19-Febbraio-2011 PROBLEMA SPERIMENTALE n. 17 GRUPPO C

Avendo a disposizione 1 g dei seguenti idrossidi: LiOH, NaOH, KOH, una bombola contenente anidride carbonica, provette e palloncini di gomma, bilancia, dovete determinare quale di tali idrossidi si combina più rapidamente con l'anidride carbonica a parità di peso.

1. Conoscenze utili

a. Gli idrossidi sono sostanze basiche per la presenza dello ione idrossido, OH¯, capace di catturare ioni H⁺ provenienti dagli acidi.

b. L'anidride carbonica, CO₂, è un ossido acido gassoso che con l'acqua forma acido carbonico e con gli ioni idrossido forma ioni carbonato. La reazione tra anidride carbonica e idrossido alcalino è quindi:

1CO_2(g) + 2MeOH_(s) --> Me₂CO_3(s) + H₂O_(l)

c. Una mole di qualunque gas (quindi anche di CO2) a 20 °C a pressione atmosferica ha un volume di circa 24,0 litri.

d. Il volume massimo di anidride carbonica che potrebbe essere teoricamente fissato, a temperatura ambiente, da 1 g di LiOH, 1 di NaOH e 1 g di KOH  (calcolare).

2. Procedura operativa scelta

Scrivere in sintesi come si intende risolvere il problema con i materiali a disposizione e in particolare:

2.1. come fare per avere volumi uguali di anidride carbonica in ogni palloncino da utilizzare o, comunque, a poter misurare approssimativamente le variazioni di volume,

    -Si possono misurare volumi uguali di anidride carbonica immergendo i palloncini dentro un grande beker con 500  mL di acqua e con il palloncino deve andare a 800  mL si fa cosi per tutti e tre i palloncini e ottenere la stessa quantità di CO₂

2.2 come fare per valutare la quantità di anidride carbonica fissata in un dato tempo.

    -Per valutare la quantità di anidride carbonica si fa reagire il MeOH con CO₂ per 5 min tutte e tre le volte scoprendo cosi qual è l'OH idrossido che si combina più velocemente.

2.3 come fare per dimostrare che l'anidride carbonica si sia effettivamente combinata formando un carbonato.

    -alla fine dell'esperimento aggiungere al carbonato ottenuto una goccia di HCl e se fa effettivamente delle bolle vole dire che ha in esso c'è del carbonato.  

Ciò è stato dimostrato almeno per l'idrossido di Litio, come si vede dal seguente video.

3. Descrizione dell'esperimento

Per prima cosa abbiamo messo 500 ml di acqua in un beker , poi abbiamo misurato il volume del palloncino per immersione e poi abbiamo gonfiato il palloncino con dell'anidride carbonica (CO₂). Contemporaneamente pesavamo la provetta con un grammo di sale (una volta NaOH, una volta KOH, e un’ altra LiOH). Successivamente abbiamo fatto reagire il sale contenuto nella provetta con l'anidride carbonica all'interno del palloncino, cronometrando 5 minuti. Scaduto il tempo abbiamo misurato nuovamente il volume del palloncino misurando quanto volume di CO₂ ha reagito con gli idrossidi. Infine abbiamo misurato il peso della provetta con il sale reagito, questo ci ha permesso di misurare la quantità di CO₂ che ha reagito.

Tabella dati (facoltativa)

Immersione del palloncino in 500mL di H₂O

Combinazione di CO₂ + LiOH

4.  Spiegazione dei dati ottenuti e conclusioni

4.1. Come si può calcolare la velocità di reazione dalle misure? Quali sono i tre risultati?

Cronometrando per 5 minuti poi immergiamo di nuovo il palloncino e vedere quando CO₂ si è combinato.    

