Carlo Fiorentini

            Abbiamo dedicato particolare attenzione alla combinazione tra acido cloridrico e soda, perché essa non è un caso a sé, ma è un esempio emblematico di ciò che si verifica sempre quando si mescolano un acido e una sostanza basica.

            Se al posto della soda e dell’acido cloridrico si utilizzano altre sostanze basiche e altri acidi, si verifica sempre una combinazione, e si ha sempre il fenomeno della neutralizzazione. Ciò che cambia sono le sostanze solide prodotte.

Per esempio, dalla reazione tra acido cloridrico e potassa, si ottiene una sostanza bianca simile al sale da cucina, che si chiama cloruro di potassio:

             acido cloridrico + potassa —————> cloruro di potassio + anidride carbonica.

Se si utilizzano acido nitrico e solforico, si ottengono le seguenti sostanze:

                    acido nitrico + soda         —————> nitrato di sodio + anidride carbonica

                    acido nitrico + potassa     —————> nitrato di potassio   +       “

                    acido solforico + soda     —————-> solfato di sodio     +        “

                    acido solforico + potassa —————-> solfato di potassio  +       “

                                                                                    (sale di Glauber).

Tutte queste sostanze solide sono bianche. Esse costituiscono alcuni esempi di una nuova classe di sostanze, che è stata chiamata classe dei “sali”. Il nome “sale”, che è stato impiegato per molti secoli per designare una sola sostanza; è stato poi utilizzato (è stato generalizzato) per indicare tutte le sostanze che si ricavano, come il sale da cucina, dalla reazione di neutralizzazione di un acido e di una sostanza basica.

            Nel XVII secolo, grazie agli esperimenti di artigiani, alchimisti, e scienziati, con molti acidi e sostanze basiche, si generalizzò la conoscenza di questa basilare caratteristica degli acidi e delle basi, la loro complementarità (si neutralizzano vicendevolmente). Si sviluppò conseguentemente la consapevolezza che alcune sostanze solide (sali) utilizzate da secoli, come il sale da cucina, fossero sostanze composte di un acido e di una sostanza basica. Fu intrapreso, quindi, un primo passo nella comprensione delle relazioni composizionali esistenti tra le varie sostanze del mondo inorganico, che sarebbe stato ripreso e sviluppato alla fine del Settecento da Lavoisier, con la scoperta delle sostanze che sono effettivamente elementi chimici.

            Fin dall’antichità, uno dei problemi teorici più importanti è stato quello della semplicità e della composizione delle sostanze. La concezione aristotelica, che effettuò una sintesi dei contributi di molti filosofi, riteneva che soltanto quattro fossero le sostanze semplici (acqua, terra, aria e fuoco), e che tutte le altre sostanze fossero combinazioni (composti) di diversa complessità di queste.

            Nel corso dei secoli, si era ipotizzato che determinate sostanze fossero più complesse di altre, in quanto composte da esse, ma fu soltanto nel corso del Seicento che si scoprì una relazione di complessità tra classi di sostanze: si realizzò, infatti, la fondamentale generalizzazione che gli acidi e le basi sono più semplici, come composizione dei sali.

sale

acido              base

Lavoisier indicò questa conoscenza come la teoria chimica più importante lasciata in eredità dai chimici che lo avevano preceduto.

Gli acidi sono come spilli

            Come è possibile spiegare che due sostanze aggressive, combinandosi, si neutralizzano vicendevolmente? Nel 1600 si diffuse tra gli scienziati ed i filosofi la convinzione che fosse possibile spiegare i fenomeni naturali sulla base di ipotesi relative alla forma e al movimento delle piccole particelle (atomi) costituenti i corpi (una concezione di tipo meccanicistico). Questa impostazione venne utilizzata anche per dare una spiegazione dei fenomeni chimici. Per esempio, il chimico francese Lemery spiegava la reazione di neutralizzazione in questo modo: egli immaginava che le particelle degli acidi fossero a punta e quelle delle basi porose; ed ipotizzava conseguentemente che un acido fosse neutralizzato da una base, in quanto le particelle di un acido, simili a quelle di uno spillo, penetrassero nei pori delle particelle basiche e non fossero, quindi, più in grado di bucare (perdendo in questo modo la loro capacità aggressiva).

