunti anche di altre persone è molto utile perchè posso confrontarmi e vedere come migliorarmi. con i quiz riesco ad apprendere al meglio.

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Greenlight Bonnie

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Aurora

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Questa app è una delle migliori, nient’altro da dire.

Andrea

utente iOS

L'applicazione è molto facile da usare e ben progettata. Finora ho trovato tutto quello che cercavo e ho potuto imparare molto dalle presentazioni! Utilizzerò sicuramente l'app per i compiti in classe! È molto utile anche come fonte di ispirazione.

Stefano S

utente iOS

Questa applicazione è davvero grande! Ci sono tantissimi appunti e aiuti con lo studio [...]. La mia materia problematica, per esempio, è il francese e l'app ha così tante opzioni per aiutarmi. Grazie a questa app ho migliorato il mio francese. La consiglio a tutti.

Samantha Klich

utente Android

Wow, sono davvero stupita. Ho appena provato l'app perché l'ho vista pubblicizzata molte volte e sono rimasta assolutamente sbalordita. Questa app è L'AIUTO che cercate per la scuola e soprattutto offre tantissime cose, come allenamenti e schede, che a me personalmente sono state MOLTO utili.

Anna

utente iOS

È bellissima questa app, la adoro. È utilissima per lo studio e mi aiuta molto, anzi moltissimo, ma soprattutto mi aiutano molto i quiz, per memorizzare anche quello che non sapevo

Anastasia

utente Android

Fantastica per qualsiasi materia avere gli appunti anche di altre persone è molto utile perchè posso confrontarmi e vedere come migliorarmi. con i quiz riesco ad apprendere al meglio.

Francesca

utente Android

moooolto utile,gli appunti sono belli e funzionanti,schoolGPT da dei consigli formidabili!!

Marianna

utente Android

L'applicazione è semplicemente fantastica! Tutto ciò che devo fare è inserire l'argomento nella barra di ricerca e ottengo la risposta molto velocemente. Non devo guardare 10 video di YouTube per capire qualcosa, quindi risparmio tempo. Consigliatissima!

Sudenaz Ocak

utente Android

A scuola andavo malissimo in matematica, ma grazie a questa applicazione ora vado meglio. Vi sono molto grato per aver creato questa app.

Greenlight Bonnie

utente Android

Knowunity è un applicazione fantastica,considerando che ha degli schemi veramente molto carini e sfiziosi e che ci sono dei quiz,oltre al fatto che questa cosa dell intelligenza artificiale "school gpt" è almeno per me molto utile, perché a differenza di Chatgpt ti da le spiegazioni, ti spiega ciò che non è chiaro! Posso studiare più velocemente tramite gli schemi e che posso pubblicare io stessa gli schemi è una funzione utilissima per gli altri studenti. Knowunity è PERFETTA

Aurora

utente Android

L’app funziona benissimo e puoi trovare qualsiasi tipo di informazione. Non ho l’abbonamento ma la parte gratuita è sufficiente per uno studio approfondito.

Martina

utente iOS

in questi ultimi mesi di scuola dove il tempo è ormai poco, mi sta aiutando molto perché piuttosto che farmi io gli schemi su quello che leggo sul libro guardo questi già fatti e li uso come ripasso piuttosto che rileggermi tutto il libro

Chiara

utente IOS

Questa app è una delle migliori, nient’altro da dire.

Andrea

utente iOS