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Acqua

LABORATORIO DI CHIMICA

Le magie della chimica:

Il lavoro che vi proponiamo è una breve presentazionedi alcune reazioni chimiche alcune di queste anche“spettacolari” tanto da sembrare delle “Magie”.Vogliamo porre la vostra attenzione sul fatto che,anche se apparentemente, un fenomeno puòsembrare ai nostri occhi “sovrannaturale” , in realtàdietro il fenomeno osservato c’è sempre unaspiegazione scientifica. Quindi bando alle “magie” ecominciamo.

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l’acqua scioglie e le sostanze reagiscono

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L’acqua è il solvente per eccellenza in natura: riesce asciogliere molte sostanze, pensiamo ad esempio ai salisciolti nell’acqua del mare. Non è però l’unico solvente,ne esistono molti altri: l’alcol etilico, l’etere, l’olio diparaffina ed altri oli di origine vegetale, ad esempio.Nel primo esperimento vengono esaminate tresostanze : acqua, olio di ricino e olio di paraffina.

Cocktail molto diversi

In provetta valutiamo la solubilità dello iodio inacqua e in olio di paraffina, e la solubilità delsolfato rameico (sale fortemente colorato inazzurro) in acqua e in olio di paraffina. Possiamoosservare che il solfato rameico si scioglie bene inacqua ma non nell’olio di paraffina, mentre lo iodioè solubile nell’olio di paraffina e si scioglie poco e afatica in acqua.

Solfato di rameOlio di paraffina

Olio di ricino

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Con il cilindro graduato preleviamo 30 ml disoluzione acquosa di solfato rameico (soluzioneazzurra già preparata), 30 ml di olio di ricino (giallo)e li versiamo nel cilindro graduato con il tappo.Preleviamo poi 30 ml di olio di paraffina esciogliamo qualche cristallo di iodio. Osserviamo lacolorazione intensa, fucsia. Versiamo anchequest’ultima soluzione nel cilindro graduato con iltappo. Si può notare che acqua, olio di paraffina eolio di ricino sono immiscibili tra loro e e formanotre strati ben separati. Capovolgendo il cilindroosserviamo sempre lo stesso ordine degli strati(acqua, olio di ricino e olio di paraffina) determinatodalla loro densità.

Solfato di

rame

Olio di

ricino

Olio di paraffina con iodio

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SpiegazioneLo iodio si scioglie molto bene nell'olio di paraffina,un solvente apolare, e con il suo caratteristico coloreviola definisce la fase superiore. Nello stratointermedio si trova l'olio di ricino, giallino pallido, che,essendo un estere dell'acido ricinoleico, è in grado didisciogliere piccolissime quantità di iodio,determinando una colorazione gialla. La solu­zioneazzurra di solfato di rame va a costituire lo stratoinferiore a causa della sua maggiore densità.Smaltimento e trattamentoLe prime due fasi vengono raccolte nel contenitore distoccaggio per sostanze organiche contenenti alogeni,la soluzione acquosa di solfato di rame va versata nelcontenitore per metalli pesanti.

Iodio

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Passiamo ora ad esaminare come si riconosce unareazione chimica.Preleviamo in due becher diversi 30 ml di soluzioneacquosa di nitrato di piombo (sale) e 30 ml disoluzione acquosa di ioduro di potassio (sale). Ledue soluzioni sono limpide e incolori. Unendo ledue soluzioni si verifica un fenomeno imprevisto esorprendente: la soluzione si intorbida e diventagialla. Osservando con attenzione si possonoosservare finissimi granuli gialli sulle pareti delbecher. Lasciando decantare si osserva che i granulisi depositano sul fondo e che la soluzione sischiarisce fino a diventare limpida.

Come si riconosce una reazione chimica?

Precipitazione dello ioduro di piombo

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E’ avvenuta una reazione chimica: le sostanzeiniziali si sono trasformate e hanno dato originea sostanze nuove che prima non c’erano, concaratteristiche proprie ben evidenti; una diqueste sostanze è gialla, insolubile in acqua(ioduro di piombo). La nuova sostanza insolubiledà origine a un corpo di fondo detto precipitato:le reazioni di questo tipo sono detteprecipitazioni.