            Questa ipotesi di Lemery, come molte altre spiegazioni chimiche inventate nel Seicento possono sembrare ingenue e inutili; in realtà esse prepararono il terreno per lo sviluppo, nei secoli successivi, di sperimentazioni e di teorie sempre più adeguate. La convinzione dell’indispensabilità delle ipotesi e delle teorie sulle particelle microscopiche (atomi, molecole) costituenti i corpi per spiegare i fenomeni costituì uno dei contributi più importanti del meccanicismo seicentesco allo sviluppo successivo della chimica.

Il sale comune

            Fin dall’antichità il sale è stato una sostanza di primaria importanza. Veniva ricavato da giacimenti naturali (salgemma), o per evaporazione dell’acqua di mare che ne contiene quantità significative (per questo motivo viene anche chiamato sal marino).

            Nelle società antiche l’importanza del sale era tale che esso veniva impiegato come moneta per lo scambio delle merci e per il pagamento delle imposte; L’utilizzo del sale per questo scopo è avvenuto, per esempio in Abissinia, fino a tempi recenti.

            La conservazione ed il condimento dei cibi rappresentavano l’utilizzo più importante del sale. Un uso strano del sale consisteva nell’aggiungerlo all’olio per le lucerne; esso conferiva un colore giallo alla fiamma, rendendo la luce migliore. Soltanto nell’Ottocento, con la nascita della spettroscopia, fu possibile spiegare questo fenomeno: il sale comune, come tutti i sali contenenti sodio, emette una caratteristica luce gialla quando viene collocato su una fiamma.

33. Verificate questa proprietà del sale, collocando un cucchiaino contenente del sale sopra la fiamma della cucina a gas.

Nell’antichità al sale si attribuiva un potere purificatore: infatti il sale aveva la proprietà di conservare i cibi, impedendone la putrefazione. Nel Levitico è scritto: “Assieme a tutte le tue offerte tu devi offrire del sale”. In Palestina si utilizzava il salgemma ricavato da Sodoma presso il mar Morto, e questo fatto ricorda la storia della moglie di Lot.

Alcuni sali

            Prendiamo in considerazione alcuni sali noti da molto tempo.

L’allume, un solfato di alluminio e potassio, è utilizzato, per le sue proprietà astringenti, fin dall’antichità nell’industria tintoria, della concia e della carta; e per fermare il sangue di piccole ferite, quali quelle, ad esempio, che ci si procura nel farsi la barba.

Il solfato di magnesio, chiamato anche sale inglese o sale amaro, può essere usato come purgante nella dose di 15-30 grammi.

Il solfato di rame viene utilizzato in grandissima quantità come anticrittogamico (la ramatura della vite).

Il nitrato di sodio è da molto tempo utilizzato per la conservazione dei cibi (salumi, ecc.). Tuttavia, negli ultimi anni si tende a limitarne l’impiego perché si è capito che produce durante la digestione delle sostanze cancerogene (le nitrosammine).

Il bicarbonato di sodio è utilizzato per neutralizzare l’acidità gastrica.

Il nitrato di potassio e il nitrato di ammonio sono impiegati come fertilizzanti.

Gli indicatori

            Nel Seicento fu scoperto un metodo semplice per riconoscere la natura acida, basica e neutra di una soluzione: l’utilizzo di estratti colorati, ricavati da particolari fiori.

Preparazione di un indicatore

            Collocate in un mortaio 15-20 cc di alcol, aggiungete delle violette (o dei pezzettini di barbabietola) pestandole (con il pestello) per 10-15 secondi. In questo modo, l’alcol si colora di viola e l’estratto è preparato.

34. Fate agli studenti le seguenti domande: che tipo di fenomeno, secondo voi, si è verificato? Perché si utilizza l’alcol e non l’acqua?

Preparate varie provette con alcuni cc delle soluzioni acide e basiche utilizzate precedentemente. Aggiungete, poi, in ogni provetta 5-6 gocce di estratto colorato.

35. Chiedete agli studenti che cosa osservano.

            Si ripete la magia già incontrata nelle reazioni di neutralizzazione tra acidi e sostanze basiche: gli acidi e le sostanze basiche risultano di nuovo due classi di sostanze distinte; è diversa la colorazione assunta dagli uni e dalle altre dopo l’aggiunta dell’indicatore .

