Progetto L età di Leonardo per i curricoli del biennio unitari finalizzati all innalzamento dell istruzione a 16 anni dall a.s.

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1 Progetto L età di Leonardo per i curricoli del biennio unitari finalizzati all innalzamento dell istruzione a 16 anni dall a.s. 2007/08 [Eleonora Aquilini] Le sostanze basiche Preparate una soluzione di soda caustica (idrossido di sodio), versando 7-8 pastiglie di sostanza in una provetta contenente circa 10 cc di acqua distillata. Nello stesso modo, preparate una soluzione di potassa caustica (idrossido di potassio). Mettete in tre provette rispettivamente una piccola quantità di alluminio, di calcare in polvere, di limatura di ferro, di zinco in polvere. Versate poi in ciascuna provetta 2-3 cc di soluzione di soda caustica. 24. Che cosa si osserva? Chiedetelo agli studenti. Ripetete gli esperimenti precedenti con la potassa caustica. Che cosa si osserva? Chiedetelo agli studenti. Oltre la soda e la potassa, vi sono altre sostanze basiche utilizzate dall'uomo da molto tempo, la calce, la soda, la potassa e l'ammoniaca. La calce era già nota nell'antichità ed era utilizzata principalmente come legante. Con il termine "legante" si intende una sostanza che è in grado di legare assieme le pietre o i mattoni utilizzati nelle costruzioni. La calce veniva ricavata per cottura del calcare: riscaldamento calcare > calce (carbonato di calcio) La soda (carbonato di sodio), che fu di grande importanza nell'antichità, veniva ricavata soprattutto da giacimenti naturali, quali i laghi di natron in Egitto. In Egitto il natron era più utilizzato dello stesso sale comune per la conservazione degli alimenti; costituiva, inoltre, la sostanza base nella mummificazione. 18

2 Nel Medioevo, ebbe maggiore importanza la potassa (carbonato di potassio) che veniva ricavata dalla cenere delle piante; infatti la cenere delle piante contiene quantità significative di potassa. La soda e la potassa sono due sostanze molto simili. La potassa veniva anche chiamata alcali (termine che deriva dall'arabo) vegetale e la soda alcali minerale. Sono utilizzate fin dall'antichità nella produzione del sapone e del vetro. Esse sono due sostanze di grande importanza ancora oggi. La soda, la cui produzione mondiale assomma a molti milioni di tonnellate, viene generalmente ricavata con il processo Solvay (soda Solvay); tuttavia, esiste ancora una produzione di soda naturale, in particolare negli USA. Nel Medioevo venne prodotto il sale ammoniacale (cloruro ammonico) per riscaldamento ad alte temperature dell'urina putrefatta miscelata col sale da cucina. L'ammoniaca veniva poi ricavata da questo sale, riscaldandolo insieme alla calce. riscaldamento sale ammoniacale + calce > ammoniaca Tra i molteplici usi dell'ammoniaca, vi è quello di essere utilizzata in appositi preparati commerciali per la pulizia di lavabi e sanitari. La potassa caustica e la soda caustica, che sono sostanze più aggressive della potassa e della soda, venivano ricavate da queste per reazione con la calce (processo di caustificazione): soluzione di soda + calce > soluzione di potassa + calce > soda caustica + calcare potassa caustica + calcare La soda caustica e la potassa caustica rimangono in soluzione ed il calcare precipita. Oggi si utilizzano altri metodi per ricavare queste due sostanze basiche; tuttavia la soda caustica viene ancora in parte ricavata con il procedimento di caustificazione. Produzione del sapone 19

3 Per preparare il sapone venivano utilizzate la soda e la potassa, o, con maggior efficacia, la soda caustica e la potassa caustica. Uno dei metodi più antichi consiste nel mantenere a lungo all'ebollizione, e nel lasciare poi a riposo, una miscela di grasso e di liscivia (è una soluzione acquosa contenente potassa, ottenuta da cenere e acqua). Versate in un becker da 100 cc 20 cc di acqua distillata, 10 cc di olio di oliva e 3 g di soda caustica. Mettendo il becker su una piastra elettrica, mantenete in ebollizione la miscela per circa mezz'ora, continuando ad agitare. Si ottiene una pasta saponosa densa che forma una soluzione limpida in acqua distillata. Gli acidi e le sostanze basiche costituiscono un'unica classe di sostanze? 25. Si è precedentemente constatato che anche le sostanze basiche risultano sostanze aggressive, sono cioè, in grado di sciogliere alcune sostanze insolubili in acqua. Possono essere quindi definite nello stesso modo degli acidi? Chiedete agli studenti se sono d'accordo con questa conclusione. Qualcuno potrebbe sollevare la seguente obiezione: soda caustica e potassa caustica non solubilizzano tutte le sostanze che sono, invece, sciolte dall'acido cloridrico; si è, infatti, constatato che non sciolgono né il calcare, né il ferro. Non si può quindi affermare che possono essere definite nello stesso modo degli acidi. 26. Chiedete agli studenti se ritengono pertinente questa considerazione? Ripensando agli esperimenti ed alle riflessioni effettuate con gli acidi, si dovrebbe concludere che la considerazione precedente è sbagliata, perché anche il comportamento degli acidi è molto diversificato (vi sono, infatti acidi poco aggressivi). 20