Formazione di gas

mettiamo sul vetrino di orologio il carbonato di sodio(un altro sale) e osserviamolo: esso è formato daminuti cristallini bianchi, aspetto che ricorda il salefine da cucina. Con una pipetta versiamo qualchegoccia di acido cloridrico (dil 1:1) e osserviamo laformazione di bolle di gas (anidride carbonica).Poniamo in due diverse provette un’aliquota di ferrometallico e di zinco metallico, aggiungiamo qualchegoccia di HCl 1:1 e osserviamo: si forma del gas(idrogeno).

Carbonato di calcio Reazione del carbonato di calcio con acido cloridrico 6

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Fulmini in provetta

Si versa in una provetta 1-2 ml di H2SO4 concentratosenza bagnarne l'orlo superiore. Con molta cautela,si pipetta sulla superficie dell'acido solforico qualcheml di alcool etilico o alcol propilico, in ogni caso sideve assolutamente evitare che i due liquidi simescolino con rapido surriscaldamento. Se a questopunto si introduce un piccolo cristallo (lungo 3 mmca.) dì KMnO4, dopo breve tempo a livello dellasuperficie di separazione dei liquidi si osservanoscintille gialle, simili a fulmini, che si sviluppanocrepitando. Si ha l'impressione che questi fulmini sioriginino "sott’ acqua". Gradualmente la miscela direazione si colora di verde e parzialmente dimarrone. I lampi luminosi sono il risultato di unprocesso di ossi-doriduzione. L'esperimento puòdurare fino a 15 minuti, durante il quale lafrequenza di comparsa dei lampi rimane del tuttoimprevedibile

Piccole scintille

compaiono tra

l’interfaccia

acido - alcol

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Nuovi colori nuove sostanze

Anche il cambiamento di colore può indicare laformazione di nuove sostanze. Preleviamo in dueprovette alcuni ml di soluzione di cloruro ferrico(soluzione di colore giallo - arancio). Aggiungiamo allaprima qualche goccia di un reattivo chiamatoferrocianuro di potassio.

Questa soluzione giallo chiaro, aggiunta allasoluzione di cloruro ferrico determina un evidentecambiamento di colore: il contenuto della provettadiventa blu(detto anche Blu di Prussia) a causa dellaformazione di una nuova sostanza (il ferrocianuroferrico).

Cloruro ferrico FeCl3

ferrocianuro ferrico

Fe4[Fe(CN)6]3

+ K4[Fe(CN)6] · 3H2O

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Alla seconda provetta aggiungiamo qualchegoccia di tiocianato di potassio (soluzioneincolore) e osserviamo che la soluzione diventarosso scura anche se non si forma precipitato: lanuova sostanza rossa che si è formata è solubilein acqua.

+ KSCN

Cloruro ferricoFeCl3

Tiocianato ferrico

FeSCN3

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Non sempre mescolando sostanze diverse avviene una reazione chimica.

Se si mescolano a freddo ferro e zolfo nonotteniamo alcuna sostanza nuova e diversa,otteniamo semplicemente un miscuglio i cuicomponenti possono essere separati con l’ausilio diuna calamita.Per far reagire il ferro e lo zolfo bisognerebbescaldare la miscela. La temperatura gioca sempre unruolo molto importante nelle reazioni chimiche:reazioni impossibili a temperatura ambientepossono avvenire a temperature più alte. Inoltreaumentando la temperatura aumenta sempre lavelocità di reazione.

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Alcune reazioni chimiche sono molto più veloci sela temperatura è più elevata. Questo esperimentone è una prova.In una provetta mettiamo a reagire 3,5 ml disoluzione di acido ossalico, 1 ml di acido solforicoconc. e (dopo aver lasciato raffreddare questamiscela) aggiungiamo 3 ml di soluzione dipermanganato di potassio. Dopo alcuni minuti lacolorazione viola del permanganato scompare. Seripetiamo la prova scaldando a circa 60°C,osserviamo che la reazione è istantanea.

