Numero di ossidazione

24 03 2013

     Nelle trasformazioni chimiche uno o più elettroni dell’ultimo “guscio” vengono condivisi oppure si spostano da una specie chimica all’altra. Lo spostamento avviene nelle reazioni di ossidoriduzione, in cui la specie (atomo, ione, ione poliatomico) che acquista elettroni si riduce, quella che li cede si ossida.

     Il numero di ossidazione è un semplice “strumento” introdotto in chimica per chiarire in che modo si spostano gli elettroni fra gli atomi o gli ioni coinvolti nelle reazioni. Si tratta di un numero positivo, negativo o nullo, che rappresenta la carica elettrica associata a ciascun atomo in qualsiasi composto o ione. Questa carica può essere reale o apparente e viene attribuita in base a due regole generali e alcune regole “pratiche”.

1.      Gli elettroni in comune a due atomi di uno stesso elemento sono assegnati in parti uguali ad entrambi gli atomi.

2.      Gli elettroni in comune tra due atomi di differente elettronegatività, sono attribuiti all’atomo più elettronegativo.

Quali sono le regole pratiche?

a. In ogni composto la somma algebrica dei numeri di ossidazione deve essere zero. La stessa cosa vale per gli elementi allo stato molecolare (N2, O2, S8, P4, H2, …) oppure allo stato atomico (Fe, He, Na, Cu, …).

b. La somma algebrica dei numeri di ossidazione di tutti gli atomi di uno ione poliatomico è uguale alla carica dello ione (NH4+ ha n. o. +1; SO42- invece ha n. o. –2; ecc.).

c. Uno ione costituito da un solo atomo ha numero di ossidazione uguale alla sua carica (Fe2+, ha n. o. +2; Fe3+, ha n. o. +3; Al3+, ha n. o. +3; ecc.).

d. L’idrogeno ha generalmente numero di ossidazione +1, ma quando è combinato con i metalli e forma gli idruri (NaH, CaH2, KH, …), il suo numero di ossidazione è –1.

e. L’ossigeno ha sempre numero di ossidazione –2, tranne che nei perossidi (ad esempio H2O2, l’acqua ossigenata o perossido di idrogeno) dove ha numero di ossidazione –1.

f. Gli elementi del primo gruppo della Tavola periodica hanno numero di ossidazione +1, quelli del secondo gruppo +2. In genere i metalli hanno numero/i di ossidazione positivo/i.

     In base a queste semplici regole, conoscendo la formula di un composto e consultando i possibili numeri di ossidazione degli elementi dalla Tavola periodica (non si chiede di impararli a memoria), si può determinare il n. o. di ogni elemento di quel composto.

Esempi. Qual è il n. o. di Mn, in KMnO4? Sapendo che n. o. di K è +1, di O4 è –2*4= -8, si ha: +1+x-8=0, cioè x = +7.

Qual è il n. o. di Mn in K2MnO4?  +2+x-8=0, cioè x = +6.

Qual è il n. o. di Fe in Fe2O3?  2x-6=0, cioè x = +3.

Qual è il n. o. di S in H2SO4?  +2+x-8=0, da cui x = +6.

Qual è il n. o. di C in CaCO3? +2+x-6=0, da cui x = +4.

A questo punto per te sarà facilissimo definire il numero di ossidazione dell’azoto nei seguenti ossidi: NO, N2O3, NO2, N2O5 .    

Molti altri elementi, come l’azoto, hanno più di un numero di ossidazione, a seconda del composto che formano. Una volta determinato il n. o. dell’elemento, verificare dalla Tavola periodica che sia uno di quelli possibili! Altrimenti, ricontrollare i calcoli.

Naturalmente è fondamentale lo studio dal libro di testo, ma può aiutarti anche seguire con attenzione questo breve video (meno di 4 minuti) in inglese:

Video on Assigning Oxidation Numbers

 




Papa Francesco e la chimica

15 03 2013

     I motivi per scrivere del nuovo papa, eletto l’altro ieri, sarebbero tanti. Trattandosi di un blog a carattere scientifico, lo faccio per i suoi trascorsi di scuola secondaria: un istituto tecnico ad indirizzo chimico. La sua formazione scolastica come tecnico chimico, prima di intraprendere gli studi filosofici, probabilmente lo rende attento, fra i tanti problemi che lo coinvolgeranno, anche al confronto scienza-religione, che in passato si sono trovate spesso su fronti opposti.

