Che atmosfera!!!

Per concludere l'anno scolastico, voglio raccontare qualcosa sull'atmosfera e sull'aria, ripercorrendo un po' il cammino che ha portato l'Uomo a comprenderne la composizione e le proprietà. Molte tappe di questo cammino sono comuni a quelle della chimica dei gas, di cui dissi QUI.

Mi sarebbe piaciuto arricchire le lezioni con qualche esperimento dimostrativo come il bagno idropneumatico per raccogliere i gas (sopra), introdotto da Stephen Hales e da me realizzato come nel seguente video (oltre che in altri modi), usando un pallone a tre colli acquistabile da Glasschimica o da altro negozio di materiale da laboratorio, un pezzo di tubo in ottone, una vecchia coppa da gelato e una bottiglietta (per il succo di frutta o per il bitter).

La scoperta dell'ossigeno da parte di Priestley è stata possibile grazie a strumenti così semplici: egli giunse a prepararlo per decomposizione termica dell'ossido di mercurio o del minio, come dissi QUI.

Noi possiamo prepararlo semplicemente per decomposizione catalitica dell'acqua ossigenata, QUI, catalizzata da ossidi metallici, da ioduro di potassio (come nel video), da permanganato o dagli enzimi che si trovano nella materia vivente (fegato, carne e anche nei tessuti vegetali). 

Tempo fa, quando proposi questo esperimento nel vecchio blog, un insigne professorone di un celebre liceo di una grande città italiana ne criticò l'esecuzione su un forum con i suoi studenti, pretendendo che dimostrassi che quello prodotto era davvero ossigeno e non solo un gas dalle proprietà ossidanti.

Dunque, quando si studia la cinetica di una reazione (ovvero la velocità), sarebbe opportuno conoscere a priori la stechiometria, ossia sapere da che cosa parto (reagenti) e che cosa ottengo (prodotti) e quali sono i rapporti.

Io so che decomponendo l'acqua ossigenata (reagente), o meglio, perossido di idrogeno, ottengo acqua e ossigeno: è noto dalla letteratura e, di solito, la revisione della letteratura è il primo passo che si compie quando si vuole intraprendere una ricerca sperimentale. 

Per rallentare il processo di decomposizione, nelle soluzioni commerciali di acqua ossigenata sono aggiunti degli stabilizzanti; per accelerare il processo (lo sanno bene le parrucchiere) si aggiungono dei catalizzatori (come quelli ricordati sopra, ai quali aggiungo l'ammoniaca). 

Il catalizzatore è una sostanza che accelera la reazione e ritorna inalterato alla fine: il termine "catalizzatore" è stato introdotto da Berzelius proprio per spiegare la capacità del platino di decomporre l'acqua ossigenata. L'effetto di un catalizzatore è detto "catalisi".

L'ossigeno che si sviluppa può essere semplicemente raccolto con un bagno idropneumatico - come fece Priestley - oppure gorgogliato in una soluzione di complesso di Vaska in toluene, metodo sicuro per appagare la sete di vera scienza esternata dall'insigne didatta di cui sopra: io mi limito a giocare e a divertirmi, consapevole purtroppo che nei miei trastulli di fanciullo poco cresciuto (se non in massa corporea) posso imbattermi in stuoli di agguerritissimi paladini di Galileo.

Il complesso di Vaska è un composto dell'iridio (I) capace di legare l'ossigeno in modo reversibile attraverso un'addizione ossidativa: la soluzione in toluene, inizialmente gialla, vira all'arancione per la formazione del legame bidentato (side-on) con il diossigeno, dando luogo a un perosso-complesso. 

Lo studio all'infrarosso evidenzia lo spostamento della banda del carbonile da 1967 cm-1 (complesso di Vaska) a 2015 cm-1 (perosso-complesso).

Il composto di partenza può essere ripristinato per ebollizione o gorgogliando un gas inerte. Mi rendo disponibile a realizzare nella pratica tutta la dimostrazione, purché le spese siano in carico al richiedente (l'iridio e i suoi composti non sono proprio a buon mercato).

Dimostrato che l'ossigeno prodotto è ossigeno, ringraziamo Lavoisier e sua moglie per averne evidenziato la capacità di combinarsi con gli elementi per formare gli ossidi... e per avergli dato il nome, anche se con un'intuizione non del tutto corretta - che gli perdoniamo.

Dopo aver parlato dell'ossigeno, mi soffermerò sull'azoto e sui suoi composti: ammoniaca, idrazina, ossidi vari e acido nitrico, sui quali non mi dilungo avendone parlato altrove.

Un tributo lo devo a Gay Lussac, a me tanto caro, e alle sue avventurose ascensioni in pallone con Biot, che tanto gli invidio, QUI.

Infine, qualche nota su clima non mancherà: nulla di diverso da quanto ebbi già pubblicato QUI.