Lezioni dell'unità 6 La reazione di alcuni metalli ... - ZyXEL NSA210

Liceo Lugano 2. Corso base di chimica. Unità 6__________________________________________________________________Lezioni dell’unità 6Presentazione della lezione: videate 89-96Libro di testo: capitoli 5, 14.La reazione di alcuni metalli con l’acqua.Litio (Li), Sodio (Na) e Potassio (K) sono tre metalli moltoteneri: si possono tagliare con una forbice. La superficieappena tagliata è grigia lucente, tipicamente metallica; poirapidamente si oscura e si ricopre di una strato di ossido perreazione con l’ossigeno dell’aria.Tutti e tre reagiscono con l’acqua: il litio Li dà una reazionedolce ben visibile per la produzione di bollicine di gas mentrele dimensioni del corpo solido diminuiscono piano piano finchéscompare; il potassio K appena a contatto con l’acqua siincendia e scompare rapidissimamente; il sodio Na impiega piùtempo per scomparire completamente ma la sua reazione può essereesplosiva: il solido corre “a reazione” sulla superficiedell’acqua sviluppando gas che in taluni casi si incendiaesplodendo con un botto violento.Calcio (Ca) e magnesio (Mg) sono pure dei metalli e reagisconodolcemente con l’acqua analogamente al litio.Aggiungendo della fenolftaleina alla soluzione nella quale èscomparso il metallo, la soluzione diventa rosa-violetta. Lacartina di tornasole immersa nella stessa soluzione diventainvece blu.Tutti questi effetti vengono annullati dall’aggiunta di unasoluzione acida (per es. una soluzione acquosa di acidosolforico): la fenolftaleina si scolora, il tornasole diventadapprima verde-giallo, poi rosso.Analogamente, le soluzioni ottenute dalla reazione in acqua deimetalli Na, K, Li, Ca, Mg annullano l’effetto delle soluzioniacide sugli indicatori.Le soluzioni ottenute dalla reazione dei metalli Na, K, Li, Ca,Mg conducono la corrente elettrica, quindi contengono ioni.Analogamente conducono la corrente elettrica le soluzioni degliacidi.Le soluzioni che annullano gli effetti delle soluzioni acide sidicono soluzioni basiche. I composti che sciogliendosi in acquagenerano soluzioni acide si dicono acidi; i composti chesciogliendosi in acqua generano soluzioni basiche si diconobasi.©CD/LiLu2 Pagina 1 di 5

Liceo Lugano 2. Corso base di chimica. Unità 6__________________________________________________________________Dunque i metalli osservati reagiscono con l’acqua generandosoluzioni basiche e sviluppando un gas infiammabile edesplosivo.E’ improprio dire che questi metalli “si sciolgono in acqua”:essi danno con l’acqua una reazione vera e propria, si ossidanoe passano in soluzione in forma di ione.Quando invece un composto si scioglie in un solvente (come lozucchero o NaCl o l’etanolo in acqua, oppure una lacca inacetone, ecc.) esso si disperde omogeneamente nel solventemantenendo intatta la sua natura chimica.Depositando una soluzione acida su una striscia di cartina ditornasole tra due elettrodi si osserva che la macchia rossagenerata dalla soluzione acida “corre” verso l’elettrodo negativo:quindi l’acidità di una soluzione è caratterizzata dalla presenzain soluzione di uno ione positivo particolare.Figura 1: la macchia rossa inizialmente equidistantedai due elettrodi "migra" verso il polo negativoDepositando allo stesso modo una soluzione basica sulla strisciadi cartina di tornasole si osserva una macchia blu che “corre”verso l’elettrodo positivo: quindi la basicità di una soluzioneè caratterizzata dalla presenza nella soluzione di uno ionenegativo particolare.Tutti gli acidi hanno in comune solo l’elemento idrogeno (es:HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 , HF, CH 3 COOH). Quando si elettrolizza unasoluzione acida all’elettrodo negativo si sviluppa sempredell’idrogeno.Lo ione caratteristico delle soluzioni acide deve perciò esserelo ione H + acquoso o H + (aq) (aq: sciolto in acqua), la cuiconcentrazione [H + ] determina il grado di acidità dellasoluzione stessa 1 .1Il grado di acidità di una soluzione acquosa si esprime con il valore di pH.pH = - log[H + ]; nell’acqua neutra a 25°C [H + ] = 10-7 mol/L, quindi pH = 7. Nellesoluzioni acide [H+] > 10-7, quindi pH < 7; nelle soluzioni basiche [H+]< 10-7,quindi pH > 7©CD/LiLu2 Pagina 2 di 5

