Solubilità di alcune sostanze solide in funzione della temperatura

11 11 2016

     Quello proposto a sinistra in questo post è un grafico sulla solubilità molto utilizzato in ambito didattico, rappresenta le curve di solubilità di alcuni sali in acqua in funzione della temperatura.

     In laboratorio ad esempio, si può proporre qualche esperienza sulla solubilità e verificare che effettivamente la solubilità del cloruro di sodio varia poco in relazione alla temperatura, da 34 g in 100 g d’acqua se la temperatura del liquido è prossima a 0 °C, fino a 40 g nella stessa quantità d’acqua alla temperatura di 100 °C. In altri casi, ad esempio col nitrato di potassio, la solubilità sale bruscamente con l’aumentare della temperatura.

     La solubilità è la massima quantità di sostanza che può essere sciolta (massima concentrazione di soluto) in una determinata quantità di solvente ad una certa temperatura. Se si vuole preparare una soluzione senza modificare la temperatura del sistema ed evitare che una parte del soluto solido rimanga sul fondo del contenitore, si deve tener conto della solubilità del soluto.

     Quando nella soluzione non è più possibile sciogliere soluto, la soluzione si dice satura. La solubilità dipende sia dalla natura del solvente sia dal tipo di sostanza che si vuole sciogliere. Se il solvente è acqua, i valori sperimentali che hanno permesso la costruzione del grafico dimostrano che la solubilità varia molto in base al sale considerato. I tratti quasi rettilinei di NaCl, KCl, Pb(NO3)2, NaNO3, indicano un aumento regolare della solubilità all’aumentare della temperatura. Viceversa, le curve relative a CaCl2, KNO3, K2Cr2O7, KClO3, mostrano un aumento della solubilità che si accentua all’aumentare della temperatura. C’è anche il caso, raro per un solido in un liquido, del Ce2(SO4)3 che, all’aumentare della temperatura della soluzione, diventa molto meno solubile.

     La solubilità dei sali in acqua quindi, pur dipendendo dalla temperatura, non lo fa secondo regole precise: può aumentare in modi diversi ma in qualche caso addirittura diminuire.

     La solubilità dei gas invece è molto diversa rispetto a quella dei solidi: oltre alla temperatura, gioca un ruolo fondamentale anche la pressione. L’argomento richiederà una trattazione a parte.

     Sulla solubilità delle sostanze solide in un determinato solvente, è utile ricordare la frase “similia similibus solvuntur”, cioè “il simile scioglie il simile”, riconosciuto già dagli alchimisti medievali. Questo spiega perché in acqua (molecole polari) si sciolgono bene le molecole polari come l’NaCl o il KNO3, mentre le sostanze non polari come l’olio d’oliva o gli altri oli vegetali non si sciolgono in acqua ma solo in solventi non polari, ad esempio nel benzene (C6H6 , riconosciuto cancerogeno e smaltito da tutte le scuole), nell’esano (CH3(CH2)4CH3) e nel cloroformio (o triclorometano, CHCl3).

Crediti immagine: wps.prenhall.com .

Per approfondire la solubilità dei composti ionici in acqua: Antonio Liperoti (1) e (2).




Stati Generali del dissesto idrogeologico 2015

23 04 2015

     Quest’anno il tema portante degli Stati Generali del dissesto idrogeologico, organizzati dalla Regione Piemonte e svoltisi ieri a Torino, è stato l’acqua in tutti i suoi aspetti. Una risorsa che può provocare danni, morti e devastazioni quando le precipitazioni sono abbondanti, ma solo per colpa dell‘incuria e delle attività umane irrispettose dell’ambiente che producono manufatti nei posti sbagliati. L’ultimo evento, il viadotto dell’autostrada Palermo – Catania che deve essere abbattuto perché danneggiato da una frana in atto da anni, ne è una delle tante prove.

     Ma l’acqua è la sostanza sulla quale di fonda la vita: le cellule, unità fondamentali dei viventi, non possono farne a meno per i loro processi metabolici. Gran parte dell’acqua ad uso civile ed industriale proviene dal sottosuolo, dalle sorgenti montane e, opportunamente trattata per renderla potabile, dai fiumi.

