22-02-2011 Atomi e molecole si muovono
Data pubblicazione: Feb 23, 2011 6:43:25 AM
1. Elettrolisi di una soluzione concentrata di ZnI2 su piastra Petri
Descrizione: si scioglie nella minima quantità di acqua distillata una spatolata del solido bianco (ioduro di zinco) ottenuto del precedente esperimento dalla combinazione tra le sostanze iodio e zinco. Si fissa un fermaglio zincato e piegato sul bordo della piastra in modo che la sua punta sia immersa nel liquido e, sul bordo opposto, si fissa una piccola lamina di rame aiutandosi con un altro fermaglio. La lamina di rame si collega al polo positivo di una batteria da 9 V, mentre il fermaglio piegato è collegato al polo negativo.
Dopo un po' inizia a formarsi una colorazione giallo-marrone (color tintura di iodio o betadine) sotto al polo positivo, mentre al polo negativo la parte immersa del fermaglio si ricopre di uno strato grigio scuro opaco. Dopo 5-10 minuti la colorazione marrone si espande fino a metà piastra, mentre sul fermaglio si vede come una "peluria", fatta di piccoli cristalli
Deduzioni: L'acqua scioglie lo ioduro di zinco perché tale sostanza è dalla soluzione acquosa che era stata ottenuta. L'energia elettrica della batteria separa gli atomi dello ioduro di zinco e rigenera le sostanze elementari con cui lo ioduro di zinco era stato ottenuto. Quindi nella formazione del composto gli atomi dello iodio e dello zinco non si erano completamente trasformati, o fusi assieme per sempre, né erano scomparsi, altrimenti non sarebbe stato possibile recuperare lo iodio e lo zinco.
Lo zinco va al polo negativo perché è sotto forma di ioni positivi (cioè atomi con carica elettrica positiva, informazione del prof.) mentre lo iodio va al polo positivo perché formato da ioni negativi. Lo iodio e lo zinco non possono però avere la stessa carica elettrica, poiché nel composto c'è un numero doppio di ioni iodio, quindi se così fosse in esso ci sarebbe un eccesso di carica negativa: Zn+ I- I- (impossibile perché +1 -1 -1 = -1). Tutte le sostanze devono essere infatti neutre, altrimenti ogni cristallo respingerebbe ogni altro e la sostanza non potrebbe essere unita. Quindi gli ioni zinco devono avere una carica positiva doppia per compensare le cariche negative di due ioni iodio: Zn++ I- I- (corretto perché +2-1-1 = 0).
2. Un po' di cristalli di ioduro di zinco e di ioduro di sodio solidi sono lasciati cadere da parti opposte di una piastra con acqua distillata al cui centro è stato posto un po' di nitrato di piombo. Nonostante la piastra sia immobile, dopo pochi secondi si formano due strisce solide giallo brillante, a metà strada tra il centro e i punti in cui erano stati depositati i due ioduri. Le strisce gialle all'inizio erano sottili e poi tendevano ad allargarsi.
Deduzioni. Con i due diversi ioduri (di sodio e di zinco) si è ottenuta la stessa reazione chimica e lo stesso solido giallo. Evidentemente in questa combinazione chimica il prodotto giallo contiene lo iodio. Soprattutto deduciamo che gli atomi carichi dello iodio (ioni ioduro) si sono mossi, e anche gli ioni piombo devono essersi spostati dal centro verso tutte le direzioni, fino a incontrarsi con gli ioni ioduro provenienti dai due lati opposti. Chiaramente si saranno mossi anche gli ioni (positivi) di zinco e sodio, senza però dare reazioni con il composto di piombo.
3. Acido cloridrico e ammoniaca alle estremità di un tubo di vetro. Dove si incontreranno?
Descrizione 1: apriamo una bottiglia di ammoniaca concentrata: non vediamo nessun fumo ma si sente un odore molto intenso, anche a distanza, e la richiudiamo subito. Apriamo una bottiglia di acido cloridrico concentrato e si vede solo una piccola quantità di fumo uscire e l'odore non è avvertito se non andando molto vicino.
Apriamo contemporaneamente le due bottiglie e le avviciniamo: si forma un fumo bianco molto denso, che tende a depositarsi formando una patina bianca solida polverosa.
Deduzione 1: evidentemente le molecole dell'acido cloridrico e quelle dell'ammoniaca a) si muovono nell'aria e b) quando si scontrano si combinano formando una nuova combinazione di atomi (la sostanza fumosa bianca). dato che questa è una sostanza diversa (nuova) che non si vede in ciascun gas separatamente, essa deve essere il risultato della reazione chimica tra acido cloridrico e ammoniaca.
Descrizione 2: in due batuffoli di cotone si mettono, in uno un po' di acido cloridrico concentrato e nell'altro un po' di ammoniaca concentrata, quindi i due batuffoli si infilano a chiudere le due estremità di un tubo di vetro lungo circa 40 centimetri disposto orizzontalmente. Dopo circa 2 minuti si vede che all'interno del tubo si forma un piccolo anello di fumo bianco, dello spessore di mezzo centimetro, a circa 15 centimetri dal batuffolo di acido cloridrico.
Deduzione 2: Le molecole di ammoniaca si sono mosse più velocemente di quelle di acido cloridrico, e per questo non si sono incontrate al centro del tubo, ma più verso l'estremità dell'acido cloridrico. La spiegazione di questa differenza è che le molecole di acido cloridrico devono essere più pesanti di quelle di ammoniaca. Molecole più pesanti si muovono più lentamente.
Il peso delle molecole (peso molecolare) può essere calcolato conoscendo il peso degli atomi (peso atomico) e le formule delle molecole. L'ammoniaca ha formula NH3 (un atomo di azoto = N e tre atomi di idrogeno = H). l'acido cloridrico ha molecole con formula HCl (un atomo di idrogeno, H, ed uno di cloro, simbolo Cl). I pesi atomici approssimati all'intero sono H = 1, N = 14, Cl = 35. Quindi per NH3 peso molecolare = 14 +1 + 1+ 1+1 = 17; per HCl p.m. = 1 + 35 = 36. Si trova così che, a causa della pesantezza dell'atomo di cloro, la molecola di HCl è pesante più del doppio della molecola dell'ammoniaca. Ecco perché l'ammoniaca si sposta più velocemente nel tubo.