Reazioni tra metalli alcalini ed alcalino terrosi ossidati con acqua deionizzata per la formazione di idrossidi

Autore: Andrea Bortolotti
Data: 11/03/2021 11:15-12:05
Materia: Chimica
Titolo: Reazioni tra metalli alcalini ed alcalino terrosi ossidati con acqua deionizzata

Indice

Introduzione
Sostanze utilizzate
Strumenti ed apparati utilizzati
- DPI
Procedimento con $Na, O_2$ ed $H_2O$
Procedimento con $Mg, O_2$ ed $H_2O$
Procedimento con $CaO$ ed $H_2O$
Conclusioni

Introduzione

Analizziamo le reazioni di metalli altamente reattivi di I e II gruppo con aria ed acqua deionizzata, al fine di approfondire i concetti di ossidi, idrossidi e carbonati, considerando e commentando le conclusioni tratte da esperimenti compiuti nei percorsi LSS Acidi e Basi, Combustione e Nascita del concetto di Gas e Nascita della chimica moderna con le nostre conoscenze attuali su modelli atomici ed interazioni tra atomi.

Sostanze utilizzate

Mg (Magnesio)
Na (Sodio)
Ca (Calcio)
H₂O
Lana di Ferro

Strumenti ed apparati utilizzati

Pinze
Vaschetta di Plastica
Vetrino da Orologio
Accendino
Becco Bunsen
Cartina da tornasole
Pipetta

DPI

Guanti plastici
Visore di plastica
Camice

Procedimento con $Na, O_2$ ed $H_2O$

Iniziare indossando guanti, visore e camice.

Materiali necessari

Na (Sodio metallico conservato sotto petrolio)
Pinze apposite per prelevare Na
H₂O

Sodio metallico conservato sotto benzina

Procedimento

Riempire una vaschetta di plastica con H₂O
Prelevare una pallina di Sodio con le pinzette dal barattolo contenente petrolio in cui era conservata
Inserire la pallina di Sodio nella vaschetta
Una volta finita la reazione, prendere una cartina da tornasole e immergere in acqua

Osservazioni ed interpretazione

In seguito ad una breve discussione collettiva, abbiamo concluso che appena Na, il sodio metallico, viene afferrato con le pinzette ed estratto dal petrolio, esso diventa $Na_2O$.

\[4Na + O_2 = 2Na_2O\]

In seguito dopo aver immerso l’appena ottenuto ossido di sodio in acqua, ottengo un idrossido; l’idrossido di sodio $NaOH$. $Na_2O + H_2O = 2NaOH$

La cartina da tornasole immersa nella vaschetta dopo la reazione ottiene colore blu, dunque il composto ottenuto ha una natura basica.

La reazione dura diversi secondi, nei quali il Sodio produce vapore acqueo, frizza e si muove sulla superficie dell’acqua deionizzata, quasi come in una danza.

Tale reazione libera molta energia (il sodio si muove producendo calore), infatti i metalli del I e II gruppo, sono infatti altamente reattivi al contatto con l’acqua.

Questo accade, nel caso del sodio, per trovare una forma chimicamente più stabile, l’idrossido di sodio.

Il sale da cucina, $Na^+Cl^-$, infatti non ha di questi problemi perché si trova nella forma più stabile possibile, in acqua dunque si disgrega soltanto in senso fisico.

Primo Levi parla del comportamento singolare del Sodio e delle sue reazioni, sia con l’acqua, sia con l’aria nel suo libro Il Sistema Periodico, riguardo alle similarità apparenti tra Sodio (Na) e Potassio (K), entrambi metalli alcalini:

Il sodio è un metallo degenere: è anzi un metallo solo nel significato chimico della parola, non certo in quello del linguaggio quotidiano. Non è né rigido né elastico, è anzi molle come la cera; non è lucente, o meglio, lo è solo se conservato con attenzioni maniache, poiché altrimenti reagisce in pochi istanti con l’aria ricoprendosi di una brutta cotenna ruvida: con anche maggiore rapidità reagisce con l’acqua, sulla quale galleggia (un metallo che galleggia!) danzando freneticamente e svolgendo idrogeno

Levi parla di un episodio in cui doveva eseguire la distillazione del Benzene, ma utilizzò il Potassio invece del Sodio, con conseguenze esplosive

Il potassio, come ho detto, è gemello del sodio, ma reagisce con l’aria e con l’acqua con anche maggiore energia: è noto a tutti (ed era noto anche a me) che a contatto con l’acqua non solo svolge idrogeno, ma anche si infiamma. Perciò trattai il mio mezzo pisello (il grumo di potassio) come una santa reliquia; lo posai su di un pezzo di carta da filtro asciutta, ne feci un involtino, discesi nel cortile dell’Istituto, scavai una minuscola tomba e vi seppellii il piccolo cadavere indemoniato. Ricalcai bene la terra sopra e risalii al mio lavoro.

Presi il pallone ormai vuoto, lo posi sotto il rubinetto ed aprii l’acqua. Si udì un rapido tonfo, dal collo del pallone uscì una vampa diretta verso la finestra che era vicina al lavandino, e le tende di questa presero fuoco.

Dopo aver risolto il problema dell’incendio, Levi scopre su uno dei cocci del pallone una macchiolina bianca, la quale era stata dimostrata basica dopo un test con fenolftaleina, quindi probabilmente si trattava di idrossido di potassio formato da un frammento minuscolo di potassio che non doveva essere presente nel pallone già pulito.

Infine, Primo Levi conclude che:

occorre diffidare del quasi-uguale (il sodio è quasi uguale al potassio: ma col sodio non sarebbe successo nulla), del praticamente identico, del pressapoco, dell’oppure, di tutti i surrogati e di tutti i rappezzi. Le differenze possono essere piccole, ma portare a conseguenze radicalmente diverse, come gli aghi degli scambi; il mestiere del chimico consiste in buona parte nel guardarsi da queste differenze, nel conoscerle da vicino, nel prevederne gli effetti. Non solo il mestiere del chimico.