     Bisogna ricordare che a livello globale l’acqua dolce è solo il 4% circa di tutta l’acqua del pianeta, il restante 96% è costituito da acqua salata, più difficilmente utilizzabile per scopi civili e industriali. Ma nelle Regioni del pianeta in cui l’acqua è carente e c’è la disponibilità di risorse economiche e tecnologiche, per ottenere acqua dolce spesso si ricorre ai costosi impianti di dissalazione di acqua marina. Ce ne sono nei Paesi arabi del Golfo Persico ma anche in California (USA) dove recentemente, a causa di fenomeni di siccità che si ripetono da quattro anni, si è deciso di metterne in funzione due nuovi e di riaprirne uno chiuso oltre vent’anni fa a causa dei costi eccessivi. Gli impianti di dissalazione che permettono di ottenere acqua potabile dall’acqua marina sfruttano il sistema dell’osmosi inversa: applicando una forte pressione, l’acqua viene spinta con forza contro una membrana semipermeabile e dall’altra parte riesce a passare solo acqua pura, priva di sali e particelle inquinanti.

     In Italia, soprattutto in quella settentrionale, l’acqua dolce è relativamente abbondante e con un costo accessibile per tutti. Qualche Regione ha deciso di utilizzare una parte dei costi dell’acqua per far ritornare risorse alle zone montane che riforniscono di acqua ed energia (centrali idroelettriche) gran parte delle città. Alcuni degli interventi durante gli Stati generali sono stati proprio rivolti a sollecitare “investimenti” per le zone montane, per restituire loro una parte della ricchezza che esse riversano alle popolazioni di pianura e permettere così interventi di manutenzione e tutela delle fonti idriche, cura dei corsi d’acqua. Solo in questo modo si potrebbe prevenire una parte del dissesto idrogeologico che spesso devasta gran parte della nostra penisola, soprattutto nelle zone collinari e montane.

Non è una strategia vincente aspettare la prossima emergenza, spesso purtroppo con vittime, e intervenire dopo per metterci una toppa, per fare opere di “contenimento” spesso inefficaci a prevenire il disastro degli anni successivi.

Nella foto, la diga a monte della centrale Enel di Entracque; uno schema generico relativo al processo di osmosi inversa (credit: www.yourdictionary.com ).




Acqua contaminata da cromo

24 04 2014

     In provincia di Alessandria, a Spinetta Marengo, è successo ciò che non dovrebbe mai accadere: le falde acquifere sotto al polo chimico sono state contaminate per anni da sostanze tossiche. Nella zona si sono avvicendate nel tempo due società, i cui dirigenti risultano imputati nel processo iniziato poche settimane fa. Molti dei cittadini, che erano orgogliosi della loro fabbrica ma che cucinavano e bevevano l’acqua del paese, si sono ammalati o sono deceduti per varie patologie.

     Le analisi del sangue di alcuni ammalati hanno evidenziato valori oltre la norma per: cromo, arsenico, nichel, piombo, antimonio. Il problema emerse con alcune analisi effettuate nel 2008 i cui risultati furono riportati dagli  organi di stampa, ma già negli anni precedenti altre analisi collegate a ispezioni dell’ASL e dell’ARPA avevano messo in allarme i cittadini meglio informati. Le sostanze chimiche citate sono solo una parte di quelle riscontrate e possono provocare danni acuti o cronici alla salute umana. Sono elementi chimici che fanno parte di quella “regione” della tavola periodica che in altre occasioni ho definito “molto pericolosa”. I loro danni possono derivare innanzitutto dall’accumulo nell’organismo, per via digestiva o epidermica come nel caso dell’acqua inquinata (cromo, arsenico, piombo, antimonio), ma anche da una esposizione prolungata, se si tratta di sostanze anche  inalabili come cromo esavalente, tricloroetilene, tetracloroetilene.

