7 Maggio 2012 Indagine sugli ioni dei metalli alcalini

Data pubblicazione: May 06, 2012 1:45:25 PM

Gli elementi litio (Li), sodio (Na) e potassio (K), iniziano la seconda, terza e quarta riga della TPE e,

insieme a rubidio (Rb), cesio (Cs) e Francio (Fr), sono chiamati metalli alcalini.

Essi, insieme all’idrogeno costituiscono il gruppo IA.

Una becher contiene 4,24 grammi di cloruro di litio, sostanza formata da ioni Li+ e ioni Cl-,

avente formula LiCl, cristalli cubici e struttura come dal seguente disegno:

La formula LiCl = Li₁Cl₁, e il disegno, dicono che c’è un atomo di litio per ogni atomo di cloro.

Il disegno dice anche che non esistono singole molecole LiCl formate da due soli atomi,

Piuttosto esiste un aggregato regolare formato da schiere di ioni Li+ e Cl- che si alternano nelle tre dimensioni.

Questo aggregato si chiama solido ionico, in quanto formato da ioni (atomi con un numero di elettroni cambiato rispetto al numero di protoni).

Quanti elettroni ha uno ione Li+ ? .....2..... Quanti ne ha lo ione Cl- ? …...18.......

Quando guardiamo un minuscolo granello di polvere di cloruro di litio al microscopio scopriamo che esso è cubico.

Quel microscopico cubetto contiene milioni di volte più atomi di quelli del disegno che abbiamo visto sopra,

ma è così che dobbiamo immaginare i cristalli di LiCl e quelli del sale da cucina.

Abbiamo poi altri due becher:

una con NaCl (cloruro di sodio, il sale da cucina) contenente un ugual numero di atomi di sodio (Na+) e cloro (Cl-) e

una di KCl (cloruro di potassio), contenente anch’essa un ugual numero di atomi di potassio (K+) e cloro (Cl-).

Anche le altre due sostanze sono ioniche ed hanno la stessa struttura cubica del cloruro di litio.

Problema:

Le tre vaschette sono contrassegnate con A, B e C, ma non sappiamo quale contiene cloruro di litio, quale cloruro di sodio e quale coloruro di potassio.

1. Dobbiamo riconoscerle senza usare la bilancia e poi confermare ciò che abbiamo trovato con il saggio alla fiamma. 2. dobbiamo calcolare quanto pesano le altre due sostanze

Risoluzione 1

Le polveri nei tre becher hanno lo stesso numero di ioni litio, sodio e potassio, e anche gli ioni cloruro sono identici in tutte e tre le polveri.

Ci aspettiamo che il cristallo formato da ioni sodio sia un po' più grande di quello con gli ioni litio, e quello con gli ioni potassio sia ancora più grande.

Se le tre polveri sono nel fondo del becher però è difficile valutare quella in cui gli ioni occuperanno più volume. Quindi trasferiamo le sostanze in tre provette A, B, C, sperando di trovare differenze di livello visibili. Il risultato è nella seguente foto.

Come si vede la polvere che occupa più volume è la A, seguita dalla C e quella più bassa, anche se di poco, è la B.

Si deduce che il A ci sono gli ioni più grandi, quelli di potassio, seguiti dagli ioni del sodio, C e infine dagli ioni litio, B.

Passiamo in laboratorio per confermare quanto trovato. Infatti sappiamo che gli atomi di potassio devono dare una fiamma lilla, quelli di litio rossa e quelli di sodio giallo arancio. Vediamo la sequenza dei saggi alla fiamma effettuati sulle tre polveri, nell'ordine su A, poi B, poi C.

Risoluzione 2

Il peso atomico del cloro è 35,5, quello del litio 6,9, quello del sodio 23,0, quello del potassio (K) 39,1.

Sommando i pesi atomici calcoliamo il peso formula di:

LiCl = 6,9 + 35,5 = 42,4

NaCl = 23,0 + 35,5 = 58,5

KCl = 39,1 + 35,5 = 74,6

La quantità di LiCl era 4,24 grammi, cioè un decimo esatto del peso formula di LiCl.

Poiché gli atomi di sodio sono più pesanti, il peso formula è maggiore. Per prendere una quantità di polvere che contiene esattamente lo stesso numero di atomi di sodio e cloro, dovremo prenderne un decimo del peso formula, cioè 5,85 grammi.

Così anche per il cloruro di potassio: un decimo di 74,6, cioè 7,46 grammi conterranno tanti atomi quanti ce ne sono in 4,24 g di LiCl.

Ricapitolando:

LiCl = 4,24 grammi (provetta B)

NaCl = 5,85 grammi (provetta C)

KCl = 7,46 grammi (provetta A)

Pesiamo le polveri delle tre provette nelle vaschette da pesata e troviamo i seguenti risultati:

Considerando che un po' di sale si è perso nei vari trasferimenti, le quantità di KCl e NaCl sono di meno di quelle pesate inizialmente.

Però non di molto. Anche il dato delle pesate ci conferma che abbiamo riconosciuto correttamente le tre sostanze.

Che cosa abbiamo imparato da questo esperimento: che anche se gli atomi e gli ioni sono invisibili, essi causano qualcosa che vediamo bene: che volume occupano le sostanze, quali colori emettono alla fiamma, ecc.