Esperienza di Laboratorio Risposta di un equilibrio alla temperatura (la pioggia d oro) Scopo: In questa esperienza, nota come esperimento della pioggia d oro, osserverete l effetto della temperatura su un equilibrio chimico osservando la precipitazione e ricristallizzazione del piombo ioduro e ragionerete sui prodotti di solubilità e sul processo di ricristallizzazione. Metodo: Il piombo ioduro, PbI2, a temperatura ambiente è un solido giallo brillante, colore per il quale nel XIX secolo era impiegato come pigmento giallo iodio. Essendo però decomposto dalla luce a temperature moderatamente elevate è nel tempo risultato troppo instabile perdendo il suo impiego nelle arti decorative, ma trovandone uno nuovo in un processo fotografico brevettato. È attualmente impiegato in alcune applicazioni specializzate, come le celle solari e i rivelatori di raggi X e raggi gamma. Il piombo iodato lo preparerete mediante una reazione di scambio tra il piombo nitrato e il potassio ioduro: Pb(NO3)2 (aq) + KI (aq) PbI2 (s) + KNO3 (aq) piombo nitrato potassio ioduro piombo ioduro potassio nitrato (incolore) (incolore) (giallo iodio) (incolore) (solubile) (solubile) (insolubile) (solubile) a 20 C è a una reazione a doppio spostamento in cui gli ioni metalli "scambiano" i loro posti nei due composti che si manifesta con un repentino cambiamento di colore, poiché il piombo ioduro, di colore giallo brillante e costituito solitamente da molte piccole piastrine esagonali, è molto insolubile in acqua a temperatura ambiente. Osservate la solubilità delle diverse specie chimiche che incontrerete a 20 C:
solubilità a 20 C 0,0756 PbI2 31,6 KNO3 66 Pb(NO3)2 140 KI 0 20 40 60 80 100 120 140 solubilità (g/100 ml) Il piombo ioduro però, pur insolubile in acqua a temperatura ambiente, aumenta la sua solubilità con la temperatura. In questa esperienza di laboratorio utilizzeremo proprio la dipendenza dalla temperatura della solubilità del piombo ioduro in acqua:
I composti ionici si dissolvono in acqua dissociandosi nei loro ioni componenti cedendo o prendendo energia dall'ambiente circostante. La dissoluzione del PbI2 richiede energia, e il piombo ioduro preparato da soluzioni fredde di piombo nitrato e potassio ioduro, è insolubile, fornendo però calore è possibile provocare la sua dissociazione in una soluzione incolore. Se questa soluzione, poi, è lasciata raffreddare la perdita di energia farà precipitare nuovamente cristalli di piombo ioduro, più grandi di quelli precedenti. Per lento raffreddamento il sale cristallizza in cristalli di colore giallo oro, sottili ma visibilmente più grandi, che si depositano lentamente attraverso il liquido, questo è l effetto "pioggia d oro". Materiali (a disposizione nella propria postazione di lavoro): beuta da 100 ml agitatore magnetico riscaldante 2 cilindri graduati da 25 ml spruzzetta in polietilene per ancoretta magnetica rivestita in acqua distillata; PTFE Reagenti e materiali (a disposizione sul bancone e in laboratorio): Piombo nitrato soluzione acquosa leggermente acidificata (con acido nitrico) 0.01 M, 3.2 g L -1, Pb(NO3)2 (aq incolore) ATTENZIONE! Potassio ioduro soluzione acquosa 0.02 M, g L -1, KI (aq incolore) ATTENZIONE! Reagenti e materiali (a disposizione in laboratorio): cappe aspiranti e sistema di areazione in funzione! DPI obbligatori Camice bianco da laboratorio, guanti in nitrile, occhiali di protezione indossati! Norme di sicurezza ATTENERSI ALLE NORME DI SICUREZZA DEI LABORATORI CHIMICI E SEGUIRE LE INDICAZIONI DEI DOCENTI E DEGLI ASSISTENTI!
