12 Dicembre: ancora iodio + zinco

Data pubblicazione: Dec 12, 2011 8:34:40 PM

Visti gli esiti scarsi delle risposte nel modulo online dello scorso 5 dicembre, ripetiamo l'esperimento passo per passo, e costruiamo una galleria fotografica, con la quale ci abitueremo a chiamare i tipi di materia con il loro giusto nome.

Abbiamo due set di dati sulle quantità di zinco e iodio combinate nel composto:

a) In base allo zinco rimasto: Zinco combinato = 0,34 g; Iodio combinato = 1,00 g

b) in base al composto pesato: Zinco combinato = 0,22 g; Iodio combinato = 1,00 g

La riflessione su questi dati e su quelli ottenuti il 12 dicembre è stata effettuata il 16 dicembre, dopo aver completato le didascalie delle foto.

In sintesi si ha che:

La classe ha stabilito che le masse di zinco combinato con un grammo (1,00 g +/-0,01) di iodio dovrebbero essere uguali per tutti e anche per la prova ripetuta dal professor Corona.

Ciò è vero non solo perché tutte le prove sono state fatte con un grammo di zinco e di iodio e più o meno la stessa quantità di acqua, ma anche perché riteniamo che tutti abbiano ottenuto lo stesso composto bianco, con un'unica formula e un'unica composizione, cioè con un preciso numero di atomi di iodio legati agli atomi di zinco.

Questa composizione e questo numero non dovrebbero cambiare facendo reagire quantità diverse di iodio e di zinco, così come l'acqua che si ottiene combinando ossigeno e idrogeno è sempre H₂O anche se si cambiano le quantità di ossigeno e di idrogeno che si mettono a reagire (quelle che reagiscono e quelle che avanzano cambieranno, ma quelle che si combineranno saranno sempre nello stesso rapporto: due atomi di idrogeno per ogni atomo di ossigeno).

Nonostante queste certezze i valori trovati oscillano tra 0,33 g e 0,47 g, cioè in un intervallo molto più ampio dell'incertezza della bilancia al centesimo. E' chiaro che ci sono errori di misura e di operatività. L'aver lasciato un po' di granelli di zinco nella vaschetta o sul bancone è stato calcolato come zinco reagito in più. Allo stesso modo, se una piccola quantità di zinco è rimasto nella provetta, a causa della fretta, per cui non è stato trasferito sul filtro e pesato, abbiamo ancora zinco avanzato considerato come se avesse reagito. Queste cause potrebbero spiegare i valori più alti di 0,40 g di Salvatori R e 0,47 g di Evangelista.

Il valore di 0,33-0,34 g, per lo Zn combinato, potrebbe essere considerato quello "normale", dato che così è risultato anche nell'esperimento fatto dal prof.

Ma l'esperimento ripetuto ci dà anche una seconda maniera per calcolare lo zinco combinato: partendo dalla massa del composto bianco di 1,22 g, sottraendo lo iodio in esso combinato che deve essere per forza 1,00 g, abbiamo solo 0,22 g di zinco combinato.

Anche in questo caso abbiamo avuto errori sperimentali: mentre la soluzione bolliva abbiamo perduto un po' di pezzetti di composto bianco che sono fuoriusciti quando la soluzione stava per seccarsi. Quindi il peso effettivo doveva essere un po' più di 0,22 g e così anche lo zinco combinato.

C'è anche una terza spiegazione: un po' di zinco potrebbe aver reagito con l'acqua (in quelle condizioni, con la superficie attaccata dallo iodio tutto è possibile) formando composti bianchi con l'idrogeno e/o l'ossigeno, quindi più leggeri dello ioduro di zinco, ma comunque con un consumo extra di zinco.

Abbiamo deciso che l'unica maniera per avvicinarci al valore vero consiste nel fare la media tra questi due valori: (0,22 + 0,34) : 2 = 0,28 grammi di zinco veramente combinato e finito nello ioduro di zinco.

Per avere un dato più preciso dovremmo sfruttare la reazione diretta dello zinco con lo iodio e partire da quantità maggiori delle due sostanze semplici (in modo da ridurre l'errore relativo).

Ma, come vedremo sotto, il dato "zinco combinato con 1 g di iodio = 0,28 +/- 0,06 g" è più che sufficiente per scoprire la formula del composto ioduro di zinco.

Se prendiamo la tavola periodica degli elementi chimici o la tabella dei pesi atomici degli elementi, in fondo al libro, troviamo che gli atomi di iodio hanno peso atomico relativo di circa 127 (126,90), mentre gli atomi di zinco pesano poco più della metà, circa 65 (65,39). In classe qualcuno ha detto che l'atomo di iodio pesa quasi il doppio dell'atomo di zinco. Allora come disegneremo i due atomi? Più o meno così:

Immaginiamo che gli atomi di iodio e zinco si siano combinati, cioè uniti, uno ad uno:

In questo caso, poiché ogni singolo atomo di iodio pesa quasi il doppio di ogni atomo di zinco, il peso dello iodio combinato dovrebbe essere circa il doppio dello zinco:

Questa ipotesi ci dà una quantità di zinco combinata di circa 0,5 g, quasi doppia di quella reale, che abbiamo trovato con gli esperimenti (la nostra media è 0,28 +/- 0,06 g). Quindi la formula ZnI non è adatta a spiegare ciò che abbiamo trovato sperimentalmente.

La quantità di iodio deve essere maggiore del doppio della quantità di zinco. Proviamo a combinare quindi un atomo in più di iodio:

Gli atomi di iodio combinati, in questo caso, saranno il doppio degli atomi di zinco e, poiché ognuno pesa quasi il doppio dello zinco, avremo un composto in cui la massa di iodio sarà quasi il quadruplo della massa dello zinco, il che è molto vicino a quanto da noi trovato: 1 g: 0,28 g = 3,6 volte più iodio che zinco.

Calcoliamo la quantità esatta di zinco che dovrebbe combinarsi se la formula fosse ZnI₂: il rapporto zinco su iodio deve essere 65,39 : (126,9+126,9) = 0,26.

Quindi ad un grammo di iodio dovrebbero combinarsi atomi di zinco in metà numero e avente massa di 0,26 g, poco superiore a un quarto. Questo risultato rispecchia bene il nostro risultato medio, 0,28 +/- 0,06 g.

Possiamo concludere che la formula ZnI₂ per il composto bianco ioduro di zinco è adeguata a spiegare i dati ottenuti.

Come controprova possiamo vedere quale potrebbe essere la corrispondenza sperimentale con la formula ZnI₃:

In questo caso gli atomi di zinco combinato sarebbero solo un terzo degli atomi di iodio messi a reagire, per cui avanzerebbe un quantitativo di zinco maggiore:

La quantità di zinco avanzato nel nostro esperimento non è così grande, perciò escludiamo che la formula possa essere ZnI₃.