Rame in acido nitrico, una dimostrazione affascinante

Rame in acido nitrico, una dimostrazione affascinante
A cura di Angelo Cimenis, Marco Falasca, Antonella Martini, Grazia Rizzo e dei seguenti
studenti del Portale di Chimica: Giacomo Rosa, Renzo Bussu, Mattia Danieli, Erika
Verrengia, Leonardo Liberti, Dario Costa, Alessio Ballocci, Stefano Del Bosco, Giulio
Maistrello, Luca Giurgolo, Alessio Giribuola,Tommaso Foscarin, Giorgio Radaele,
Alessandro Gallo
Copyright del Portale di Chimica del Majorana di Grugliasco , dicembre 2011
L’esperimento è stato realizzato il 29 novembre 2011 al Majorana di Grugliasco (TO), nel
tradizionale incontro settimanale. In quel pomeriggio si è verificato qualcosa di speciale : è
venuto, per salutarci e per lavorare con noi, il prof Angelo Cimenis, uno dei FONDATORI
STORICI del Portale www.itismajo.it/chimica ( attualmente presta servizio presso un’altra
scuola superiore). Quanti anni dal 2001-2002, anno d’avvio dell’attività di questo gruppo
straordinario!
Per dare un senso prezioso al pomeriggio , abbiamo riprodotto una reazione redox ben
conosciuta, ma rivisitata in chiave molto spettacolare! Leggiamo cosa ci ha scritto il prof
Cimenis il giorno seguente:
“Ebbene sì…. a volte ritornano ……….. che dire delle sensazioni e del piacere di
ritrovare gli amici di un tempo con cui avevo condiviso parte della mia vita lavorativa e
con cui avevo vissuto esperienze e momenti indimenticabili .... ma bando ai
sentimentalismi, è ora di raccontare e interpretare l’esperimento condotto e ripreso con
i provetti “ apprendisti-ricercatori” del Majorana. Il prof. Falasca nelle sue continue
peregrinazioni su siti e libri scientifici si è imbattuto in un nuovo video immesso in rete
da poco dalla RCS (Royal Society of Chemistry). In tale video veniva condotto un
esperimento interessante su una reazione redox molto conosciuta tra gli addetti:
l’ossidazione del rame per mezzo dell’ acido nitrico (nel video era anche contemplata la
spiegazione attraverso i potenziali standard di riduzione di alcuni metalli e alcune
specie ioniche sulla possibilità che questi metalli potessero o non potessero reagire).
Tuttavia la singolarità dell’esperimento e la sua bellezza visiva non era tanto dovuta
alle abituali variazioni dei colori che si hanno per questa reazione, quanto piuttosto al
fatto che, attraverso una serie di passaggi che verranno illustrati più avanti,, si hanno
ulteriori cambiamenti cromatici a seguito del passaggio del liquido da un recipiente (la
beuta) ad un altro (il pallone di vetro). ”
Il prof Cimenis continua:
“Andiamo con ordine segnalando le varie fasi.
• Preparazione dei materiali
E’ stato necessario, prima di procedere nell’esperimento, costruire con tubicini di
vetro e raccordi vari una specie di tubo a forma di U capovolto che potesse
pescare nei due recipienti, si sono montati i due sostegni e sono stati poi
inseriti un pallone di vetro e una beuta
• Realizzazione dell’esperimento
Nel pallone si sono introdotti circa 50mL di HNO3 conc. mentre nella beuta
si sono introdotti circa 200-250 mL di acqua ( la beuta era riempita per circa
i 2/3 ). Abbiamo quindi introdotto una parte del raccordo a forma di U nella
beuta immergendolo in profondità nell’acqua. Non ci siamo fidati di chiudere la
beuta con un tappo ermetico di gomma per timore che una variazione di
pressione notevole potesse compromettere la tenuta stessa del vetro della
beuta e, pertanto, abbiamo messo attorno al tappo di gomma del cotone. Nel
pallone di vetro abbiamo successivamente introdotto circa 5 g di trucioli di
rame e poi velocemente abbiamo introdotto l’altra parte del raccordo a U e
chiuso con il tappo di gomma. Immediatamente si è verificato l’attacco
dell’acido nitrico al rame e si è sviluppato il gas di colore rosso-bruno e la
soluzione ha assunto una colorazione verde- blu cupa intensa.