La scelta del nome Francesco, così impegnativa, e la sua storia mostrano l’attenzione verso le classi sociali più disagiate. Come molti hanno già scritto è anche il primo papa che proviene dalle americhe e dalla Congregazione dei Gesuiti.

Con riferimento a San Francesco D’Assisi, riporto il “Cantico delle Creature”, una lode sia a Dio, sia alla vita in tutte le sue forme, alla materia  e alla natura. Al testo originale che risale al 1224, due anni prima della morte del santo, segue la versione in italiano moderno.

Testo originale, in volgare

Altissimu, onnipotente bon Signore,
Tue so’ le laude, la gloria e l’honore et onne benedictione.
Ad Te solo, Altissimo, se konfano,
et nullu homo ène dignu te mentovare.

Laudato sie, mi’ Signore cum tucte le Tue creature,
spetialmente messor lo frate Sole,
lo qual è iorna, et allumeni noi per lui.
Et ellu è bellu e radiante cum grande splendore:
de Te, Altissimo, porta significatione.

Laudato si’, mi Signore, per sora Luna e le stelle:
in celu l’ài formate clarite et pretiose et belle.
Laudato si’, mi’ Signore, per frate Vento
et per aere et nubilo et sereno et onne tempo,
per lo quale, a le Tue creature dài sustentamento.

Laudato si’, mi’ Signore, per sor Aqua,
la quale è multo utile et humile et pretiosa et casta.
Laudato si’, mi Signore, per frate Focu,
per lo quale ennallumini la nocte:
ed ello è bello et iocundo et robustoso et forte.

Laudato si’, mi’ Signore, per sora nostra matre Terra,
la quale ne sustenta et governa,
et produce diversi fructi con coloriti flori et herba.

Laudato si’, mi Signore, per quelli che perdonano per lo Tuo amore
et sostengono infirmitate et tribulatione.
Beati quelli ke ‘l sosterranno in pace,
ka da Te, Altissimo, sirano incoronati.

Laudato si’ mi Signore, per sora nostra Morte corporale,
da la quale nullu homo vivente po’ skappare:
guai a quelli ke morrano ne le peccata mortali;
beati quelli ke trovarà ne le Tue sanctissime voluntati,
ka la morte secunda no ‘l farrà male.

Laudate et benedicete mi Signore et rengratiate
e serviateli cum grande humilitate

Testo in italiano

Altissimo, onnipotente, buon Signore
tue sono le lodi, la gloria e l’onore
ed ogni benedizione.
A te solo, Altissimo, si confanno,
e nessun uomo è degno di te.

Laudato sii, o mio Signore,
per tutte le creature,
specialmente per messer Frate Sole,
il quale porta il giorno che ci illumina
ed esso è bello e raggiante con grande splendore:
di te, Altissimo, porta significazione.

Laudato sii, o mio Signore,
per sora Luna e le Stelle:
in cielo le hai formate
limpide, belle e preziose.

Laudato sii, o mio Signore, per frate Vento e
per l’Aria, le Nuvole, il Cielo sereno ed ogni tempo
per il quale alle tue creature dai sostentamento.

Laudato sii, o mio Signore, per sora Acqua,
la quale è molto utile, umile, preziosa e casta.

Laudato sii, o mio Signore, per frate Fuoco,
con il quale ci illumini la notte:
ed esso è robusto, bello, forte e giocondo.

Laudato sii, o mio Signore, per nostra Madre Terra,
la quale ci sostenta e governa e
produce diversi frutti con coloriti fiori ed erba.

Laudato sii, o mio Signore,
per quelli che perdonano per amor tuo
e sopportano malattia e sofferenza.
Beati quelli che le sopporteranno in pace
perchè da te saranno incoronati.

Laudato sii, o mio Signore,
per nostra sora Morte corporale,
dalla quale nessun uomo vivente può scampare.
Guai a quelli che morranno nel peccato mortale.
Beati quelli che si troveranno nella tua volontà
poichè loro la morte non farà alcun male.

Laudate e benedite il Signore e ringraziatelo
e servitelo con grande umiltate.