     In qualche pozzo interno alla fabbrica, a fronte di un limite di legge di 5 microgrammi/litro (consigliato dall’Organizzazione Mondiale della Sanità nel lontano 1958) di cromo esavalente (nello stato di ossidazione +6), sono stati registrati valori di 8203 microgrammi/litro, 1640 volte superiore. Eppure alcuni lavoratori sopravvissuti hanno dichiarato che bevevano normalmente l’acqua di quei pozzi.

     Ricordo che il cromo è uno dei metalli di transizione nella tavola periodica, numero atomico 24, scoperto da Nicolas-Louis Vauquelin nel 1798 (l’anno precedente aveva scoperto anche il berillio) da un minerale da cui ricavò il triossido di cromo (CrO3). In natura esistono diversi isotopi del cromo, i più stabili sono  52Cr, 53Cr e 54Cr; il cromo-52 è il più abbondante raggiungendo l’83,8% del totale. In ambito industriale il cromo si usa come costituente di molte leghe per conferirgli resistenza al calore, ad esempio nell’acciaio inox, oppure nella cromatura di manufatti (si pensi alle rubinetterie, agli utensili meccanici, alle componenti cromate di moto e auto) o nella produzione di alluminio anodizzato. In passato quest’elemento è stato utilizzato molto nella concia e nelle lavorazioni delle pelli. Un altro utilizzo abbastanza diffuso del cromo si ha nella produzione di smalti e vernici. Dal 2006, la Direttiva 2002/95/CE della Comunità Europea vieta l’utilizzo di cromo esavalente come componente dei rivestimenti anticorrosione delle apparecchiature elettriche ed elettroniche.

     Nel suo “Sistema Periodico”, Primo Levi dedica al cromo uno dei capitoli centrali del libro, di cui riporto un breve brano: “… Raccontò dunque che, quando era laggiù responsabile del reparto Vernici Sintetiche, gli era capitata per mano una formulazione di un’antiruggine ai cromati che conteneva un componente assurdo: nulla meno del cloruro d’ammonio, il vecchio ed alchimistico Sale Ammoniaco del tempio di Ammone, assai propenso a corrodere il ferro piuttosto che a preservarlo dalla ruggine. …” . 

Video sul triossido di cromo (in inglese).

 




Acqua, tensione superficiale e capillarità

26 02 2014

          Quali sono le principali caratteristiche del liquido più comune, l’acqua, fondamentale per la vita sul nostro pianeta? La particolare struttura della molecola d’acqua attribuisce a questo liquido proprietà eccezionali. Le molecole d’acqua infatti sono molto polari, perché i legami covalenti che uniscono l’atomo di ossigeno con i due atomi di idrogeno fanno in modo che gli elettroni di legame non siano equamente condivisi tra l’idrogeno e l’ossigeno. È la conseguenza della diversa elettronegatività (potere di attrazione di un elemento nei confronti degli elettroni di legame) tra i due tipi di atomi: nella scala di Linus Pauling l’ossigeno ha il valore di 3,5, l’idrogeno 2,1. Per questo nella molecola H2O gli elettroni condivisi sono più spostati verso il nucleo dell’atomo di ossigeno. La conseguenza è una parziale carica negativa (?-) sull’atomo di O e una parziale carica positiva (?+) sugli atomi di H. Questa “polarità” fà in modo che tra le molecole d’acqua si stabiliscano particolari forze d’attrazione dette “legami a idrogeno”, piuttosto deboli (5% circa della forza di un legame covalente) ma numerosissimi. Si tratta di forze intermolecolari, cioè tra molecole diverse; ma nelle macromolecole, soprattutto quelle biologiche, possono instaurarsi anche tra due parti della stessa molecola.

     Dalla polarità della molecola e dai legami a idrogeno derivano le numerose proprietà di questo liquido eccezionale. Bisogna chiarire che in una goccia d’acqua liquida i legami a idrogeno si spezzano e si riformano miliardi di volte ogni secondo, perciò le molecole sono mobili e l’acqua si può “versare” e può passare attraverso piccoli fori o fessure. Nel ghiaccio i legami a idrogeno formano una struttura rigida per cui le singole molecole di H2O “vibrano” soltanto intorno a posizioni fisse. Nel vapor acqueo invece i legami a idrogeno sono assenti e le molecole si muovono liberamente in tutto lo spazio che hanno a disposizione.

