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  1. Compiti ed Appunti Scolastici/

Reazioni tra metalli alcalini ed alcalino terrosi ossidati con acqua deionizzata per la formazione di idrossidi

·1477 parole·7 min·🙈 ·
Autore
Andrea Bortolotti
Data
11/03/2021 11:15-12:05
Materia
Chimica
Titolo
Reazioni tra metalli alcalini ed alcalino terrosi ossidati con acqua deionizzata

Indice #

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  • Table of Contents - Indice {:toc}

Introduzione #

Analizziamo le reazioni di metalli altamente reattivi di I e II gruppo con aria ed acqua deionizzata, al fine di approfondire i concetti di ossidi, idrossidi e carbonati, considerando e commentando le conclusioni tratte da esperimenti compiuti nei percorsi LSS Acidi e Basi, Combustione e Nascita del concetto di Gas e Nascita della chimica moderna con le nostre conoscenze attuali su modelli atomici ed interazioni tra atomi.

Sostanze utilizzate #

  • Mg (Magnesio)
  • Na (Sodio)
  • Ca (Calcio)
  • H2O
  • Lana di Ferro

Strumenti ed apparati utilizzati #

  • Pinze
  • Vaschetta di Plastica
  • Vetrino da Orologio
  • Accendino
  • Becco Bunsen
  • Cartina da tornasole
  • Pipetta

DPI #

  • Guanti plastici
  • Visore di plastica
  • Camice

Procedimento con $$ Na, O_2 $$ ed $$ H_2O $$ #

Iniziare indossando guanti, visore e camice.

Materiali necessari #

  • Na (Sodio metallico conservato sotto petrolio)
  • Pinze apposite per prelevare Na
  • H2O

{% picture loaded /data/img/chimica/percorsi/ossidi-idrossidi/sodio-metallico.jpg –alt Sodio metallico conservato sotto benzina %}

Procedimento #

  • Riempire una vaschetta di plastica con H2O
  • Prelevare una pallina di Sodio con le pinzette dal barattolo contenente petrolio in cui era conservata
  • Inserire la pallina di Sodio nella vaschetta
  • Una volta finita la reazione, prendere una cartina da tornasole e immergere in acqua

Osservazioni ed interpretazione #

{% picture loaded /data/img/chimica/percorsi/ossidi-idrossidi/sodio-metallico-acqua.png –alt Sodio metallico galleggia in acqua %}

In seguito ad una breve discussione collettiva, abbiamo concluso che appena Na, il sodio metallico, viene afferrato con le pinzette ed estratto dal petrolio, esso diventa $Na_2O$.

$$ 4Na + O_2 = 2Na_2O $$

In seguito dopo aver immerso l’appena ottenuto ossido di sodio in acqua, ottengo un idrossido; l’idrossido di sodio $NaOH$. $$ Na_2O + H_2O = 2NaOH $$

La cartina da tornasole immersa nella vaschetta dopo la reazione ottiene colore blu, dunque il composto ottenuto ha una natura basica.

La reazione dura diversi secondi, nei quali il Sodio produce vapore acqueo, frizza e si muove sulla superficie dell’acqua deionizzata, quasi come in una danza.

Tale reazione libera molta energia (il sodio si muove producendo calore), infatti i metalli del I e II gruppo, sono infatti altamente reattivi al contatto con l’acqua.

Questo accade, nel caso del sodio, per trovare una forma chimicamente più stabile, l’idrossido di sodio.

Il sale da cucina, $Na^+Cl^-$, infatti non ha di questi problemi perché si trova nella forma più stabile possibile, in acqua dunque si disgrega soltanto in senso fisico.

Primo Levi parla del comportamento singolare del Sodio e delle sue reazioni, sia con l’acqua, sia con l’aria nel suo libro Il Sistema Periodico, riguardo alle similarità apparenti tra Sodio (Na) e Potassio (K), entrambi metalli alcalini:

Il sodio è un metallo degenere: è anzi un metallo solo nel significato chimico della parola, non certo in quello del linguaggio quotidiano. Non è né rigido né elastico, è anzi molle come la cera; non è lucente, o meglio, lo è solo se conservato con attenzioni maniache, poiché altrimenti reagisce in pochi istanti con l’aria ricoprendosi di una brutta cotenna ruvida: con anche maggiore rapidità reagisce con l’acqua, sulla quale galleggia (un metallo che galleggia!) danzando freneticamente e svolgendo idrogeno

Levi parla di un episodio in cui doveva eseguire la distillazione del Benzene, ma utilizzò il Potassio invece del Sodio, con conseguenze esplosive

Il potassio, come ho detto, è gemello del sodio, ma reagisce con l’aria e con l’acqua con anche maggiore energia: è noto a tutti (ed era noto anche a me) che a contatto con l’acqua non solo svolge idrogeno, ma anche si infiamma. Perciò trattai il mio mezzo pisello (il grumo di potassio) come una santa reliquia; lo posai su di un pezzo di carta da filtro asciutta, ne feci un involtino, discesi nel cortile dell’Istituto, scavai una minuscola tomba e vi seppellii il piccolo cadavere indemoniato. Ricalcai bene la terra sopra e risalii al mio lavoro.

Presi il pallone ormai vuoto, lo posi sotto il rubinetto ed aprii l’acqua. Si udì un rapido tonfo, dal collo del pallone uscì una vampa diretta verso la finestra che era vicina al lavandino, e le tende di questa presero fuoco.

Dopo aver risolto il problema dell’incendio, Levi scopre su uno dei cocci del pallone una macchiolina bianca, la quale era stata dimostrata basica dopo un test con fenolftaleina, quindi probabilmente si trattava di idrossido di potassio formato da un frammento minuscolo di potassio che non doveva essere presente nel pallone già pulito.