            Se al posto di indicatori rudimentali di questo tipo si utilizza la cartina indicatrice universale (o l’indicatore universale liquido), il comportamento è dello stesso tipo, ma molto più evidente: gli acidi fanno diventare la cartina rossa, le sostanze basiche blu.

            Questo fenomeno costituisce quindi un modo estremamente semplice per riconoscere la natura di una soluzione, e rappresenta, inoltre, un ampliamento della definizione di acido e di sostanza basica.

La cartina indicatrice universale

            Per riconoscere l’acidità o la basicità di una soluzione si utilizza generalmente la cartina indicatrice universale, che è costituita da un rotolino di carta imbevuto di una miscela di coloranti. E’ possibile constatare che il colore della cartina indicatrice universale:

– rimane inalterato con l’acqua distillata

– diventa arancione o rosso con gli acidi

– diventa verde o blu con le sostanze basiche.

La cartina permette innanzitutto di riconoscere se la soluzione è acida o basica, ma non si limita a questo; è anche in grado di evidenziare se la soluzione acida (o basica) è poco o molto aggressiva (è in grado di distinguere per esempio una soluzione di acido cloridrico dall’aceto).

Saggiate (con un agitatore di vetro mettete qualche goccia di soluzione su un pezzetto di cartina) la cartina indicatrice con le seguenti soluzioni di acido cloridrico:

– diverse soluzioni di acido cloridrico, ottenute aggiungendo, in un becker da 1000 cc, prima 1 cc di acido cloridrico concentrato, poi 10 cc di acqua distillata, poi 90 cc ed infine 900 cc sempre di acqua distillata.

Saggiate la cartina indicatrice anche con soluzioni, simili alle precedenti come diluizione, di soda caustica.

36. Fate agli studenti la seguente domanda: quali conclusioni è possibile ricavare da queste osservazioni?

Il colore assunto dalla cartina indicatrice dipende non soltanto dal tipo di sostanza, ma anche dalla concentrazione della soluzione. E’, infatti, logico aspettarsi che l’acido cloridrico, che è una sostanza più aggressiva dell’aceto, diventi, quando viene diluito, simile all’aceto o ancor meno aggressivo. Se si mette una goccia di acido cloridrico in un litro di acqua, la cartina indicatrice non è quasi più in grado di rilevarne l’acidità.

Il pH

            In conclusione, si può attribuire il seguente significato alle colorazioni della cartina indicatrice universale:

    colore                                           ambiente                                         pH

    blu                                                  basico                                               sup. a 11

    verde                                             debolmente basico                          9-10

    giallo-verde                                   neutro                                                7

    arancione                                      debolmente acido                            3-5

    rosso                                             acido                                                 inf. a 3

            Se si osserva la scatola contenente la cartina indicatrice, è possibile constatare che ad ogni colorazione è associato un numero (da 0 a 11); questo numero prende il nome di pH. La scala del pH è in realtà compresa tra 0 e 14; tuttavia la cartina indicatrice non è in grado di distinguere le soluzioni basiche con pH compreso tra 11 e 14; per questo scopo devono essere utilizzati altri indicatori.

            Il concetto di pH è in realtà un concetto complesso, che non può essere ora approfondito. Tuttavia, poiché il termine pH, semplicemente come indicatore della natura acida o basica di soluzioni, viene comunemente utilizzato in riferimento a molteplici problematiche (dalle piogge acide, al pH dei saponi), si possono fare le seguenti precisazioni, indubbiamente utili nella vita quotidiana:

– la neutralità corrisponde al valore 7 del pH

– quanto più il valore del pH diventa piccolo, avvicinandosi a 0, tanto più la soluzione è fortemente acida

– al contrario, quanto più il valore di pH aumenta, avvicinandosi a 14, tanto più la soluzione diventa fortemente basica.

L’estrazione della potassa dalla cenere

Mettete in un becker da 100 cc un cucchiaino abbondante di cenere di legna e 25-30 cc di acqua distillata; dopo aver riscaldato per qualche minuto il miscuglio, effettuate la filtrazione come è indicato in figura.