     Tra le proprietà dell’acqua, abbiamo un calore specifico particolarmente elevato: 1 cal/(g.*°C). Il calore specifico di una sostanza è la quantità di calore che è necessario fornirle per innalzare di 1 °C la temperatura di 1 g di quella sostanza. Questo dato conferisce all’acqua l’importantissima capacità di mitigare il clima delle regioni costiere dei mari, degli oceani e dei grandi laghi. Non solo, proprio perché si riscalda e si raffredda molto lentamente è fondamentale per mantenere costante la temperatura degli organismi omeotermi, quindi anche la nostra. 

     L’acqua è il componente più abbondante (65-70%) del nostro corpo perché è un ottimo solvente. Scioglie tutte le sostanze polari e si “separa”  da quelle apolari. La maggior parte delle reazioni chimiche in natura avvengono proprio grazie al potere solvente dell’acqua. Affinché avvenga una reazione è necessario che le molecole, gli ioni, gli atomi vengano a contatto e si urtino in modo “efficace”. Questo è molto facile se le sostanze che intervengono nella reazione sono sciolte in soluzione acquosa.

    Ritornando alla struttura della molecola d’acqua e ai suoi legami a idrogeno, si possono definire “forze di coesione” quelle che si stabiliscono tra le molecole di questo liquido e le tengono insieme. Il fenomeno della tensione superficiale si manifesta in corrispondenza della superficie libera dell’acqua, infatti i legami a idrogeno che tengono unite le molecole di H2O si formano in tutte le direzioni ove queste molecole sono presenti ma non verso la superficie libera. Ne consegue che sulla superficie dell’acqua si formi una “tensione superficiale” anche abbastanza elevata, dovuta all’azione di richiamo delle molecole verso “l’interno”, in grado di sostenere alcuni insetti come le idrometre oppure uno spillo o una clips d’acciaio, se adagiati orizzontalmente con cautela. Anche la formazione delle bolle di sapone, che hanno tanto successo con i piccoli e i grandi, sono una manifestazione caratteristica della tensione superficiale. Infatti le lamine d’acqua saponata, deformate, tendono ad assumere la forma sferica perché è quella che ha la minore superficie. Come dimostrano bene i fenomeni dell’evaporazione e dell’ebollizione, la tensione superficiale diminuisce con l’aumentare della temperatura perché insieme a quest’ultima aumenta anche l’energia cinetica delle molecole, quindi la loro mobilità.

     Anche la capillarità è un importante fenomeno fisico e biologico dovuto alla tensione superficiale. Si manifesta con i liquidi all’interno di sottilissimi (0,1 mm) capillari. Oltre alle forze di coesione, tra le molecole d’acqua e quelle di altre sostanze con cui vengono a contatto si formano altre forze: le forze di adesione . Ad esempio l’acqua contenuta in un cilindro graduato esercita una forza di adesione nei confronti delle pareti di vetro del recipiente. Con gli strumenti disponibili in un laboratorio scolastico non si può misurarne il valore, ma la sua presenza è evidenziata dalla particolare forma “a menisco” rivolto verso l’alto della superficie a contatto con l’aria. Se a qualcuno nelle sere d’estate è capitato di accendere un lucignolo alla citronella per tenere lontane le zanzare, sappia che l’azione assorbente del lucignolo è dovuta alla capillarità che fa salire la soluzione lungo gli interstizi tra le fibre. In natura e in biologia il fenomeno della capillarità ha un’importanza fondamentale, si pensi solo alla risalita della linfa dalle radici al tronco, ai rami e alle foglie degli alberi. In questo caso contribuisce molto anche la traspirazione del vapor acqua dagli stomi delle foglie.

Crediti immagini: http://www.boundless.com ; http://commons.wikimedia.org/ ; www.austincoppock.com .

 




Acqua e terra avvelenate?

