Dal blu cobalto ….
Ormai lo sanno anche i miei studenti: ho preso una fissa per la “silice blu” usata per le lettiere dei mici. Il motivo è semplice: la silice non è blu, ma l’origine di questo colore non è specificata sulla confezione, la quale riporta però una precisazione importante, cioè il prodotto è al 100% naturale e come tale può essere usato per il compost. Scrivendo il precedente post ho dato per scontato che i cristalli blu fossero di cobalto, dato che i composti di questo metallo sono usati come indicatori di umidità: l’inconfondibile “blu cobalto” è quello caratteristico della forma anidra, mentre la forma idrata è di un bel rosa. Poi ho riflettuto: cobalto?? Compost?? Qualcosa non torna. Il cobalto è infatti un metallo tossico con effetto cancerogeno. Sperando di sbagliarmi ho portato i cristalli nel laboratorio della scuola per sottoporli a un saggio di prova. Non mi sono venuti in mente altri composti con i quali si può ottenere la transizione blu-rosa a seconda dell’assenza o presenza del legame metallo-acqua; dunque – ho pensato – se è possibile osservare questa transizione si tratta di un sale di cobalto.
Una prova di equilibrio
Ho pensato che potevo usare il saggio di prova per proporre agli studenti un’esperienza di laboratorio sull’equilibrio chimico, in particolare per verificare l’influenza su di esso della variazione di concentrazione o temperatura. L’esperimento deve essere eseguito alla luce del principio dell’equilibrio mobile di Le Chatelier, il quale afferma che “quando un sistema all’equilibrio viene perturbato, esso raggiungerà un nuovo equilibrio spostandosi nella direzione che tende ad annullare gli effetti della perturbazione”. Cominciamo con il dire che il cobalto è un elemento di transizione, quindi la sua configurazione elettronica è caratterizzata da orbitali d incompleti. Lo ione Co(II) ha sette elettroni nell’orbitale 3d, la cui mobilità è favorita dall’assorbimento di radiazione elettromagnetica nella regione del visibile. Per questo motivo i composti dello ione Co(II) sono colorati. L’energia assorbita, e quindi la frequenza della radiazione e il colore, dipendono dalla natura e dalla geometria dei composti che lo ione cobalto forma. Per questa ragione il cloruro di cobalto(II) assume due diverse colorazioni: è blu quando è legato a ioni cloruro in una geometria tetraedrica, mentre è rosa quando è legato anche a molecole di acqua in una geometria ottaedrica. Le due forme sono coinvolte nella seguente reazione di equilibrio:
Supponiamo di sciogliere in acqua CoCl2· 6H2O (cloruro di cobalto esaidrato, rosa) e aggiungiamo una soluzione concentrata di HCl. Si osserva l’immediata variazione di colore da rosa a blu, perché l’aggiunta di acido cloridrico, e quindi di ioni Cl-, ha spostato l’equilibrio verso destra. Per spostare nuovamente l’equilibrio verso i reagenti ripristinando la colorazione rosa, è necessario sottrarre ioni cloruro. Si aggiunge quindi alla miscela di reazione del nitrato di argento AgNO3:
Gli ioni argento reagiscono istantaneamente con gli ioni cloruro, dando luogo ad un precipitato insolubile di cloruro di argento AgCl:
Sottraendo ioni cloruro la soluzione torna rosa. Si può intervenire anche alterando la temperatura: siccome la reazione di equilibrio è esotermica, per effetto di un riscaldamento l’equilibrio si sposta verso destra (colorazione blu), nella direzione che, secondo il principio di Le Chatelier, sottrae calore al sistema. Viceversa, raffreddando in un bagno di ghiaccio si ottiene l’effetto opposto e la soluzione assume nuovamente il colore rosa tipico della specie esaidrata.
Nessuna soluzione!
Nessuna soluzione, sia in senso figurato si in senso letterale: non sono riuscita a sciogliere i cristalli, neanche in acido concentrato a caldo e dopo aver ottenuto granelli finissimi con mortaio e pestello. Se il composto non passa in soluzione non si possono eseguire le prove descritte. Ma quindi non si tratta di cobalto? E allora cos’è? Il collega di laboratorio ha usato anche l’ammoniaca nel caso si tratti di una specie chimica in grado di reagire con le molecole azotate come l’urea, ma …. niente. I cristalli conservano imperturbabili la loro bella colorazione che mi ostino a chiamare “blu cobalto” … A questo punto ho scritto alla casa produttrice in cerca di lumi. Nel prossimo post vi dico cosa mi hanno risposto.