FOTO 2: nel palloncino stanno reagendo il rame e l’acido nitrico: si sviluppa un gas bruno scuro . Il gas, che è
NO2 , occupa tutto il volume e si muove nel tubicino ad U che collega il palloncino con la beuta contenente
acqua
Una parte del gas prodotto si è diffusa attraverso il raccordo a U andando a
confluire nella beuta; ciò ha determinato un aumento della pressione all’interno
della beuta ed ha conseguentemente spinto l’acqua a risalire attraverso il tubo a
U e passare dalla beuta al pallone di vetro. Il colore pertanto della soluzione
presente nel pallone è passato progressivamente da un verde-blu intenso a tonalità
di azzurro sempre più chiare a causa della continua diluizione della soluzione.
Terminata la reazione abbiamo controllato con una cartina indicatrice universale il
pH dei due liquidi nei due recipienti , verificando per entrambi degli ambienti
fortemente acidi (colorazione rossa della cartina).
FOTO 3: arriva nella beuta il gas NO2 , che interagisce con l’acqua.
FOTO 4: la pressione cresce nella beuta e , circa dopo circa 90 secondi, l’acqua comincia a salire nel tubo e
piano piano arriva… nel palloncino !
FOTO 5: scende l’acqua nel palloncino e si forma… una soluzione azzurra
FOTO 6: l’acqua della beuta si è trasferita quasi del tutto nel palloncino
FOTO 7: la conclusione dell’esperimento .
Ed ecco le spiegazioni:
“ Cosa è avvenuto
Nel pallone di vetro si è verificata la redox tra rame e acido nitrico
Cu(s) + 4HNO3(aq) → Cu(NO3)2(aq) + 2NO2(g) + 2H2O
Parte del biossido d’azoto (gas di colore rosso- bruno tossico e nocivo) prodotto si è
diffuso, attraverso il raccordo a U, nella beuta dove era presente l’acqua. La
pressione dovuta al biossido d’azoto e l’aria è quindi risultata maggiore rispetto
alla pressione inizialmente presente nella beuta e ciò ha prodotto la “
spinta”(pressione) sulla superficie dell’acqua che è quindi risalita attraverso il
raccordo a U fino ad arrivare a scendere nel pallone dove stava concludendosi
la redox tra rame e acido nitrico( in pratica l’acqua ha seguito un percorso
inverso al percorso seguito dal biossido d’azoto).
Il biossido d’azoto non solo ha esercitato una maggiore pressione sulla superficie
dell’acqua presente nella beuta ma ha reagito chimicamente, come quasi tutti gli
ossidi dei non metalli, con l’acqua stessa secondo la reazione di dismutazione
2NO2(g) + H2O(fredda)→ HNO3(aq) + HNO2(aq)
dove si nota la formazione di una soluzione fortemente acida (è il motivo per cui
la cartina indicatrice universale si colora di rosso).
Anche la soluzione presente nel pallone di vetro è decisamente acida sia perché
già la soluzione di partenza era acida (HNO3 conc.) ma anche perché il biossido
d’azoto prodotto dalla redox con il rame ha interagito con l’acqua della
soluzione di acido nitrico secondo la reazione di dismutazione:
2NO2(g) + H2O(calda)→ 2HNO3(aq) + NO(g)
( N.B. la reazione redox tra rame e acido nitrico è fortemente esotermica)”
Tantissimi saluti a tutti dal Portale di Chimica ed Educazione Scientifica
dell’ITIS Majorana di Grugliasco!
Copyright , dicembre 2011