 




Cinghiali al cesio

9 03 2013

     In un periodo caratterizzato da un numero impressionante di programmi di cucina su tutte le principali reti televisive nazionali, potrebbe sembrare il titolo di una ricetta a base di selvaggina.   Ma si tratta di ben altro. L’altro ieri è stata data comunicazione che in molti dei 27 cinghiali abbattuti in alta Valsesia, in provincia di Vercelli, sono state trovate tracce elevate di cesio-137: nella lingua e nel diaframma la misurazione indicava 5.600 Becquerel/Kg, quando il limite massimo ammesso in caso di emissioni radioattive è di 600 Becquerel/Kg. Il Becquerel è l’unità di misura dell’attività dei radionuclidi (o radioattività): il nome deriva da Antoine Henri Becquerel (1852-1908) vincitore del premio Nobel per la fisica, insieme ai coniugi Curie, nel 1903 proprio per i suoi lavori sulla radioattività.

     Resi pubblici i risultati delle analisi, sono state convocate riunioni per capire cosa fare e soprattutto individuare la provenienza di questo pericoloso radionuclide. Trattandosi di un isotopo radioattivo con un periodo di dimezzamento di circa 30 anni, sono state fatte varie ipotesi. Potrebbe provenire dalla nube sprigionata nel 1986 durante il disastro di Cernobyl, che raggiunse anche l’Italia. Una seconda ipotesi coinvolge il sito di stoccaggio di scorie nucleari di Saluggia oppure la centrale, chiusa da quasi trent’anni di Trino vercellese. Ancora, potrebbe provenire da una delle numerose centrali nucleari francesi, i cui radionuclidi potrebbero essere stati trasportati dai venti verso l’Italia.

     Nel primo caso è chiaro che il cesio, rimasto nel terreno e assorbito da piante e animali, è stato individuato solo ora ma deve essere stato sempre presente nel suolo e nella fauna selvatica, dove tende ad accumularsi. Nel secondo caso, i cinghiali in questione devono essere stati nella zona di Trino o di Saluggia (cosa molto improbabile), perché i materiali radioattivi di una centrale chiusa possono aver inquinato il terreno circostante o le acque ma non formano “nubi” trasportate dai venti e di cui nessuno viene a conoscenza. Il terzo caso sarebbe il più misterioso perché non siamo mai venuti a conoscenza di incidenti nucleari “seri” oltralpe.

     Ma perché il cesio viene assorbito dai viventi? Si tratta di un metallo alcalino, numero atomico 55, dello stesso gruppo (il 1°) di litio, sodio, potassio, rubidio e francio. È un elemento raro che in natura forma un minerale con silicio e alluminio, la pollucite. L’isotopo radioattivo cesio-137 invece si forma quasi unicamente dalle reazioni di fissione nucleare dell’uranio e viene assorbito dagli esseri viventi proprio per la sua estrema somiglianza chimica con il sodio e il potassio, fondamentali nei sistemi viventi.

     Il cesio non è stato e non è solo e soltanto un pericolo: è il principale componente degli orologi atomici, caratterizzati da una precisione assurda. Il primo orologio atomico al cesio venne costruito nel 1955 e si basa sul movimento dell’elettrone del suo ultimo livello energetico che, opportunamente stimolato, riesce a saltare da un livello all’altro 919.263.177 volte al secondo! Questo valore è stato scelto dal National Bureau of Standards americano come definizione del secondo, superando così quella precedente legata alla rotazione terrestre. Un secondo era definito la 86.440esima parte della rotazione della Terra intorno al proprio asse. Ma sappiamo che questo valore non è costante nel tempo perché il fenomeno delle maree ha rallentato e continua a rallentare, seppur di poco, la rotazione terrestre.

Da qualche anno però gli orologi al cesio stanno per essere sostituiti da quelli al rubidio perché di dimensioni minori e più maneggevoli.

Per saperne di più: http://it.wikipedia.org/wiki/Cesio-137

La Stampa di ieri.

 




Il prezzo del petrolio e la recessione

3 03 2013

     Confrontando i prezzi medi annuali del petrolio dell’ultimo decennio, appare evidente una correlazione tra l’attuale crisi socioeconomica di molti Paesi europei, poveri di risorse naturali, e l’andamento del prezzo del petrolio al barile.

Certo, la crisi di diversi Stati come la Grecia, l’Italia, la Spagna, ecc., dipende anche da molti altri fattori legati all’economia e alla mancanza di credibilità di dirigenti politici che hanno governato, aziende che hanno “delocalizzato” e dirigenti bancari che hanno male amministrato o lo hanno ben fatto solo nel loro interesse personale. Ma io non sono la persona più adatta per un’analisi di questo tipo e mi limito al costo del petrolio.

