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Edizione 2008

La chimica dell'anidride carbonica
 
L'anidride carbonica è un acido.
L’aria contiene una piccola quantità di anidride carbonica (CO₂), che è solubile in acqua. Per questo motivo anche l’acqua normalmente ne contiene una piccola quantità e quindi risulta leggermente acida, con un pH prossimo a 5.5. Infatti, l’anidride carbonica reagisce con l’acqua producendo ioni H⁺, che rendono appunto acida la soluzione.

CO₂ + H₂O → H⁺ + HCO₃^-

Dunque, l’anidride carbonica è un acido. Come tutti gli acidi reagisce con le basi, come l’idrossido di calcio, Ca(OH)₂. Se l’idrossido di calcio viene sciolto in acqua, nella soluzione sono presenti ioni calcio, Ca²⁺, e ioni idrossido OH^-. Questi ultimi reagiscono con l’anidride carbonica, per formare ioni carbonato (CO₃^2-).

CO₂ + 2 OH^- → CO₃^2- + H₂O

Lo ione carbonato si combina immediatamente con gli ioni Ca²⁺ presenti, per formare CaCO₃ (carbonato di calcio). A differenza di altri sali, il carbonato di calcio non si scioglie in acqua, per cui quando questa reazione avviene si forma un solido bianco, che si separa dal liquido.

Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃

Il carbonato di calcio è la sostanza che costituisce il calcare e il marmo.
L’anidride carbonica è uno dei prodotti principali di combustione (vedi anche Un orsetto di gomma brontolone e Una banconota flambè) delle sostanze organiche. Le sostanze organiche sono composti del carbonio, contenenti idrogeno e, in minor misura, altri elementi come ossigeno, azoto, zolfo, fosforo, cloro. Tutti gli organismi viventi sono costituiti da sostanze di questo tipo e per questo motivo vengono chiamate "organiche", anche se ormai i chimici hanno imparato a prepararne molte attraverso la sintesi.
Anche nel nel nostro organismo avviene, in modo controllato, una reazione di combustione fra gli zuccheri derivanti direttamente o indirettamente dall’alimentazione e l’ossigeno prelevato dall’aria tramite la respirazione. Essa fornisce l’energia necessaria al sostegno dei processi biochimici alla base della vita

C₁₂H₂₂O₁₁ + 12 O₂ → 12 CO₂ + 11 H₂O

Pertanto, noi stessi produciamo anidride carbonica, che viene espulsa dai polmoni attraverso il fiato, durante l’espirazione. Quindi se si soffia con una cannuccia in acqua in cui è stato sciolto idrossido di calcio, l’anidride carbonica presente nel fiato reagisce come descritto prima e il liquido diventa torbido a causa della formazione del carbonato di calcio solido.
Tuttavia, se si continua a introdurre anidride carbonica nel liquido torbido, a un certo punto il solido scompare e il liquido torna limpido. Per ottenere questo risultato abbastanza rapidamente, si può introdurre la quantità supplementare di CO₂ non soffiando, ma per esempio, mediante l’aggiunta di una bevanda gassata (acqua tonica). Infatti, le bevande gassate sono ottenute sciogliendo nel liquido anidride carbonica e le bollicine che si liberano da esse sono di CO₂.
Dopo che tutto l’idrossido di calcio è stato trasformato in carbonato di calcio, la CO₂ ulteriormente aggiunta reagisce con il carbonato di calcio, perché anch’esso è una base. In presenza di acqua la reazione porta alla formazione di bicarbonato di calcio, Ca(HCO₃)₂, che al contrario del carbonato, si scioglie in acqua.

CO₂ + CaCO₃ + H₂O → Ca²⁺ + 2 HCO₃^-

Il risultato finale è quindi una soluzione contenente ioni Ca²⁺ e HCO₃^-, perfettamente limpida e incolore.

Cosa vediamo oggi
Nell’esperimento proposto verrà introdotta anidride carbonica, con tre modalità diverse, in altrettanti bicchieri contenenti acqua in cui è stato sciolto idrossido di calcio. Attraverso una cannuccia si soffia all’interno del primo bicchiere. Dopo qualche secondo si nota la formazione di un solido incolore con intorbidimento della soluzione. Nel secondo bicchiere si aggiunge ghiaccio secco, cioè anidride carbonica solida (è molto fredda, -78 °C, e può provocare ustioni da freddo). Si nota da subito la formazione di un precipitato incolore con massiccio intorbidimento della soluzione che andrà man mano scomparendo nel tempo, fino a che si torna ad una soluzione limpida per aggiunta di altro ghiaccio secco. Infine nel terzo bicchiere si aggiunge di acqua tonica. Si noterà un intorbidimento della soluzione per formazione di un precipitato bianco che si ridissolverà quasi completamente dopo l’aggiunta di ulteriori aliquote di acqua tonica.

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Avviso importante
Questa scheda è puramente illustrativa. L’Università di Padova avverte che essa non deve essere usata come fonte di informazioni per eseguire o far eseguire gli esperimenti descritti. Chiunque utilizzi le informazioni contenute nella scheda per questo o qualunque altro scopo lo fa sotto la propria, piena ed esclusiva responsabilità. L’Università di Padova non risponde di eventuali errori ed omissioni nelle informazioni riportate nella scheda né di alcuna conseguenza derivante da qualunque tipo di uso di tali informazioni.

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