Rame e ferro possono scambiare elettroni per reazione di

Rame e ferro possono scambiare elettroni per reazione di spostamento semplice tra
sale solfato e metallo, mutando la loro natura fisica da ione a metallo solido e
viceversa.
Abstract
In questa esperienza di laboratorio abbiamo messo in evidenza il comportamento in acqua dei sali
Solfato di rame e Solfato ferrico, in presenza di ferro metallico.
Le reazioni sono state allestite in acqua distillata, con Solfato ferrico e Solfato rameico e una
graffetta metallica in ferro.
L’introduzione di una graffetta metallica in entrambe le soluzioni ha dato avvio ad un processo di
imbrunimento e corrosione nel solfato rameico con depositi scuri (idrossidi di ferro), accompagnati
da una debolissima produzione di minuscole bolle gassose, mentre nel solfato ferrico si è instaurata
solo una produzione di bolle di gas più intensa e con bolle più grosse (idrogeno molecolare gassoso).
Nella soluzione di solfato rameico comparivano successivamente anche formazioni brune ma di
tonalità più arancione, ovvero rame metallico solido. Aggiungendo una nuova graffetta metallica ad
una miscela delle due soluzioni di partenza, le reazioni più importanti, precedentemente osservate
nella soluzione di solfato di rame, si sono manifestate in modo ancora più evidente a causa della
presenza in soluzione di ferro in forma già cationica.
Introduzione
In acqua, moltissimi sali dissociano completamente anche a temperatura ambiente, liberando gli ioni da cui
sono composti i loro cristalli. Questi ioni possono reagire con altre sostanze aggiunte all’acqua, dando
avvio a reazioni di scambio ionico o di spostamento di cationi.
In questa esperienza di laboratorio abbiamo cercato di mettere in evidenza il comportamento in acqua dei
sali Solfato di rame e Solfato ferrico, in presenza di ferro metallico.
Materiali e metodi
Per mettere in pratica questa esperienza di laboratorio abbiamo impiegato 2 beacker da 300 mL e una
provetta in vetro da 25 mL, operando con bacchette di vetro per le agitazioni. Inoltre le polveri saline sono
state pesate con una bilancia analitica. Altri materiali da lavoro generici sono stati: camice, guanti, occhiali.
Le reazioni sono state allestite in acqua distillata, mentre le sostanze impiegate sono state 4,5 g di Solfato
ferrico, 5,4 g di Solfato rameico, una graffetta metallica in ferro di massa 2,2 g e l’insegnante ha operato in
parallelo anche con una moneta di rame.
Le variazioni cromatiche e altri eventi visibili sono stati valutati per semplice osservazione diretta.
Risultati e discussione
La dissoluzione del Solfato di rame (di colore azzurro) ha dato origine ad una soluzione limpida azzurro
intenso, mentre la dissoluzione del Solfato ferrico (di colore giallo pastello) ha dato origine ad una
soluzione limpida giallo intenso.
L’introduzione di una graffetta metallica in entrambe le soluzioni ha dato avvio ad un processo di
imbrunimento e corrosione nel solfato rameico, accompagnato da una debolissima produzione di minuscole
bolle gassose e di un deposito molto scuro, mentre nel solfato ferrico si è instaurata solo una certa
produzione di bolle di gas ma decisamente più intensa e con bolle più grosse.
Nella soluzione di solfato rameico hanno cominciato a comparire anche formazioni brune ma di tonalità
più arancione.
Proseguendo, la colorazione della soluzione rameica andava leggermente schiarendosi, assumendo tonalità
verdine.
Riteniamo che le reazioni coinvolte nei fenomeni descritti possano essere descritte secondo quanto segue.
Innanzi tutto si è verificata la dissociazione dei sali:
1. Fe2(SO4)3 + H2O  2Fe+++ + 3SO4- - + H2O
2. CuSO4 + H2O  Cu++ + SO4- - + H2O
L’insegnante ci ha inoltre informato della presenza di reazioni paragonabili elle seguenti:
3. Fe+++ + 3H2O  Fe(OH)3 + 3H+ (o Fe(OH)2 + 2H+)
4. 2H+ (+ SO4- - ) + Fe(s) 
Quest’ultima reazione, secondo noi, si evolveva nel seguente modo:
 Fe++ (+ SO4- - ) + H2↑
dando ragione della produzione di bolle di gas nella soluzione di solfato ferrico.
Abbiamo quindi concluso, inoltre, che il deposito scuro sul fondo del beaker del solfato rameico fosse
idrossido ferrico Fe(OH)3 o più precisamente Fe(OH)2.
L’insegnante ha inoltre aggiunto che le stesse reazioni avvengono anche tra il rame cationico e l’acqua, ma
queste ultime sono meno favorite, in quanto il rame cationico ha una tendenza maggiore del ferro a restare
nella forma dissociata, anziché legata all’anione idrossido:
Cu++ + 2H2O  Cu(OH)2 + 3H+ meno favorita.
Il peso della graffetta corrosa nel solfato di rame era sceso a 2.01 g.
Successivamente l’esperienza è proseguita unendo uguali quantità dell’una e dell’altra soluzione in una
provetta da 25 mL, e aggiungendovi una nuova graffetta metallica.
Il colore delle soluzioni unite era diventato di un verde chiaro vivace.
Dopo diverse ore, però, il colore era diventato completamente giallo, come la soluzione iniziale di solfato
ferrico e la graffetta si era completamente ricoperta di uno spesso deposito color arancione “rame”. Inoltre
era presente un deposito nero sul fondo (il solito idrossido ferrico), sovrastato da una piccola porzione di
soluzione (circa il 20%) che anziché essere gialla era trasparente (effetto cromatico che non ci siamo
spiegati).
Osservando meglio, ci siamo accorti che anche il beaker del solfato rameico aveva prodotto un deposito
arancione sulla graffetta, anche se meno evidente. Ciò ci ha indotto a pensare che, in entrambi i casi, era
avvenuta la seguente reazione di spostamento con produzione di ferro cationico e di rame solido:
3CuSO4 + 2Fe(s) + H2O  3Cu(s) + 2Fe+++ + 3SO4- - + H2O
o, per ragioni chimiche a noi ancora sconosciute,
CuSO4 + Fe(s) + H2O  Cu(s) + Fe++ + SO4- - + H2O
nella quale è riscontrabile il deposito solido rameico.
Le tonalità verdi assunte dalla reazione col solo solfato di rame erano quindi dovute al sopraggiungere in
soluzione di ferro cationico giallo che andava mescolandosi all’azzurro del rame, il quale, a sua volta, stava
iniziando a calare. La colorazione gialla finale della provetta era quindi dovuta al fatto che il metallo
cationico presente nella soluzione era quasi esclusivamente ferro, perchè il rame cationico si era
trasformato quasi del tutto in metallo solido.
Le operazioni svolte in parallelo con la moneta di rame nelle stesse soluzioni non hanno dato origine a
risultati rilevanti.
Conclusioni
Possiamo quindi concludere che mentre il rame cationico è in grado di acquistare elettroni e diventare rame
metallico solido, il ferro viene costretto a perdere elettroni e trasformarsi in catione, restando in soluzione e
colorando l’acqua di giallo.