18 11 2013

     Un articolo riportato in primo piano dalla rivista “L’Espresso” di questa settimana, con il titolo di copertina durissimo “Bevi Napoli e poi muori”, ha suscitato critiche, proteste e minacce di denunce e richieste di danni. Ma soprattutto ha gettato nello sconcerto milioni di persone che vivono in alcune zone delle province di Napoli e Caserta. Di cosa si tratta? L’articolo, prendendo spunto dalle dichiarazioni di alcuni pentiti di camorra, propone i risultati di una ricerca della marina statunitense su sostanze nocive presenti nell’ambiente dell’area napoletana e del basso casertano. Alcune di queste zone sono tristemente note come “Terra dei fuochi” per i numerosi roghi d’immondizia osservati di giorno e di notte.

     In concreto, la ricerca oltre ai materiali biologici (coliformi fecali), ha analizzato le concentrazioni nel terreno e nelle acque di metalli pesanti, soprattutto piombo e uranio, e svariati composti potenzialmente pericolosi per la salute umana, tra cui: diossine, cloroformio, fluoruri, PCE, dibromo-cloro-propano, naftalene, benzene, nitrati e nitriti.

     Perché la marina americana ha commissionato questo studio costato (dato riportato dalla rivista) circa trenta milioni di euro? Perché in zona vivono circa tremila cittadini statunitensi, militari con le loro famiglie. In questo modo si vuole capire cosa stanno rischiando, quali precauzioni prendere e dopo quanto tempo, eventualmente,  è opportuna una rotazione del personale in servizio.

     Naturalmente non potendo visionare il dossier con i risultati della ricerca, è facile cadere nell’allarmismo e su questo ha ragione l’amministrazione comunale di Napoli. Però per il principio di precauzione, per la salute pubblica, sarebbero opportune analisi a tappeto anche da parte delle amministrazioni locali su questi inquinanti. Senza ipotizzare costi esorbitanti come quello sostenuto dalla marina americana, coinvolgendo l’ARPA della Campania, magari con l’ausilio delle Agenzie per l’Ambiente di altre Regioni, si arriverebbe a risultati in grado di confermare o smentire con nuovi dati quest’allarme che coinvolge un numero così elevato di persone e la loro salute.

     Ma in sintesi, cosa sono quelle sostanze chimiche citate e incriminate? Sulla pericolosità di piombo e uranio ho già scritto in “Una regione molto pericolosa”. Le diossine sono composti organici che si sprigionano dalla combustione di svariati materiali contenuti nei rifiuti solidi urbani. Si formano per reazione tra due molecole di idrossilammina (NH2-OH) e composti contenenti due funzioni carboniliche (>C=O), con l’eliminazione di una molecola d’acqua. La struttura di base delle diossine è costituita da un anello con 4 atomi di carbonio, altrettanti di idrogeno e due di ossigeno (formula bruta C4H4O2). Si tratta di inquinanti persistenti, tossici e cancerogeni. Vedi diossine su wikipedia.

     Cloroformio invece è il nome comune del triclorometano (CHCl3 , con una tipica struttura tetraedrica), un liquido molto volatile utilizzato anche come solvente per resine, oli e grassi. Nocivo sia per la salute umana che per l’ambiente, la prima volta venne prodotto nel 1831 da uno dei padri della chimica organica: Justus Von Liebig (!803-1873) che fece reagire ipoclorito di calcio Ca(ClO)2 con etanolo (CH3CH2OH) o acetone (dimetilchetone o 2-propanone, CH3COCH3). Prima del 1900, non conoscendo i suoi effetti tossici era utilizzato come anestetico, poi venne sostituito dall’etere dietilico (CH3CH2-O-CH2CH3).

     I fluoruri sono composti del fluoro con metalli o non metalli (ad esempio AlF3, CaF2, KHF2) e talvolta si trovano disciolti nelle acque in basse concentrazioni. Alcuni fluoruri sono ampiamente utilizzati nell’industria, perciò il loro sversamento incontrollato nell’ambiente può provocare tossicità a carico del sistema respiratorio e di quello digerente.