            La prima impressione che si ricava è che la cenere non sia minimamente solubile in acqua; non rimane, per verificare questa impressione, che fare bollire la soluzione ricavata per filtrazione; in poco tempo è possibile osservare la formazione di una sostanza solida. La sostanza che si ottiene non è potassa pura, in quanto nella cenere sono presenti altri sali solubili.

37. Chiedete agli studenti come sia possibile constatare che la sostanza ottenuta ha un comportamento chimico simile alla potassa?

            Nel passato, poiché il sapone era un prodotto costoso, non accessibile alla maggior parte della popolazione, veniva utilizzata per lavare direttamente la soluzione, contenente potassa, ricavata dalla cenere; essa veniva chiamata liscivia (o ranno).

Preparate una soluzione di soda caustica versando in un becker da 250 cc 50 cc di acqua distillata e 2-3 g di sostanza. Operando nello stesso modo, preparate anche una soluzione di potassa caustica.

            Versate in un becker da 250 cc alcuni cc della soda caustica (o potassa caustica) preparata precedentemente ed alcuni cc di acido cloridrico.

Che cosa si osserva?

Non c’è effervescenza; apparentemente non si verifica nessuna reazione.

38. Fate agli studenti le seguenti domande:

– secondo voi, si può, quindi, affermare che acido cloridrico e soda caustica non si combinano e non si neutralizzano?

– oppure, l’affermazione precedente è in contraddizione con le conclusioni cui si è arrivati nei paragrafi precedenti a proposito degli acidi e delle sostanze basiche?

Non si è mai affermato che quando si verifica una combinazione chimica vi debba essere necessariamente l’effervescenza. In questo caso non c’è effervescenza, e la combinazione tra acido cloridrico e soda caustica si verifica.

39. Chiedete agli studenti se vi è un modo per confermare questa affermazione?

La risposta dovrebbe essere a questo punto semplice: è sufficiente utilizzare l’indicatore universale. Se ripetete l’esperimento precedente, avendo aggiunto all’inizio alcune gocce di indicatore universale, il colore della soluzione, dopo essere rimasto per un po’ di tempo di colore blu, diventa, continuando ad aggiungere acido cloridrico, di colore rosso.

            Se nella zona della neutralizzazione, si procede nell’aggiunta dell’acido cloridrico lentamente, è possibile aggiungere la quantità di acido necessaria per neutralizzare la soda caustica; ciò è possibile verificarlo quando il colore della soluzione diventa giallo-verde, il colore della neutralità.

            Gli stessi esperimenti possono essere effettuati con altre basi, quali la potassa caustica, o con altri acidi, l’acido nitrico e solforico.

            Si può, quindi, concludere che gli indicatori di pH sono uno strumento utile non solo per riconoscere la natura acida o basica di una soluzione, ma anche per effettuare reazioni di neutralizzazione, nei casi in cui non c’è effervescenza.

Quali relazioni esistono tra soda e soda caustica

e tra potassa e potassa caustica?

            Precedentemente sono state schematizzate in questo modo le reazioni tra acido cloridrico e soda o potassa:

                  acido cloridrico + soda  —————>  cloruro di sodio + anidride carbonica

                  acido cloridrico + potassa ————->  cloruro di potassio + anidride carbonica

            Se al posto della soda e della potassa si utilizzano soda caustica e potassa caustica, non si ha produzione di anidride carbonica, ma si ottengono gli stessi sali; le reazioni possono essere, quindi schematizzate nel seguente modo:

                 acido cloridrico + soda caustica ————->  cloruro di sodio

                 acido cloridrico + potassa caustica ———->  cloruro di potassio

40. Fate agli studenti le seguenti domande: sulla base degli schemi precedenti, siete in grado di indicare quale relazione esiste: 1) tra soda e soda caustica; e 2) tra potassa e potassa caustica?

            E’ possibile, infine, spiegare le reazioni di caustificazione della soda e della potassa, reazioni che sono state precedentemente schematizzate in questo modo:

                  soda + calce     ———————–> soda caustica + calcare

                  potassa + calce ———————–> potassa caustica + calcare

41. Fate, infine,  agli studenti la seguente domanda: secondo voi, perché la soda e la potassa si trasformano in soda caustica e potassa caustica?