14 Novembre 2011
Che bello! Questo post e soprattutto la descrizione della configurazione elettronica di Co e le sue conseguenze, mi ha fatto tornare indietro di 45 anni: all’Università.
Grazie Teresa.
P.S. Sono curioso di sapere come va a finire. Con tutti i sistemi di controllo che abbiamo in Italia e in Europa è assurdo che non ci sia una composizione chimica accurata sulle confezioni e come medico mi irrita la dichiarazione di un prodotto al 100% naturale: è naturale anche la cicuta e l’amanita falloide!
14 Novembre 2011
Ciao, penso che a questo punto il colorante (e credo non sia cobalto, almeno spero) sia stato inserito durante la sintesi del gel di silice (scrivono che è naturale…. Ma il gel è sintetizzato in laboratorio!) o in qualche punto della lavorazione, un pò come succede durante il processo di lavorazione del vetro. Solo il fatto che il colorante rimanga “intrappolato” nelle maglie del polimero spiega l’insolubilità. A presto e grazie a te!
14 Novembre 2011
Ciao Teresa, questione molto interessante!
Anche io mi sono sempre chiesto se il cobalto nelle lettiere, oltre ad essere tossico e cancerogeno e anche se non è da tutti ingerirlo o maneggiarlo incautamente, non rappresenti un inutile apporto inquinante per l’ambiente quando smaltito. Va considerato che i sali di cobalto infatti sono letali per gli organismi acquatici e andrebbero trattati come rifiuti speciali.
Pare che l’alternativa più nota per l’indicatore igrometrico sia il violetto di metile, che cambia colore da arancio a verde quando si idrata, tuttavia i problemi ambientali persistono anche così.
Di recente sono stati brevettati dei sistemi alternativi (data l’ovvia domanda del mercato a tal proposito) che si avvalgono di altri tipi di sostanze, come porfirine combinate con MgCl2, un emulsionante e acido ossalico, e variando le composizioni si riesce ad ottenere un buon surrogato del sale di cobalto, anche se personalmente avrei ancora qualche dubbio sull’effettiva sicurezza del preparato, data l’origine orientale del brevetto e dei singoli componenti.
Se vuoi approfondire: http://bit.ly/rFifrH
P.s. nel brevetto si descrive anche la procedura di “embodiement” (Incapsulamento?) a base di solvente apolare, che spiegherebbe come mai il prodotto finale sia inaspettatamente insolubile!
Un caro saluto
Paolo
14 Novembre 2011
Ciao Teresa,
ho visto il tuo messaggio sul mio blog ma ti rispondo qui.
Il blu del gel di silice dovrebbe essere sicuramente Co++ (cloruro allo 0,5% circa oppure (NH4)2CoCl4 ). Mi spiace non averne sottomano un campioncino altrimenti farei qualche prova. Sicuramente il catione è fortemente intrappolato nella struttura vetrosa, ma attaccandolo convenientemente si dovrebbe riuscire a tirarlo fuori.
Io proverei a disgregarlo brute-force con HF (vediamo chi la vince!) e sulla soluzione farei poi i saggi per il cobalto, per es. il Vogel con tiocianato.
Se mi capiterà sottomano farò queste provette, giuste per il mio blog…
Spero di esserti stato utile.
Bye, PA
14 Novembre 2011
Utilissimo! Ti farò sapere. Appena ho tempo provo con l’acido fluoridrico.
14 Novembre 2011
Grazie mille! Ora leggo il link. A presto. Teresa
16 Novembre 2011
Il viraggio cromatico del cobalto è una delizia, ho sicuramente in qualche scatolone un paio di statuite anni 60, cosiddette “segnatempo”, nelle quali un rivestimento di sale indicava l’umidità atmosferica, e ingannevolmente si supponeva indicassero tout court l’andamento meteo.
Non ho (stranamente) mai fatto prove di analisi come quelle che tu indichi, e mi assumo la responsabilità etico-moral-gnoseo-paragnostica di dire che preferivo di gran lunga il gel di silice al cobalto per gli usi di laboratorio, chi caspita va a buttarlo sui prati, e che quantità ci sono in gioco? Anche i miei bicchieri da tavola sono stracarichi di cobalto, e allora? E l’ipotetico rilascio del piombo o pure dell’uranio dai vetri boemi è tale da creare una catastrofe ambientale? allora le modelle che si incollano gli “svaroschi” sulla pelle (cfr. anche certe pubblicità TV) a che rischi dovrebbero andare incontro?