Liceo Lugano 2. Corso base di chimica. Unità 6__________________________________________________________________Quindi le soluzioni acide sono soluzioni che contengono ioniH + (aq).Gli acidi sono quindi composti che in acqua liberano ioni H +(aq) 2 .Tra i composti più importanti che si comportano da basi troviamogli idrossidi dei metalli: KOH, NaOH, LiOH, Ca(OH) 2 , Mg(OH) 2 .Dato che le loro soluzioni conducono la corrente elettrica(quindi contengono ioni) e che i metalli in soluzione assumonosempre carica positiva, il responsabile dalla basicità dellesoluzioni basiche (o alcaline) deve essere lo ione contenente ilgruppo OH con carica negativa (in effetti la macchia blu “corre”verso il polo +) detto ione idrossido OH - .Quindi una soluzione basica contiene ioni OH - (aq).Una base è un composto che in acqua libera (o genera) ioni OH -(aq).Altre basi importanti sono l’ammoniaca (NH 3 ) e composti organici(cioè del carbonio) contenenti azoto (per es: metilamminaCH 3 NH 2 , caffeina, nicotina,…).A questo punto possiamo spiegare la reazione dei metalli K, Na,Li, Ca, Mg in acqua con un’equazione chimica:2 K(s) + 2 H 2 O(l) 2 K + (aq) + H 2 (g) + 2 OH - (aq)Analogamente Na, Li, Cs, Fr.Ca(s) + 2 H 2 O(l)Ca 2+ (aq) + H 2 (g) + 2 OH - (aq)Analogamente gli altri elementi delle stesse colonne dellaTavola Periodica.Questi metalli che generano soluzioni basiche o alcaline vengonodenominati metalli alcalini (quelli della colonna 1 della TP),metalli alcalino-terrosi (quelli della colonna 2).I metalli delle colonne 3-12 vengono denominati metalli ditransizione.Nella TP gli elementi con proprietà basiche o alcaline sonoindicati con un quadratino blu, quelli acidi con un quadratinorosso. Più propriamente il quadratino blu indica che l’ossidodel metallo genera con l’acqua soluzioni basiche. Il quadratinorosso indica che l’ossido del metallo genera con l’acquasoluzioni acide. (vedi nota nella Tavola periodica).2In verità si può dimostrare che lo ione H + in acqua non può esistere comespecie isolata: secondo indagini cristallografiche è più corretto immaginarlounito ad una molecola d’acqua formando uno ione H 3 O + (aq). Vedi libro di testoalla voce “acidi secondo Br∅nsted”©CD/LiLu2 Pagina 3 di 5

Liceo Lugano 2. Corso base di chimica. Unità 6__________________________________________________________________La neutralizzazione delle soluzioni acide e basichePossiamo pure spiegare la reazione di neutralizzazione tra unasoluzione basica e una soluzione acida:H + (aq) + OH - (aq) H 2 O (l)Quindi quando aggiungiamo una soluzione basica ad una soluzioneacida portiamo gradualmente a reazione gli ioni H + (aq) fino aloro esaurimento e la soluzione diventa neutra (il tornasoleassume colorazione giallo-verde) 3 ; continuando con l’aggiunta lasoluzione diventerà basica (il tornasole passa al colore blu).Lo ione negativo dell’acido e quello positivo della base formanoun sale. Questo può dar luogo ad una precipitazione se è pocosolubile; altrimenti il sale rimane in soluzione finché non siraggiunge la saturazione. Naturalmente il sale può essererecuperato interamente se si evapora tutta la massa d’acqua.3In effetti non proprio del tutto: nell’acqua pura a temperatura ambiente cen’è una piccola quantità, uguale a quella degli ioni OH - (10 -7 mol/L) che puòessere determinata con misure di conducibilità elettrica.©CD/LiLu2 Pagina 4 di 5

Liceo Lugano 2. Corso base di chimica. Unità 6__________________________________________________________________Promemoria: alcuni concetti introdotti in queste lezioni:☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺☺Processo chimico come trasformazione di materiaProcesso fisico come cambiamento dello stato fisico dellamateria, senza trasformazione della stessaMateriale puro semplice (non scomponibile in altri materialipuri) e materiale puro composto (scomponibile in altrimateriali puri)Reversibilità dei processi fisici e anche dei processi chimiciCostanza della composizione quantitativa dei materiali puricompostiPossibilità di trasformare la materia mediante energiaelettrica, accumulando energia elettrica come energia chimicaPossibilità di ottenere energia elettrica tramite una reazionechimicaCella elettrolitica e cella elettrochimica, rispettivamenteprocessi elettrolitici e elettrochimici.Ione come particella caricaOssidazione (e riduzione)Alcalinità (o basicità) e aciditàAcido e baseNeutralizzazione tra un acido e una base con formazione di unsaleUlteriori riferimenti:Metalli alcalini, alcalino-terrosi e delle colonne 13-14-15: librodi testo pag. 485-492©CD/LiLu2 Pagina 5 di 5