Edizione 2010
Si selezioni qui per un avviso importante
Le bolle di sapone scoppiettanti
Dall'antichità fino al XVIII secolo l'acqua, come l'aria, è stata considerata un elemento a sè stante. Tuttavia, è infine stato scoperto che l'acqua non è un elemento, ma un composto, cioè che può essere scomposta in elementi a sua volta. E' ben noto, anche ai non esperti, che l'acqua è formata da idrogeno e ossigeno, che si combinano in molecole, ciascuna delle quali contiene due atomi di idrogeno legati a un atomo di ossigeno centrale. La molecola di acqua è piegata (a forma di V) con un angolo H-O-H di circa 104°.
Poiché sia la molecola di idrogeno che quella di ossigeno sono biatomiche (H2 e O2) e poiché entrambi sono gas, nella reazione di formazione dell'acqua un certo volume di ossigeno reagisce con un volume doppio di idrogeno:
La reazione fra idrogeno e ossigeno libera una grande quantità di energia. Per esempio, l'energia liberata per formare 200 cm³ di acqua (circa il contenuto di un bicchiere) basterebbe 3 a scaldarne circa un litro da 25 °C fino a 100° C e a farla bollire completamente. Questo significa che per poter condurre la reazione al contrario, ovvero produrre idrogeno e ossigeno per decomposizione dell'acqua, bisogna spendere una grande quantità di energia (peraltro sempre necessariamente superiore a quella liberata nella reazione di formazione dell'acqua). È questa la circostanza che rende problematico l'uso dell'idrogeno come combustibile: esso deve essere prodotto spendendo più energia di quella che si potrà ottenere dal suo utilizzo. D'altro lato altre possibili fonti di idrogeno, come il metano o il petrolio (che pure richiedono energia per "estrarre" l'idrogeno), sono di origine fossile e destinate all'esaurimento. Per questo la possibilità di sfruttare l'idrogeno come vettore energetico di larga scala appare legata a doppio filo allo sviluppo delle cosiddette fonti energetiche rinnovabili.
Un modo ben noto per produrre idrogeno e ossigeno dall'acqua è l'elettrolisi dell'acqua, cioè la sua decomposizione per effetto di un'intensa corrente elettrica che la attraversa. Quando l'idrogeno e l'ossigeno reagiscono fra di loro, avviene un trasferimento di elettroni dalle molecole di idrogeno, che li cedono, a quelle di ossigeno, che li accettano. In termini chimici l'idrogeno viene ossidato dall'ossigeno (che è appunto un ossidante), il quale, nell'ossidare l'idrogeno, a sua volta si riduce. La reazione di formazione dell'acqua è dunque un'ossidoriduzione.
L'azione della corrente elettrica inverte il processo di scambio di elettroni. La corrente viene fatta passare nell'acqua grazie a due elettrodi collegati ai poli di un generatore. L'elettrodo collegato al polo negativo è ricco di elettroni e da lì gli elettroni vengono trasferiti (a spese dell'energia elettrica fornita dal generatore di corrente) alle molecole di acqua, che si riducono liberando idrogeno:
L'elettrodo collegato al polo positivo del generatore, avendo una carica positiva, è povero di elettroni e li sottrae alle molecole di acqua (ancora a spese dell'energia elettrica fornita dal generatore di corrente), che si ossidano liberando ossigeno:
Se l'elettrolisi dell'acqua viene condotta in un recipiente unico, l'idrogeno e l'ossigeno si mescolano fra loro sopra la superficie del liquido, ottenendo il cosiddetto "gas tonante" (due parti in volume di idrogeno e una parte di ossigeno).
Il fatto che la reazione fra l'idrogeno e l'ossigeno liberi molta energia non implica che essi reagiscano immediatamente. Pertanto il gas tonante non forma acqua fintanto che la reazione non viene innescata. L'innesco può essere fornito da un aumento di temperatura (per mezzo di una fiamma), dallo scoccare di una scintilla elettrica all'interno della miscela dei due gas o ponendola a contatto con un catalizzatore (cioè una sostanza capace di accelerare la reazione).
Una volta innescata la reazione ha un decorso rapidissimo e se la quantità di miscela è molto grande è esplosiva, proprio a causa dello sprigionamento velocissimo di un'elevata quantità di energia. L'esplosività dell'idrogeno a contatto con l'ossigeno (o anche l'aria) è un altro grande problema che rende complesso l'uso dell'idrogeno come combustibile di larga scala, in quanto rende pericoloso il suo trasporto e il suo immagazzinamento come gas (o come liquido).
Come tutti i gas, anche il gas tonante può formare schiuma in acqua saponata (ovvero acqua contenente un agente schiumogeno, come i tensioattivi dei detergenti e detersivi) e nell'esperimento esso verrà utilizzato per produrre "bolle di sapone" un po' diverse dal solito.
Cosa vediamo oggi
Nell'esperimento proposto verrà prodotta una piccola quantità di gas tonante attraverso il processo di elettrolisi dell'acqua. Il gas tonante, mediante un tubo verrà poi fatto gorgogliare in acqua e detersivo dei piatti, per formare una schiuma. L'esperimento si conclude con una dimostrazione del motivo per cui la miscela di idrogeno e di ossigeno si chiama proprio gas tonante.
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.
Torna all'inizio
segnala questo sito ad un amico