Data pubblicazione: Nov 26, 2011 12:55:41 AM
Dopo 15 giorni di studi siamo arrivati ad una descrizione soddisfacente di che cosa si intende con sostanza chimica:
Per mettere alla prova i nuovi concetti iniziamo con l'osservare lo strano comportamento del MAGNESIO
Il nastro di magnesio come materiale ha le seguenti proprietà: è un solido abbastanza flessibile, non molto tenace perché si rompe anche con le mani. È grigio metallico, avendo un aspetto simile all’alluminio. È anche poco denso, perché un pezzo di nastro lungo trenta centimetri arriva a pesare solo mezzo grammo.
La sostanza che forma questa materia è una sostanza semplice, cioè formata da atomi di un unico tipo, chiamati magnesio, simbolo Mg.
Nell’esperimento di oggi cerchiamo di scaldare il pezzo di magnesio da 0,5 g per provocarne la fusione. Il magnesio dovrebbe fondere e le gocce di liquido cadere sul piattino di raccolta, raffreddarsi e diventare di nuovo magnesio solido.
Scaldando con un accendino antivento, che ha una temperatura più alta di quelli normali, è accaduto qualcosa di diverso da quanto atteso: all’improvviso l’estremità è diventata bianca, si è accesa e ha prodotto un grande bagliore accecante. Dei fumi bianchi salivano in alto e dopo un po’ hanno invaso tutta la stanza. L’unica cosa che è caduta in basso erano dei pezzetti bianchi, fragili e polverosi. Ripetendo il riscaldamento per completare la trasformazione anche al pezzo rimasto metallico, si è visto che il nastro ha conservato la forma nel diventare bianco, rimanendo appeso al sostegno, segno che in nessun momento era mai fuso. Anche se la forma era la stessa del nastro non si poteva dire che fosse rimasto lo stesso materiale, fatto della sostanza magnesio. Era bianco e fragilissimo: è infatti bastata una minima vibrazione per farlo cadere frantumarlo. Avevamo certamente un nuovo materiale, non metallico, molto fragile, bianco e polveroso. Una nuova sostanza. Dunque, quella a cui avevamo assistito doveva essere una trasformazione chimica, non fisica.
Questo video di youtube mostra come si potrebbe effettuare l'esperimento senza provocare ustioni e fusioni della plastica.
Abbiamo provato a recuperare parte del fumo raccoltosi sul coperchio come strato compatto e tutta la polvere un po’ più compatta caduta in giro per ripesarla, ottenendo solo 0,3 grammi. Meno degli 0,5 g iniziali. Ma non possiamo concludere nulla perché sicuramente molta materia era andata persa con i fumi. Per controllare il cambiamento di peso si dovrà ripetere l’esperimento riscaldando il magnesio in modo controllato ed evitando di far uscire i fumi, che sono fatti della stessa polvere bianca che abbiamo potuto raccogliere.
Il fatto che la materia era completamente diversa, e non poteva essere più fatta della stessa sostanza magnesio, creava ora un grosso problema: come possono gli atomi di magnesio da soli formare una sostanza diversa?
Sono state fatte ipotesi poco convincenti, dicendo ad esempio che gli atomi del magnesio si sarebbero distaccati l'uno dall'altro formando il solido bianco polveroso. Se anche così fosse non avremmo avuto una trasformazione chimica, ma una fisica. E non si capirebbe da dove si sarebbe sprigionata tutta quell’energia!
Il problema è stato risolto notando un piccolo dettaglio: avvicinando il coperchio sul magnesio rimasto acceso e chiudendolo, questo si è spento subito (non prima di aver causato la fusione della plastica del recipiente). Riccardo ha detto che il magnesio bruciava e per farlo aveva bisogno di ossigeno.
Quindi non era il magnesio da solo a trasformarsi, ma il magnesio insieme a un’altra sostanza semplice, l’ossigeno. L’ossigeno dell’aria è formato da molecole con due atomi: O2.
Le formule delle sostanze che hanno provocato la trasformazione chimica sono quindi
Mg(s) + O2(g) dove la (s) indica solido, la (g) gassoso.
Qualcun altro ha detto che gli atomi di magnesio e quelli di ossigeno si dovevano unire. In effetti non si intravedono altre possibilità! Due sostanze semplici non possono far altro che combinarsi.
Quindi la polvere bianca sarebbe formata dall’unione di atomi di magnesio e ossigeno. Per la formula della sostanza bianca, chiamata ossido di magnesio o magnesia, è stato proposto MgO2.
In realtà quando gli atomi modificano la disposizione non lo fanno rispettando banali regole matematiche, tipo Mg + O2 = MgO2.
Anche gli atomi hanno una struttura complessa, ed è questa che decide quanti atomi di un tipo potranno combinarsi con quelli di un altro tipo. Per esempio uno di ossigeno può combinarsi con due di idrogeno O2(g) + H2(g) --> H2O(l) dove (l) = liquido (l’atomo di ossigeno che avanza andrà a formare un’altra molecola d’acqua).
Nel nostro caso un atomo di magnesio può combinarsi solo con un atomo di ossigeno, quindi la formula sarà: MgO.
La trasformazione vista si potrà descrivere perciò in modo completo in questo modo:
Mg (s) + O2 (g) --> MgO (s) + calore e luce
(anche in questo caso l’atomo di ossigeno che avanza servirà per formare una seconda molecola di MgO).
Per quanto riguarda l’aumento o la diminuzione di peso abbiamo avuto due ipotesi:
A) Nicholas: il peso deve aumentare perché ora abbiamo anche gli atomi di ossigeno oltre quelli di magnesio che avevamo pesato all’inizio
B) Alessandro: il peso deve diminuire perché quando qualcosa brucia rimane solo la cenere che è molto più leggera del combustibile iniziale.
Intuitivamente le ragioni di Alessandro sembrano quelle più facilmente valide e più sostenibili dall’esperienza. Ma quelle di Nicholas sono inevitabili. Le due sostanze semplici non possono far altro che combinarsi, dunque aumentare di peso. Evidentemente questo tipo di combustione del magnesio avrà delle differenze rispetto alla combustione di un pezzo di legno.
La perdita di materia che se n’è andata con i fumi ci impedisce di considerare attendibile la pesata da 0,3 g e di vedere direttamente quale ipotesi sia più accurata. Quindi rinviamo la conferma ad un esperimento di laboratorio in condizioni più controllate.