     La sigla PCE indica il percloroetilene o tetracloroetene (Cl2CCCl2), un composto nocivo per inalazione, classificato tra i rifiuti pericolosi. Viene utilizzato come detergente dei lavaggi “a secco” e nel dossier sull’area napoletana la sua presenza nelle acque di alcune zone è considerata molto elevata.

     Il dibromo-cloro-propano veniva utilizzato molti anni fa come pesticida in agricoltura con diversi nomi commerciali, da un paio di decenni è vietato anche in Italia. I suoi effetti tossici sono notevoli e se è stata rilevata la sua presenza nell’aria  di alcune zone inquinate qualcosa non quadra: se non è stato più utilizzato, avrebbe dovuto svanire in poco tempo.

     Il Naftalene (C10H8), più conosciuto col nome commerciale di naftalina, è un composto aromatico policiclico la cui struttura è formata da due anelli benzenici fusi. È tossico ed è sospettato di essere cancerogeno.

     Il benzene (C6H6) è uno dei composti che hanno fatto la storia della chimica organica, soprattutto per la scoperta della sua formula di struttura. È il rappresentante tipico degli idrocarburi aromatici con tre doppi legami C=C e venne scoperto nel 1825 da Michael Faraday (1791-1867) che lo isolò dal petrolio, ma per conoscere la sua struttura si dovettero attendere altri quarant’anni. Infatti solo nel 1865 Friedrich August Kekulé (1829-1896) intuì che doveva avere una struttura esagonale con i tre doppi legami, dopo aver introdotto nel 1857 la teoria della tetravalenza del carbonio e dei legami multipli. Successivamente si arrivò a capire il concetto di risonanza, con la teoria degli orbitali ibridati di Linus Pauling  e si capì che il benzene ha una tipica struttura di risonanza (immagine). Oltre ad essere molto tossico, è stato classificato come cancerogeno. Sul benzene si può trovare una vasta letteratura. Per approfondire: benzene, wikipedia.

     Nitrati [ione nitrato: (NO3)-] e nitriti [ione nitrito: (NO2)-] sono sali di azoto, i più diffusi in natura sono il nitrato di sodio NaNO3 e il nitrato di potassio KNO3, utilizzati anche come additivi alimentari, come conservanti. I nitrati sono identificati dalle sigle E251 e E252, i nitriti con E249 e E250. Il nitrato d’ammonio NH4NO3 è molto utilizzato come fertilizzante. I nitrati possono trasformarsi in nitriti che, se reagiscono con le ammine contenute nei prodotti proteici, possono diventare nitrosammine, i cui effetti cancerogeni purtroppo sono accertati.

 




Esercizio svolto: molecole d’acqua

21 06 2012

     Talvolta ho ricevuto richieste di aiuto su esercizi da studenti di altre parti d’Italia. In questo caso credo che il quesito possa interessare anche altri  e lo pubblico. <<Mi aiuti a risolvere questo esercizio, soprattutto come si imposta.
“UN FERRO DA STIRO CONSUMA IL 15,2 % DI H2O IN 120′. QUANTE MOLECOLE DI H2O AVRAI DOPO 300′ SE INIZIALMENTE AVEVI 4 MOLI?”. devo dare un esame di “biologia applicata”. Ti ringrazio. (Nome e email)>>

     Innanzitutto è d’obbligo una proporzione che ci permetta di calcolare la percentuale d’acqua consumata dal ferro da stiro dopo 300’, conoscendo il consumo dopo 120’,

15,2%: 120’ = x %: 300’ da cui si ricava che dopo 5 ore di lavoro, viene consumato il 38% dell’acqua totale del ferro.

A questo punto calcoliamo a quante molecole d’acqua corrispondono le 4 moli iniziali: 4*6,022*1023 (6,022*1023  sono le molecole di una mole, ricordi il numero di Avogadro?) e otteniamo 24,088*1023 , cioè 2,409*1024 molecole.