La polvere di piombo nitrato, Pb(NO3)2 (s), è pericolosa per la salute per ingestione e inalazione. Voi lo userete in soluzione diluita, Pb(NO3)2 (aq) 0.01 M comunque pericolosa per la salute e per l ambiente acquatico. Proteggetevi dal contatto e smaltitela correttamente. Indossate guanti in nitrile e occhiali di protezione adeguati. La polvere di potassio ioduro, KI (s), è pericolosa per la salute e nociva per ingestione e inalazione. Voi lo userete in soluzione diluita, KI (aq) 0.02 M comunque pericolosa per la salute. Proteggetevi dal contatto. Indossate guanti in nitrile e occhiali di protezione adeguati. Il piombo ioduro, PbI2, che produrrete è un composto sensibile alla luce, molto tossico per la riproduzione, e nocivo. L'ingestione può causare conseguenze acute e croniche tipiche dell'avvelenamento da piombo, inoltre è risultato essere un agente cancerogeno negli animali, il che suggerisce che potrebbe esserlo anche per l uomo. È anche pericoloso per l ambiente. Proteggetevi dal contatto e smaltitela correttamente. Indossate guanti in nitrile e occhiali di protezione adeguati. Procedura Nota alla preparazione della soluzione di piombo nitrato (3.2 g L -1 ): in caso di soluzione torbida (a causa di tracce di piombo carbonato) aggiungere qualche goccia di acido nitrico concentrato e agitare fino a soluzione limpida. Prelevate con uno dei due cilindri graduati c. 20 ml della soluzione di piombo nitrato 0.01 M (incolore) e tenetela da parte mentre con l altro cilindro prelevate una uguale quantità di potassio ioduro 0.02 M (incolore); per fare questo dovete versare la soluzione direttamente dal loro recipiente nel cilindro fino alla graduazione desiderata. Se accidentalmente prelevate una quantità di soluzione superiore a quella richiesta smaltitela nella tanica indicante la dicitura soluzioni con metalli pesanti * (nell area di deposito temporaneo dei rifiuti di laboratorio), facendo molta attenzione a non versarle esternamente alla tanica. NON rimettete mai nessuna soluzione nel suo recipiente originale (per evitare * codice C.E.R. 060313, frasi di rischio: HP6 HP14.
inquinamenti)!. Versate ora nella beuta da 100 ml entrambe le soluzioni. Mescolandosi le due soluzioni incolori formeranno immediatamente un miscuglio eterogeneo di colore giallo molto intenso e brillante per la formazione di un precipitato fine di piombo ioduro (giallo) Posizionate la beuta sull agitatore magnetico riscaldato e inserite al suo interno l ancoretta magnetica regolando la velocità di agitazione in modo tale da assicurare una miscelazione omogenea. Accendente il riscaldamento a circa 80-100 C. La solubilità in acqua del piombo ioduro è 0.00756 g/100 ml a 20 C e diviene 0.41 g/100 a 100 C.mL Aspettate finché tutto il precipitato non si sarà disciolto. La soluzione deve divenire incolore. Quindi spegnete la piastra (agitazione e riscaldamento) Togliete l ancoretta con l apposito magnete e sciacquatela con acqua distillata. Aspettando che la soluzione si raffreddi lentamente a temperatura ambiente vedrete la precipitazione, quando la soluzione sarà soprassatura, di cristalli esagonali di PbI2 che impiegano un po' di tempo per serpeggiare dolcemente verso il fondo della beuta, conferendo alla miscela un effetto scintillante: una vera e propria pioggia di minuscoli aghetti d oro! La soluzione contenente piombo deve essere smaltita nella tanica indicante la dicitura soluzioni con metalli pesanti * (nell area di deposito temporaneo dei rifiuti di laboratorio), facendo molta attenzione a non versarla esternamente alla tanica. Tutta la vetreria usata, l ancoretta magnetica, ecc. devono essere lavate con acqua e sciacquate con acqua distillata. Se necessario usate il sapone per vetreria e lo scovolino. Infine, lasciatela tutta e in ordine alla postazione di lavoro. Dopo aver gettato i guanti nella scatola indicante la dicitura guanti e materiali assorbenti (nell area di deposito temporaneo dei rifiuti di laboratorio), lavate le mani e gli occhiali di * codice C.E.R. 060313, frasi di rischio: HP6 HP14. codice C.E.R. 150202, frasi di rischio: HP4 HP5.
protezione con poco sapone per mani, quindi lasciateli sulla postazione di lavoro. INFORMAZIONI DI SICUREZZA SUI PRODOTTI E REAGENTI CHIMICI USATI NELL ESPERIENZA Piombo nitrato 0.01 M (acida per acido nitrico) Il piombo nitrato è un solido cristallino bianco solubile in acqua. Le sue soluzioni sono acidificate leggermente con acido nitrico per evitare la precipitazione del piombo carbonato (per reazione con la CO2 disciolta in acqua). Secondo la normativa CE n. 1272/2008 (CLP), le soluzioni di piombo nitrato sono: Pericolose per la salute: possono nuocere al feto e sono sospettate di nuocere alla fertilità (H360Df) e possono provocare danni agli organi in caso di esposizione prolungata o ripetuta. (H373) Sostanza tossica per gli organismi acquatici con effetti di lunga durata (H411). Indossare guanti in gomma nitrilica e occhiali di protezione. Non smaltire il prodotto insieme ai rifiuti domestici. Non immettere nelle fognature. Potassio ioduro 0.02 M Il potassio ioduro è un solido bianco solubile in acqua. Secondo la normativa CE n. 1272/2008 (CLP), le soluzioni di potassio ioduro sono: Pericolose per la salute: possono provocare danni agli organi in caso di esposizione prolungata o ripetuta. (H372)
Indossare guanti in gomma nitrilica e occhiali di protezione. Non smaltire il prodotto insieme ai rifiuti domestici. Non immettere nelle fognature.