14-12-10 Cristallizzazione

Data pubblicazione: Dec 14, 2010 7:43:29 AM

QUESTIONARIO DA FARE INDIVIDUALMENTE DOPO AVER STUDIATO BENE LO SVOLGIMENTO DEL PROBLEMA SU QUESTA PAGINA. Entro lunedì 20.

Il Problema:

La composizione dei cloruri di un sale dietetico a basso contenuto di sodio è del 39% di cloruro di sodio (NaCl) e del 61% di cloruro di potassio (KCl). Sfruttando il diverso andamento della solubilità dei due sali con la temperatura (vedi tabella seguente) si dovrà preparare un campione di KCl puro.

Concetti:

La cristallizzazione è una tecnica di separazione di una sostanza solida che sfrutta la diversa solubilità del componente da separare in un adatto solvente e il fatto che quando i cristalli crescono abbastanza lentamente incorporano esclusivamente molecole identiche della stessa sostanza.

Concentrazione: misura la quantità di soluto disciolto in una quantità (volume o massa) unitaria di soluzione

Soluzione satura: una soluzione che contiene la massima concentrazione di soluto ad una data temperatura, in presenza di un eccesso di soluto solido (non disciolto).

Soluzione soprassatura: si ottiene saturando una soluzione a temperatura alta, sciogliendo però il solido completamente, e poi lasciando raffreddare la soluzione indisturbata a temperatura ambiente. La soluzione soprassatura, infatti, è instabile e tende a cristallizzare facilmente.

Per risolvere il problema abbiamo

1. pesato 23 grammi di prodotto che, dall'etichetta, risulta contenere il 35% di cloruro di sodio. Quindi il campione conteneva circa 23·0,35 = 8 grammi di NaCl.

2. aggiunto circa 40 mL di acqua, poi portati all'ebollizione in una beuta. Anche rimanendo a lungo all'ebollizione non tutto il prodotto si scioglieva, e ciò che restava erano evidenti cristallini del miscuglio di sali.

3. la soluzione satura a caldo è stata filtrata rapidamente in una beuta da vuoto. Il liquido era inizialmente limpido ma, dopo pochi secondi, con il raffreddamento nella beuta, iniziava a intorbidirsi per la formazione di minuscoli cristalli bianchi.

4. il liquido dalla beuta, ancora tiepido, è stato trasferito in un cilindro graduato per valutarne il volume, che è risultato di circa 33 mL.

5. La sospensione ancora tiepida è stata raffreddata nella beuta da vuoto sotto acqua corrente e si sono formati molti altri cristalli, poi aggiunti nel cilindro, anch'esso raffreddato. Alla fine il sale cristallizzato aveva uno spessore sul fondo di circa 5 mL.

6. all'assaggio il sale cristallizzato aveva un sapore completamente diverso dal normale sale da cucina.

Interpretazione

Osservando il grafico (simile a quello del libro a pag. 350) vediamo che la solubilità dell'NaCl è quasi indipendente dalla temperatura, mentre quella del KCl diminuisce molto al diminuire della temperatura. A 40 °C i due sali hanno la stessa solubilità.

Poiché abbiamo cristallizzato la soluzione a 25°, vediamo dal grafico che in essa dovrebbero esservi disciolti fino a 34 g di KCl e fino a 38 g di NaCl per ogni 100 mL.

Dato che avevamo circa 33 mL (un terzo di 100 mL), nella soluzione satura dovrebbero essere presenti fino a 12,6 g di NaCl (un terzo di 38 g) e fino a 11,3 g di KCl (un terzo di 34 g), nell'ipotesi che la presenza di un sale non influenzi la solubilità dell'altro sale.

(Qui nasce una nuova domanda: la solubilità di un sale in acqua è la stessa se nell'acqua c'è sciolto anche un altro sale? Secondo dovrà essere minore o maggiore? Perché? Come si può progettare un esperimento per verificare quale delle ipotesi è giusta?)

Andando avanti con l'interpretazione dell'esperimento, se avevamo al massimo circa 8 grammi di cloruro di sodio nel campione iniziale, e tenendo conto che non tutto era stato disciolto, dato che possono sciogliersene più di 12 grammi in quella quantità, possiamo concludere con certezza che nemmeno un cristallo di NaCl può essere cristallizzato. Deduciamo che ciò che è cristallizzato deve essere KCl.

In effetti abbiamo trattato il 65% di 23 grammi, quindi 23 g · 0,65 = 15 grammi;

poiché come abbiamo visto a 25°C (in realtà siamo scesi a temperature nettamente inferiori) si possono sciogliere fino a 11,3 g di KCl in 33 mL di acqua, avremo ottenuto almeno 3 o 4 grammi di cristalli di KCl puro dei 15 grammi che erano mescolati nel campione iniziale.

Come fare per essere sicuro che i cristalli sono formati solo da KCl? Un metodo molto semplice consiste nell'osservarli al microscopio e confrontarli con i cristalli di NaCl (cubici).

Diagramma di flusso e di principio costruito con i sette presenti il giorno 17 Dicembre