Ne sono state consumate il 38%, perciò ne sono rimaste il 62% (100%-38%). Calcoliamo il 62% di 2,409*1024 molecole e otteniamo 1,494*1024 molecole, sono quelle rimaste. In bocca al lupo per l’esame e mantenersi in allenamento!

Nell’immagine: molecole d’acqua con i legami a idrogeno, tratta da http://www.vialattea.net

 




Composti ionici: il cloruro di sodio

7 03 2011

spargisale03          Prendiamo spunto dall’ultima nevicata che ha imbiancato il Piemonte e altre regioni nella prima settimana di marzo e da una pubblicità televisiva di successo degli scorsi anni, per fare un cenno sui composti ionici, in particolare sul cloruro di sodio (NaCl). D’inverno, ogni anno in molte regioni italiane e ancora di più nei Paesi del centro e nord Europa, vengono sparse migliaia di tonnellate di cloruro di sodio per le strade e le autostrade. Perché? Perché il cloruro di sodio ha la proprietà di abbassare il punto di congelamento dell’acqua. Del resto l’acqua marina delle zone polari, pur avendo una salinità più bassa di quella degli altri mari, ghiaccia a circa –2 °C anziché a 0 °C. Infatti il cloruro di sodio, in presenza di questo specialissimo composto, allo stato liquido o solido, dalle proprietà fisiche e chimiche eccezionali che rendono possibile la vita, si scinde in ioni che si legano elettrostaticamente alle molecole d’acqua e interferisce con la formazione e la crescita dei cristalli di ghiaccio. Il processo in cui composti ionici come l’NaCl vengono separati nei corrispondenti ioni Na+ e Cl- dalle molecole d’acqua è detto dissociazione elettrolitica.

       In una famosa pubblicità sull’acqua imbottigliata, la protagonista era una solitaria particella di sodio che chiedeva: “c’è qualcuno?”. Evidentemente la pubblicità è stata efficace se, come tanti altri, ancora la ricordo (ma non ricordo il nome della pubblicità). Ha attirato l’attenzione dei consumatori e del pubblico televisivo, ma chi l’ha preparata certamente non ha tenuto conto del grandissimo numero di particelle (6,022*1023) contenute in una mole di sostanza. Un numero enorme che rende assolutamente impossibile la presenza di una sola particella di sodio in una bottiglia da 1,5 litri d’acqua che, tra l’altro, corrisponde a circa 83 moli mentre una singola mole di H2O sono 18,02 g . Si tratta solo di uno, dei tanti messaggi televisivi sbagliati dal punto di vista scientifico.

         Il cloruro di sodio è un composto chimico ionico. Ricordiamo anche che il cloruro sodico contribuisce in modo rilevante alla salinità dei mari che è in media del 35‰, ossia ogni 1000 grammi d’acqua marina, 35 g sono costituiti da sali disciolti in soluzione e questo composto forma il 77% di questi sali, cioè ben 27 dei 35 grammi. Fra i numerosi altri composti ed elementi che vi troviamo disciolti, spicca il cloruro di magnesio (MgCl2) che forma altri 4 di quei 35 grammi ed è responsabile del sapore amaro dell’acqua di mare.

         Riprendendo il post sulla formazione di ioni, vorrei attirare l’attenzione sui vari composti ionici. In questo breve percorso, dobbiamo necessariamente iniziare dai composti ionici binari, cioè costituiti soltanto da due diverse specie di atomi. In questi composti naturalmente gli atomi sono legati tra di loro per mezzo di un legame ionico, cioè formato da ioni positivi e negativi tenuti insieme da interazioni di tipo elettrostatico (o coulombiano). Il legame ionico si forma quando tra i due atomi c’è una grande differenza di elettronegatività, in genere maggiore di 1,7. Perciò si tratta di composti costituiti, quasi esclusivamente da elementi dei primi gruppi del Sistema periodico (I, II e III), con bassa elettronegatività, con elementi degli ultimi gruppi (VI e VII), escluso quello dei gas nobili ovviamente. Il legame ionico è detto anche legame salino perché è caratteristico dei sali.

