Influenza della concentrazione dei reagenti e dei prodotti sull equilibrio chimico. Influenza della temperatura sull equilibrio chimico.

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1 Esperienza n. 5 Influenza della concentrazione dei reagenti e dei prodotti sull equilibrio chimico. Influenza della temperatura sull equilibrio chimico. una provetta da saggio, porta provette, spruzzetta con acqua distillata, cilindro da 10 ml, carta da filtro e phon. cobalto dicloruro esaidrato Cl 2 6H 2 O, acido cloridrico concentrato, acqua distillata, 2 becher da un litro, uno con acqua calda (70-80 C) ed uno con acqua fredda. [Cl 4 ] 2 + 6H 2 O [(H 2 O) 6 ] Cl Blu Rosa Osservare e comprendere la reversibilità di una reazione all equilibrio. Aspetti microscopici [Cl 4 ] 2 [(H 2 O) 6 ] 2+ Blu Rosa Si pesano in una navicella 0,100 g di cobalto cloruro esaidrato Cl 2 6H 2 O, si trasferisce il solido in una provetta e si aggiungono 3 gocce di acido cloridrico concentrato, agitando per favorire la 1

2 completa solubilizzazione del Cl 2 6H 2 O. In tal modo si ottiene una soluzione blu. Alla soluzione blu si aggiunge poi goccia a goccia acqua distillata, fino ad osservare la variazione del colore da blu a viola e poi a rosa (cioè verso una maggiore concentrazione di [(H 2 O) 6 ] 2+ ). A questo punto è possibile far retrocedere l equilibrio aggiungendo di nuovo acido cloridrico goccia a goccia fino a colorazione blu persistente (cioè corrispondente ad una maggiore concentrazione di [Cl 4 ] 2- ). Si aggiunge di nuovo acqua goccia a goccia fino a colorazione rosa della soluzione, a questo punto è possibile valutare l effetto della variazione di temperatura sull equilibrio chimico. A tal fine immergiamo la provetta con la soluzione rosa nel becher contenente acqua calda, si osserverà il viraggio verso la colorazione blu. Successivamente, raffreddando si può di nuovo tornare alla condizione originaria (colore rosa). Nel primo caso una temperatura elevata favorisce lo spostamento della posizione dell equilibrio verso una maggiore concentrazione di [Cl 4 ] 2-, mentre un abbassamento della temperatura fa nuovamente aumentare la concentrazione di [(H 2 O) 6 ] 2+ riportando la soluzione al colore rosa. Aspetti microscopici [Cl 4 ] 2 [(H 2 O) 6 ] C 0 C Blu Rosa Scrittura invisibile Utilizzare la soluzione rosa come un inchiostro, per scrivere il proprio nome su un pezzetto di carta da filtro e lasciare asciugare. La scritta risulterà pressoché invisibile, ma scaldando con un phon si osserva la comparsa della scritta con colorazione blu. Raffreddando, la scritta tornerà a scomparire ma potrà essere rigenerata ogni volta semplicemente riscaldando la carta. 2

3 Esperienza n. 6 Incompletezza di una reazione chimica all equilibrio 4 provette da saggio, porta provette, soluzione satura di Fe 3+ NH + 4 (SO 2 4 ) 2, soluzione di potassio tiocianato K + SCN 0,5M. Fe 3+ + SCN Fe(SCN) 2+ giallo pallido rosso Osservare e comprendere l incompletezza di una reazione all equilibrio. Riempire con acqua distillata una provetta fino a metà volume ed aggiungere 3 gocce della soluzione di Fe 3+ NH 4 + (SO 4 2 ) 2, successivamente aggiungere 3 gocce della soluzione di K + SCN, ed agitare la miscela. La soluzione così ottenuta avrà una colorazione rosso pallido. Versare circa un terzo del contenuto della provetta in altre due provette in modo da avere tre provette (che chiameremo provetta A, B e C) tutte con la stessa quantità di soluzione. La provetta A viene tenuta da parte come confronto. Alla provetta B si aggiungono 2 gocce della soluzione di Fe 3+ NH 4 + (SO 4 2 ) 2 : si osserverà un aumento dell intensità della colorazione rossa. Alla provetta C si aggiungono invece due gocce della soluzione di K + SCN : anche in questo caso si verifica un incremento dell intensità della colorazione rossa, come facilmente verificabile avvicinando le provette B e C alla provetta A di confronto. Da tale comportamento sperimentale si può desumere che la reazione di equilibrio è una reazione non completa, in quanto aggiungendo uno dei due reattivi si osserva un aumento dell intensità della colorazione rossa dovuta alla formazione di altro prodotto Fe(SCN) 2+. Questo può avvenire solo se, quando aggiungiamo uno dei due reattivi, l altro è presente, non essendosi trasformato tutto nei prodotti. Dal fatto che all equilibrio persiste ancora una certa quantità di reagente, si deduce che una reazione all equilibrio è una reazione incompleta. Dividere il contenuto in tre provette Aggiungere 2 gocce di Fe 3+ NH + 4 (SO 2 4 ) 2 in B e 2 gocce di K + SCN in C A B C A B C Soluzione rosso pallido ottenuta dopo aver aggiunto i due reattivi alla provetta contenente acqua distillata. 3 Soluzioni di colore rosso più intenso rispetto alla provetta A di confronto.

