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

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

1 g di LiOH. n_LiOH =    1 g : 23,95 g/mol = 0,0418 mol; n_CO2 = ½n_LiOH = ½ 0,0418 = 0,0209 mol; V = n·V_m= 0,0209 · 24,0 L/mol  = 0,50 L

1 g di NaOH. n_NaOH =  1 g : 39,99 g/mol = 0,025 mol; n_CO2 = ½n_LiOH = ½ 0,025 = 0,0125 mol; V = n·V_m= 0,0125 · 24,0 L/mol       = 0,30 L

1 g di KOH. n_KOH =      1 g : 56,11 g/mol = 0,0178 mol; n_CO2 = ½n_LiOH = ½ 0,0178 = 0,089 mol; V = n·V_m= 0,089 · 24,0 L/mol        = 0,21 L

2. Procedura operativa scelta

riempire 3 palloncini con circa 0.5 L di  anidride carbonica, verificare tale misura per immersione in un recipiente graduato abbastanza grande.

Pesare tre provette contenenti ciascuna 1 grammo dei diversi sali

Mettere su una provetta un palloncino e cronometrare per 5 minuti, ripetere l'operazione per le altre provette

Ricontrollare il volume del palloncino e ripesare le provette dopo ciascuna reazione

Verificare se è avvenuta reazione mediante l'inserimento di HCl, dovremmo vedere il sale fare delle bollicine

3. Descrizione dell'esperimento

Tabella dati (facoltativa)

4.  Spiegazione dei dati ottenuti e conclusioni

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

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

Si sono viste dopo circa 3-4 min delle goccioline sulla parete della provetta(H₂O),poi verso lo scadere del tempo si notava che la parte di idrossido alcalino più a contatto col CO₂ diventava un po' più grigiastro rispetto all'idrossido più in profondità.

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

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)

gli astronauti avevano due "cassette" di idrossido di litio LiOH che servivano per purificare l'aria all'interno della navicella (cioè sottrarre anidride carbonica, oltre a immettere ossigeno da bombole) proprio perché non avevano altre fonti d'ossigeno, . L'unico problema era che le due cassette erano di forme diverse e solo una era compatibile con l'aggancio del macchinario e,come era prevedibile, la cassetta compatibile si "esaurì" sarebbe esaurita presto (non catturava avrebbe più catturato CO₂), così era indispensabile trovare un modo per adattare la cassetta più grande.

Ci riuscirono con del nastro adesivo e dei materiali di fortuna che trovarono sulla navicella, così facendo riuscirono ad atterrare ammarare senza evidenti problematiche.  OK

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

Per far si che ci sia all'interno del sottomarino o nave spaziale sempre aria respirabile non potendo prenderla da altre fonti. Non basta l'assorbitore di andidride carbonica per rendere l'aria respirabile. 

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

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?

Perché gli idrossidi alcalini non si trovano in natura nella forma in cui li abbiamo noi in laboratorio, ma lo si trova combinato con altri elementi, soprattutto carbonati. Per trasformare il carbonato in idrossido occorre liberare tanta andidride carbonica quanta è quella che il LiOH potrebbe catturare. 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.

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