 Se fosse la velocità di una macchina si farebbe 500 km : 10 h = 50 km/h e ci daranno:

        -LiOH = 1.00 g dopo la combinazione Li₂CO₃= 1.21 g combinatosi con 0,21 g o250 mL di CO₂  ci danno una velocità di 0,042 gCO₂/min 

        -NaOH = 1.00 g dopo la combinazione Na₂CO₃ =1.18 g combinatosi con 0,18 g o 140  mL di CO₂ ci danno una velocità di 0,036 gCO₂/min 

        -KOH = 1.00 g dopo la combinazione K₂CO₃ =1.21 g combinatosi con 0,21 g o 210 mL di CO₂ ci danno una velocità di 0,042 gCO₂/min  

4.2 Nel caso in cui c'è stata una reazione significativa, quali sono state le evidenze di tale reazione?

      -la provetta LiOH  era più calda di quelle di NaOH e KOH sulle pareti si vedeva il vapore acqueo il palloncino si era deformato dal calore.  OK

4.2. Quali sono le prove sperimentali della formazione/non formazione di carbonati? Scrivete la relativa reazione.

       -Il fatto che quando si aggiunge dell'HCl si formano delle bollicine che dimostrano che contiene ione carbonato. OK

Domande & Risposte

1.  Come fecero i tre astronauti dell'Apollo 13 a risolvere il problema degli assorbitori di anidride carbonica? (vedere film o wikipedia o tradurre la descrizione di questo link)

Dovevano adattare nel modulo lunare l'assorbitore diverso e con maggiore capacità del modulo di rientro danneggiato e inabitabile; per risolvere il problema hanno costruito adattato un contenitore l'assorbitore e costruito l'attacco adatto al

 modulo lunare OK 

2. Perché è indispensabile un assorbitore (scrubber) di anidride carbonica nei sottomarini e nelle navi spaziali?

    -perché senza scrubber non è possibile depurare l'aria dalla CO₂ che noi produciamo quando respiriamo e così si morirebbe perché non si  potrebbe respirare l'aria che contiene un elevata quantità di CO₂.OK 

. 

3. Come si fa a ripristinare l'idrossido alcalino dopo che si è combinato con l'anidride carbonica? Scrivi le reazioni

-inizialmente lo riscaldiamo e poi ci aggiungiamo dell'acqua cosi da ottenere l'ossido iniziale e anidride carbonica

Li₂CO₃+ Calore = Li₂O + CO₂     

4. Perché non ha molto senso la soluzione di usare grandi quantità di idrossidi alcalini per eliminare l'eccesso di anidride carbonica dell'atmosfera e limitare l'effetto serra?

non ha senso perchè la produzione di idrossidi richiede la corrente elettrica che è molto costosa e perchè dovendo partire da carbonati per fabbricare gli idrossidi che in natura non si trovano, immetteremmo nell'atmosfera una quantità di CO₂ uguale o maggiore di quella che riusciremmo a catturare poi. OK

5. Come sappiamo anche l'idrossido di calcio, in tempi sufficientemente lunghi, si combina con l'anidride carbonica formando carbonato di calcio. Stabilire se può essere catturato un maggior volume di CO₂ da 1 g di Ca(OH)₂ o da un grammo di LiOH.

    -Ca(OH)₂ =40.08(Ca) + 32(O) + 2.02(H)=75g/mol

     1g:78g/mol = 0.0133 mol         0.0133 mol x 24 L/mol = 0.3192 L

     Li(OH)₂ =6.94(Li) + 32(O) + 2.02(H) =40.96g/mol 

     1g : 40.96 g/mol = 0.0244  0.0244 mol x 24 L/mol = 0.5856 L

Note per chi ha fatto questo calcolo:

1. La formula dell'idrossido di litio non cambia perché devi fare un calcolo in cui c'è anche l'idrossido di calcio.

2. Se non scrivi le reazioni tra ciascun idrossido e CO₂ e non le bilanci, non puoi sapere se le moli di CO₂ assorbita devono essere o no uguali alle moli di idrossido.

3. Quando avrai fatto ciò potrai trarre in modo corretto la sottostante conclusione

     il litio è in grado di assorbire più CO₂ del calcio.

6. Quali fattori potrebbero modificare la velocità di cattura la CO₂ oltre alla quantità di idrossido alcalino aggiunto?

-la densità di CO_{2 OK per l'anidride. E al solido cosa si puà fare?} 

- dato che la reazione avviene sulla superficie di una quantità fissa di solido, si può aumentare la ....