La temperatura: un bell’aiuto

Le fasi di decolorazione del permanganato

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Le reazioni reversibili

Alcune reazioni chimiche hanno la caratteristica diessere reversibili, cioè posso essere indirizzate versoi prodotti della reazione o verso i reagenti. Quellache vi proponiamo è proprio una di questeSe aggiungiamo alla soluzione di cloruro di cobalto(soluzione rosa) alcune gocce di HCl concentrato siforma un prodotto di colore azzurro. La colorazioneazzurra diventa più intensa se scaldiamo la provettaa bagnomaria, mentre ritorna rosa si immergiamo laprovetta in un bagno di ghiaccio.

L'equilibrio per le soluzioni del complesso dicobalto(II) viene espresso dalla seguete equazione

[Co(H2O)6]2+ + 4 Cl- [CoCl4]2- + 6 H2Orosa blu

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Reazione glucosio blu di metileneQuesto esperimento prevede che una soluzioneincolore contenente blu di metilene, contenuto in unrecipiente aperto, in seguito ad agitazione vigorosa,assuma una intensa colorazione blu entrando acontatto con l’ossigeno atmosferico.

Un bel rompicapo

Materiale e reattivi:Un matraccio da 1 litro con tappo a smeriglio,soluzione KOH (13g KOH in 500 ml di acqua), glucosiosolido, soluzione acquosa 0,1% di blu di metilene.

Un’ora prima della dimostrazione si sciolgono 10g diglucosio nella soluzione di KOH, aggiungendo 8mldella soluzione di blu di metilene. Si agita il tuttoomogeneizzando la soluzione che avrà unacolorazione blu che verrà messa sul banco da lavorosenza toccarla di nuovo. Entro 10 minuti l’indicatoresi trasformerà nella forma ridotta. Quando vieneeffettuato l’esperimento mettere la soluzione in uncontenitore aperto in modo da far entrare aria equindi ossigeno ed agitare vigorosamente, lasoluzione ridiventerà blu.

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SpiegazioneTramite una reazione di riduzione il glucosio rendeincolore il blu di metilene e il glucosio si ossida ad acidogluconico, che in ambiente alcalino si trasforma nellasoluzione acquosa del gluconato di sodio. Loscuotimento del matraccio sferico attiva l'ossigenodell'aria, che converte il blu di metilene da incolore acolorato; quanto più frequentemente si agita, tanto piùa lungo sì mantiene la colorazione blu.BibliografìaW Contributo della Ditta Hoechst AG, DiagonaL, Rivistadell'Università GH Siegen, 1992, 2, 92.

Beuta con blu di metilene

Beuta dopo agitazione

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Materiale necessario Un bicchiere di plastica. Dell'acqua. Un accendino.

Procedimento Riempire d'acqua il bicchiere fino all'orlo e, con somma cautela, accendere un accendino posizionando la fiamma sul fondo del bicchiere.

SpiegazioneUna persona di buon senso si aspetterebbe che laplastica del bicchiere fonda per il calore trasmessoledall’accendino, facendo dopo breve temporovesciare l'acqua. Quel che avviene invece è chel'acqua contenuta nel bicchiere assorbe, per lo piùper conduzione attraverso la plastica del bicchiere, ilcalore proveniente dalla fiamma fino a raggiungere icirca 100°C della sua temperatura di ebollizione. Aquesto punto inizia la fase di cambiamento di statodell'acqua liquida in vapore acqueo, durante la qualela temperatura delle pareti interne del bicchiere saràcostretta a rimanere costante fino a che tutta l'acquanon sarà evaporata.

Il bicchiere magico

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Il calore della fiamma viene cioè assorbito dall'acqua chebolle ed utilizzato come calore di evaporazione.L'esperimento dimostra tangibilmente l'efficaciadell'acqua come fluido refrigerante.

Il bicchiere di plastica non fonde

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