Infine, Primo Levi conclude che:

occorre diffidare del quasi-uguale (il sodio è quasi uguale al potassio: ma col sodio non sarebbe successo nulla), del praticamente identico, del pressapoco, dell’oppure, di tutti i surrogati e di tutti i rappezzi. Le differenze possono essere piccole, ma portare a conseguenze radicalmente diverse, come gli aghi degli scambi; il mestiere del chimico consiste in buona parte nel guardarsi da queste differenze, nel conoscerle da vicino, nel prevederne gli effetti. Non solo il mestiere del chimico.

Procedimento con $$ Mg, O_2 $$ ed $$ H_2O $$ #

Iniziare indossando guanti, visore e camice.

Materiali necessari #

  • Mg (Magnesio in nastro)
  • Becco Bunsen per fornire abbastanza energia (non accendino)
  • H2O
  • Vetrino da Orologio
  • Lana di ferro

Procedimento #

  • Prendere il magnesio attraverso delle pinzette.
  • Strofinare una retina di lana di ferro per pulire il nastro di magnesio dallo strato già ossidato
  • Accendere un becco Bunsen per fornire l’energia per la combustione del nastro di Magnesio
  • Una volta finita la combustione, inserire il Magnesio in un vetrino da orologio ed aggiungere $H_20$ attraverso una pipetta
  • Immergere una cartina da tornasole nella soluzione con Mg ed $H_2O$

Osservazioni ed interpretazione #

Per via della sua brillante luce bianca, quasi accecante, abbiamo intuito l’uso del magnesio in nastri e fuochi d’artificio.

{% picture loaded /data/img/chimica/percorsi/ossidi-idrossidi/magnesio-combustione.png –alt Combustione del Magnesio %}

Si libera tanta luce che sembra di guardare il Sole!

Dopo alcuni secondi, il magnesio in combustione ha spaccato il vetrino da orologio: non bisogna spostare il Magnesio in combustione su un vetrino da orologio, meglio tenerlo tra le pinze.

Ognuno ha scritto sul proprio quaderno la formula della reazione di combustione (una trasformazione che grazie ad un innesco genera una fiamma che produce luce, calore e fumo, consumando un materiale, talvolta lasciando residuo, in presenza di aria) avvenuta con il Magnesio.


Queste sono le formule che abbiamo scritto sulla lavagna.

$$ 2Mg^{+2} + O^{-2}_2 = 2MgO $$

In seguito viene immerso l’appena ottenuto ossido di Magnesio in acqua, ottenendo un idrossido; l’idrossido di Magnesio $Mg(OH)_2$. La natura dell’idrossido di Magnesio è basica:dopo aver immerso la cartina da Tornasole essa si è colorata di blu.

$$ MgO + H_2O = Mg(OH)_2 $$

Procedimento con $$ CaO $$ ed $$ H_2O $$ #

Iniziare indossando guanti, visore e camice.

Materiali necessari #

  • CaO (ossido di Calcio)
  • H2O
  • Vetrino da Orologio

Procedimento #

  • Prendere l’ossido di Calcio attraverso delle pinzette.
  • Inserire l’ossido di Calcio in un vetrino da orologio ed aggiungere $H_20$ attraverso una pipetta
  • Immergere una cartina da tornasole nella soluzione con Ca ed $H_2O$

Osservazioni ed interpretazione #

Queste sono le formule che abbiamo scritto sulla lavagna.

$$ 2Ca^{+2} + O^{-2}_2 = CaO $$

CaO, ossido di Calcio, viene anche chiamato “calce viva”. La calce viva è utilizzata per rivestire le case, ed è il prodotto della calcinazione del carbonato di calcio. Mescolando calce viva con aria fissa ($CO_2$) infatti otteniamo il carbonato di calcio.

Anche dopo la calcinazione del Rame in ossido di Rame la massa finale aumentava, per via dell’aggiunta di $CO_2$ aeriforme. Per indicare la natura aeriforme di $CO_2$, aggiungo una freccia verso l’alto nella formula. Nel caso del carbonato di rame ottengo l’ossido di Rame, in questo caso ossido rameico perché il numero di ossidazione del rame utilizzato nella formula è il maggiore tra i due: +2 invece di +1.

$$ CaO + CO_2 \uparrow = CaCO_3 $$ ossido di Calcio + aria fissa = carbonato di Calcio $$ CuO + CO_2 \uparrow = CuCO_3 $$ ossido rameico + aria fissa = carbonato di Rame

Parlando di aria fissa, abbiamo rammentato l’origine di tale termine: la scoperta di Black, che decise di studiare l’invisibile raccolto da Hales per mezzo del bagno pneumatico: piccoli animaletti morivano in un ambiente saturo di questo gas invisibile e non si poteva svolgere una calcinazione in presenza di tale gas, dunque lo chiamò “aria fissa” perché sembrava aria “fissata all’interno”.

In seguito viene immerso l’ossido di Calcio in acqua, ottenendo un idrossido; l’idrossido di Calcio, anche chiamato “calce spenta” oppure “acqua di calce” $Ca(OH)_2$. Immergendo una cartina da tornasole nel vetrino, osserviamo che la calce spenta ha natura basica.

$$ CaO + H_2O = Ca(OH)_2 $$


Conclusioni #

  • Gli idrossidi si formano a partire dagli ossidi inseriti nell’acqua ed hanno una natura basica.
  • I carbonati si formano a partire dall’unione di ossidi di elementi con aria fissa.