     Osservando il grafico, i cui dati sono stati ricavati dall’OPEC (Organizzation of the Petroleum Exporting Countries), si vede che i prezzi medi degli ultimi due anni sono quelli più alti di sempre. Ma alcune “pesanti” ingerenze politiche, economiche e militari di certi forti Paesi occidentali nelle aree ricche di risorse energetiche (Kuwait, Iraq, Libia, …) non avevano lo scopo (non dichiarato) di rendere “sicure” e stabili quelle regioni per evitare crisi di approvvigionamento per l’occidente? Pare che sia capitato il contrario: da quando grandi multinazionali hanno avuto “mano libera” o quasi anche in quegli Stati, i prezzi sono decisamente aumentati. Probabilmente è un caso e l’aumento è dovuto anche alla forte richiesta di energia e materie prime che proviene da Paesi (Cina, Brasile, India, Corea, Singapore, …) in forte crescita industriale. O forse è uno dei tanti aspetti (negativi) della globalizzazione dei mercati.

     I pesanti aumenti rilevabili dal grafico, in Italia non sono in relazione alla variazione delle accise sui carburanti in distribuzione. L’aumento di accise negli ultimi anni è stato modesto, anche se è vergognoso che ci siano ancora accise risalenti al finanziamento della guerra d’Etiopia del 1935-36 oppure per la crisi del canale di Suez del 1956. Però è vero che la percentuale relativa alle accise sul prezzo totale è notevole e maggiore di molti altri Paesi.

    Ma gran parte degli aumenti del costo dei carburanti alla pompa sono dovuti non tanto all’azione diretta dei governi ma al costo del petrolio alla fonte, al prezzo che impongono i produttori e alle speculazioni delle multinazionali, che fanno arricchire sempre più i loro dirigenti e i principali azionisti impoverendo progressivamente i consumatori. Però molti cittadini hanno uno stile di vita ben al disopra delle loro possibilità oppure ostentano una ricchezza vera o presunta, in spregio a chi non ha lavoro o, come si dice, fa fatica a mettere insieme il pranzo con la cena.

     In Italia poi, quando si scopre qualche giacimento petrolifero o di gas che vale la pena di sfruttare, sistematicamente si manifesta nelle popolazioni locali una scarsa fiducia o aperta diffidenza verso quelle società e quei dirigenti che dovrebbero occuparsene, garantendo anche il rispetto di precisi vincoli ambientali e della salute umana. Il malaffare, la corruzione diffusa anche ai più alti livelli dello Stato, non giustificano questa diffidenza? Si ritorna al solito problema: la maggioranza di chi fà politica e amministra a vari livelli, non agisce per il bene comune. Le notizie giudiziarie delle ultime settimane e degli ultimi giorni che coinvolgono noti politici, faccendieri e amministratori di banca sono chiare ed eloquenti. Fatti parlamentari riguardanti l’ultimo decennio poi, dimostrano che parte della storia della seconda repubblica è stata scritta con “mazzette” di banconote per milioni di euro, senza alcun rispetto per le leggi, senza alcun pudore.

     Ritornando al petrolio, l’Italia è un forte importatore di greggio che poi viene raffinato. Essendo una miscela di idrocarburi, le sue varie componenti devono essere separate mediante distillazione frazionata (vedi anche la distillazione semplice effettuata in laboratorio). Nelle torri di raffinazione le componenti più volatili, i gas petroliferi, si separano ad una temperatura di soli 20 °C circa. Procedendo con l’aumento della temperatura e scendendo lungo la torre, a circa 70 °C si separano le benzine, a circa 100 °C il kerosene, intorno ai 200 °C il diesel, lubrificanti vari si ottengono a circa 300 °C e, sul fondo della torre, a circa 350 °C si ottengono oli combustibili e bitume.

Per saperne di più: http://it.wikipedia.org/wiki/Estrazione_di_petrolio_in_Italia

http://it.wikipedia.org/wiki/Petrolio

http://it.wikipedia.org/wiki/Organizzazione_dei_Paesi_Esportatori_di_Petrolio

Ma soprattutto, per approfondire tutto il tema dell’energia nelle sue varie forme, vai al Museo dell’energia.

Nell’immagine, una raffineria di petrolio nella lontana Alaska. Tratta da: http://www.alaska-in-pictures.com/data/media/17/petroleum-refinery_3328.jpg