4 Si dovrebbe, quindi concludere che tutte le sostanze aggressive incontrate in questo capitolo dovrebbero essere indicate con lo stesso nome, per esempio "acidi", sia l'acido cloridrico e l'aceto, che la soda caustica e la potassa caustica. Tuttavia, ciò non si verifica. Per chiarire questo problema, è necessario fare alcuni esperimenti; ma prima di effettuarli, chiedete agli studenti di formulare le loro ipotesi, rispondendo alle seguenti domande. 27. Che cosa pensate che accada quando si mescolano soluzioni acquose di acidi e di sostanze basiche? Quando, per esempio, si mescolano soluzioni di due acidi, o di due sostanze basiche, o di un acido e di una sostanza basica? Inoltre, ciò che si ottiene da questi mescolamenti pensate che sia più o meno aggressivo delle sostanze iniziali? 28. Versate in un becker da 100 cc 4-5 cc di acido cloridrico diluito (1 a 1) e 4-5 cc di aceto. Fate agli studenti le seguenti domande: che cosa osservate? Come pensate che sia l'aggressività della soluzione ottenuta? Come potete verificare la vostra ipotesi? Seguendo lo stesso procedimento, effettuate i seguenti esperimenti: 2) versate in un becker da 100 cc 4-5 cc di acido cloridrico ed una spatola abbondante di acido tartarico; 3) versate in un becker da 100 cc. 4-5 cc di aceto ed una spatola abbondante di acido tartarico; 4) versate in un becker da 100 cc 4-5 cc di acido nitrico diluito e 4-5 cc di aceto; 5) versate in un becker da 100 cc 4-5 pastiglie di soda caustica e di potassa caustica; 6) versate in un becker da 100 cc 4-5 pastiglie di soda caustica ed una punta di spatola di soda; 7) versate in un becker da 100 cc 1 cc di acido cloridrico e 100 cc di aceto; 21

5 8) versate in un becker da 100 cc 4-5 cc di acido cloridrico diluito ed 4-5 cc di una soluzione di soda; Nei primi sette esperimenti, durante il mescolamento non si osserva effervescenza, e ciò che si ottiene, la soluzione di 2 acidi o di 2 sostanze basiche, risulta essere sempre aggressivo, di aggressività simile (intermedia) alle due soluzioni iniziali. 29. Fate agli studenti la seguente domanda: come mai l'aggressività della soluzione finale è nel 1 e 2 esperimento simile a quella dell'acido cloridrico, e nel 7 simile a quella dell'aceto? L'ottavo, l'ultimo esperimento, è completamente diverso dai precedenti: a) dopo aver versato l'acido cloridrico, appena si inizia a versare la soda si osserva l'effervescenza; b) se poi si continua a versare la soluzione di soda, ad un certo punto l'effervescenza cessa. 30. Fate agli studenti le seguenti domande: quali ipotesi siete in grado di formulare in riferimento a questo esperimento? Come mai c'è l'effervescenza, e perché ad un certo punto cessa? Nei primi sette esperimenti, la mancanza di effervescenza e la permanenza dell'aggressività permettono di ipotizzare che non si è verificata nessuna trasformazione chimica, ma soltanto un mescolamento, che ha prodotto una soluzione acquosa di due sostanze. Nell'ultimo esperimento, l'effervescenza ci fa capire che tra soda ed acido cloridrico si realizza una trasformazione chimica, che a un certo punto cessa, perché evidentemente la prima sostanza versata nel becker (nel nostro esempio l'acido cloridrico) è stata completamente consumata. Quest'ultimo esperimento è innanzitutto profondamente 22

6 diverso dai precedenti perché tra acido cloridrico e soda si realizza una reazione (una trasformazione chimica). 31. Fate agli studenti la seguente domanda: se durante l'aggiunta della soluzione di soda, ci si fermasse nel punto preciso in cui cessa l'effervescenza, come pensate che sia l'aggressività della soluzione così ottenuta? Versate in due provette la soluzione ed aggiungete in una del carbonato di calcio e nell'altra dei pezzettini di foglio di alluminio. Si constata che la soluzione non è più aggressiva, non è, infatti, capace di sciogliere né il calcare, né l'alluminio. Possiamo completare la conclusione cui si era già pervenuti in riferimento all'ultimo esperimento: acido cloridrico e soda si combinano tra loro e danno origine ad una soluzione che non è più aggressiva, cioè, introducendo un nuovo termine scientifico, si sono neutralizzati. Ci troviamo di fronte ad una magia? Due sostanze aggressive, quando vengono mescolate in quantità opportune, annullano reciprocamente la loro aggressività. Questa è in un certo senso una magia, un fenomeno imprevedibile; ma l'imprevedibilità è una caratteristica di tutte le combinazioni chimiche: constateremo sempre, infatti, che quando due o più sostanze si combinano (e non semplicemente si mescolano), si producono delle nuove sostanze che non hanno nessuna proprietà in comune con quelle iniziali. 32. Fate agli studenti le seguenti domande: nella combinazione tra acido cloridrico e soda, quali nuove sostanze si sono formate? acido cloridrico + soda >? L'effervescenza, come si è detto precedentemente, indica la formazione di un gas, che in questo caso è anidride carbonica; ma nell'acqua c'è, secondo voi, qualche sostanza nuova? 23

7 Ormai sappiamo che il metodo più veloce per recuperare l'eventuale sostanza sciolta è l'ebollizione. Si ottiene così una sostanza bianca che può essere assaggiata se sono state impiegate sostanze pure: non è altro che sale da cucina. acido cloridrico + soda > sale da cucina + anidride carbonica ( Si forma anche dell'acqua che non è possibile osservare, dato che la reazione tra acido e soda avviene in soluzione acquosa) In realtà, in questa reazione, si forma il componente essenziale del sale da cucina il cloruro di sodio. acido cloridrico + soda > cloruro di sodio + anidride carbonica Il sale da cucina, o sale marino, che si ricava per evaporazione dell'acqua di mare nelle saline, contiene circa il 98 % di cloruro di sodio. Le altre sostanze presenti sono in prevalenza i seguenti sali: solfato di calcio, solfato di magnesio, cloruro di magnesio. 24