4 Esperienza n. 7 Reazione fotochimica reversibile becher da 50 ml, cristallizzatore da 2 litri, due cilindri graduati uno da 10 ml ed uno da 100 ml, puntatore laser di colore verde o normale lampada da tavolo. soluzione di ferro(ii) solfato eptaidrato FeSO 4 7H 2 O, soluzione di acido solforico H 2 SO 4 2M, soluzione di tionina acetato 0,001M (0,023 g in 100 ml di H 2 O distillata). luce intensa (tionina) + + 2Fe H + (tioninah 2 ) + + 2Fe 3+ blu-porpora incolore Osservare l effetto della luce su particolari tipi di reazioni fotochimiche all equilibrio. Due millilitri della soluzione di tionina acetato 0,001M vengono versati in un becher da 100 ml, si aggiungono poi 50 ml di acqua distillata e 3 ml di H 2 SO 4 2M. Infine si aggiungono 0,200 g di FeSO 4 7H 2 O precedentemente pesato in una navicella, agitando la miscela fino a completa dissoluzione. A questo punto il becher viene posto sotto la luce di una lampada o di un puntatore laser di colore verde. Dopo alcuni secondi si osserva la decolorazione della soluzione. Spegnendo la fonte di luce dopo qualche minuto ricompare la colorazione porpora. La specie (tionina) + impartisce la colorazione blu-porpora alla soluzione. Tale specie ha la capacità di assorbire energia sotto forma di luce intensa, passando ad un livello energetico eccitato in cui è molto più reattiva e, in presenza di ioni H + e ioni Fe 2+, diventa (tioninah 2 ) + (soluzione incolore). Una luce intensa favorisce quindi la reazione diretta verso la formazione di una maggiore quantità della specie (tioninah 2 ) + incolore. Al contrario, in assenza di luce intensa, l equilibrio retrocede verso una maggiore concentrazione della specie (tionina) + e la soluzione ritorna al colore blu-porpora originario. In assenza di luce intensa la soluzione torna ad essere blu 4

5 Esperienza n. 8 Reazione di ossidoriduzione becher da 50 ml, imbuto e carta da filtro, anello di sostegno, rame cloruro CuCl 2, acqua distillata, fogli di alluminio. 2Al + 3Cu ++ 2Al Cu Semireazioni: - Reazione di riduzione (consuma elettroni) 3Cu e 3Cu (metallico) - Reazione di ossidazione (produce elettroni) 2Al (metallico) 2Al e Osservare una reazione di ossidoriduzione, che avviene grazie allo scambio di elettroni in soluzione, tra gli atomi di alluminio e gli ioni rame. Disciogliere circa 0,400 grammi di rame cloruro CuCl 2 in 50 ml di acqua distillata posti nel becher da 100 ml. Successivamente aggiungere alcuni pezzetti di carta di alluminio di peso totale non superiore a 0,080 grammi. Si osserverà la progressiva formazione di una sostanza marrone-rossastra costituita da rame elementare in forma spugnosa, mentre l alluminio va progressivamente scomparendo ed anche la colorazione della soluzione da azzurrina tenderà a divenire incolore. Filtrare la soluzione per separare il solido (rame elementare). 5