          Tipici composti ionici binari sono gli alogenuri, un termine generico che indica composti formati da un alogeno con un catione metallico: fluoruri, cloruri, bromuri e ioduri. Non consideriamo i composti  binari contenenti ossigeno, detti ossidi, che allargherebbero troppo il nostro discorso. Un aspetto, invece, che dobbiamo sempre tener presente è quello della formula dei composti ionici. Soprattutto nei solidi, la formula di un composto ionico non corrisponde ad una molecola. Per essere più concreti, la formula NaCl non indica una molecola di cloruro di sodio né che una mole di quel composto è formata da tante molecole di NaCl. Questa formula invece indica soltanto che, nel composto in questione, gli atomi di cloro e sodio si trovano nel rapporto di 1:1. Perciò NaCl indica solo l’unità di formula. Allo stato solido il composto di formula unitaria NaCl è costituito da un reticolo cristallino che prevede ogni ione Na+ circondato da 6 ioni Cl- posti alla stessa distanza e viceversa, ogni ione Cl- è circondato da 6 ioni Na+. Questo si esprime dicendo che nel cloruro sodico il numero di coordinazione di sodio e cloro è 6.

            In generale, come si assegna il nome ai composti binari che non contengono ossigeno e quindi anche ai composti ionici? Si considera l’elemento scritto dopo nella formula e si modifica aggiungendogli in suffisso –uro, facendolo poi seguire dalla preposizione di e dal nome del primo elemento. Se nella formula compaiono anche indici numerici, vanno aggiunti i corrispondenti prefissi (di-, tri-, tetra-, ecc.). Ulteriori indicazioni e approfondimenti, come la notazione di Stock e la nomenclatura tradizionale, si possono trovare sui libri di testo.

            In natura sono diffusi anche composti ionici ternari (tre elementi) o quaternari, costituiti da un catione metallico o dal catione ammonio NH4+ e da un ossianione (SO42- o ione solfato, NO3- o ione nitrato, CO32- o ione carbonato, …). Anche per assegnare il nome a questi composti si parte dalla formula e dal nome dell’ossianione (ricavabile da opportune tabelle) aggiungendo la preposizione di seguita dal nome del catione. Quindi possiamo avere il nitrato di sodio (NaNO3), il fosfato di potassio (KPO4), il bromuro di ammonio (NH4Br), e così via.

            Sicuramente però il composto ionico che l’uomo utilizza ed ha utilizzato di più, da sempre, è proprio il cloruro di sodio. Perché? Per il suo sapore caratteristico che rende più gustosi i cibi, ma soprattutto perché per molti secoli il metodo della salatura ha permesso la conservazione dei cibi in tutte le aree geografiche. Se il clima era abbastanza rigido, in alcuni casi si poteva utilizzare anche il congelamento. Negli ultimi decenni però, nei Paesi ricchi, a causa dell’eccesso di alimenti introdotti nell’organismo, il cloruro di sodio sta manifestando i suoi effetti nefasti sulla salute umana; insieme alla sedentarietà ha determinato un notevole aumento di malattie cardiovascolari: ipertensione, infarto e ictus. Non è certo un caso che questi tipi di malattie, in Toscana dove notoriamente si produce e consuma pane sciapo, hanno un tasso d’incidenza più basso della media nazionale. Dei due elementi, è sotto accusa in particolare il sodio che, però è anche fondamentale per la fisiologia delle nostre cellule ma l’argomento, con i suoi aspetti biologici, dovremo affrontarlo in un altro post, sull’altro blog. Sicuramente dobbiamo fare attenzione al sale e ridurre il suo consumo alimentare, perché è già contenuto in tutti i cibi. Spesso anche in quantità eccessive rispetto al nostro fabbisogno giornaliero.




CARATTERISTICHE DELLA MOLECOLA D’ACQUA

30 01 2009

 

La molecola d’acqua (H2O) è costituita da due tipi di atomi (idrogeno e ossigeno) che hanno diversa elettronegatività: O = 3,5 e H = 2,1; quindi hanno una diversa forza di attrazione sugli elettroni condivisi nella formazione dei legami chimici.

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