A parte le battute ed i paradossi, temo che si sia persa la percezione, anche in ambito tecnico, della distinzione tra rischio e pericolo, che dovrebbe essere alla base di ogni serio limite all’uso. Ma è chiaro che qui la discussione non può stare in un commento ad un post… e sulle possibilità di intossicazione per le bestiole, la mia non eccessiva simpatia per i felini potrebbe dare luogo a sospetti!
Veniamo al dunque. La resistenza all’attacco acido del gel di silice è ovvia trattandosi sostanzialmente di vetro. Se il cobalto è “nato dentro” (nel senso che era presente all’atto della sintesi del gel e non applicato dopo p. es. impregnando il gel da soluzine) la resistenza all’estrazione è un tipico esempio di processo a controllo cinetico. Piuttosto: a parte HF che non è il reagente più comodo, restando tra le cose tradizionali hai provato a fare un attacco alcalino, con NaOH o magari in fusione (cfr. prova al coccio) con carbonato?
17 Novembre 2011
Ripensandoci, mi è venuto in mente un altro sistema che potrebbe tagliare la testa al toro. I composti del cobalto sono rilevabili per via secca tramite il classico saggio della perla di borace o al sal di fosforo, con cui si ottengono delle splendide perle di un caratteristico azzurro intenso, sia in fiamma ossidante che riducente. Con questo metodo si dovrebbe riuscire nell’attacco di eventuali ioni di Co++ inclusi in una massa silicea vetrosa. Nel caso si tratti di un pigmento organico invece non ho idea di cosa possa succedere, anche se presumo avvenga una rapida decomposizione e nessuna colorazione alla perla.
Attendiamo ansiosi gli esiti delle tue prove!
Buon lavoro.
Paolo
17 Novembre 2011
Ciao, il saggio della perla di borace è già in programma, mentre purtroppo non ho l’HF per fare le prove che mi suggerisce Paoloalbert. A presto e grazie! TC
17 Novembre 2011
Il “caso cobalto” è aperto dunque, tienici informati!
Concordo con Paolo, la vecchia perla al borace potrebbe dare facilmente la soluzione… e, ci scommetto, verrà azzurra…
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Concordo anche con le interessanti considerazioni di Sergio Palazzi, che appunto non possono stare in un commento ad un post, ma sono dal mio punto di vista perfettamente condivisibili nel non estremizzare rischi e pericoli in tutto ciò che ci circonda.
PA
18 Novembre 2011
Accetto fiducioso la scommessa, se mi passate la chiosa seguente!
Pur essendo in sintonia sul fatto di non estremizzare rischi e pericoli provenienti dai chemicals, vorrei che non si sottovaluti troppo il potenziale rischio che il cobalto, insieme ai suoi amici “pesantemente” metallici, rappresenta per l’ambiente. L’estrazione, la lavorazione e l’utilizzo del cobalto hanno provocato danni ingenti in passato, danni che si manifestano in maniera subdola data l’elevata tendenza al bioaccumulo in piante e animali e che si ripercuote sulla salute degli ignari abitanti delle zone coinvolte. Non dimentichiamoci che siamo nel paese delle ecomafie e della riluttanza diffusa alla pratica delle differenziazione dei rifiuti, e forse proprio da noi chimici dovrebbe partire il buon esempio per l’attenta considerazione delle conseguenze ambientali provocate dalle nostre azioni. Se volete date uno sguardo qui: http://www.cobaltmininglegacy.ca/backgrounder.php
Fuor di polemica, ma è proprio necessario disporre della sabbietta colorata, o basterebbe accorgersi che il gatto si rifiuta di fare i propri bisognini quando non ne può più, come si faceva una volta?
18 Novembre 2011
Ciao Gifh, sul cobalto sono d’accordo con te. Quanto alla sabbietta colorata, si tratta di una questione temporanea. Volevo sperimentare se davvero funziona meglio delle altre, e in effetti è così. Il punto è che ora ne ho bisogno perchè il gatto dorme in casa ed esce in giardino solo sotto la mia supervisione, dato che ci sono due maschi adulti che lo puntano da quando, due mesi fa, è arrivato (e non parliamo dei cani dei vicini …). Perciò aspetto che cresca un pò, in attesa di farlo dormire in garage dal quale, tramite il suo sportellino, potrà uscire fuori e fare i suoi bisognini nell’argilla e non più nel gel di silice. Per ora è ancora cucciolo, e tenermi i casa una lettiera maleodorante non è il massimo! Quando la lettiera starà fuori la storia cambierà (anche per il micio, che dovrà affrontare i pericoli insiti nella libertà ….). Tra l’altro ho notato che è praticamente impossibile trovare lettiere al gel di silice senza cristalli colorati, sembra quasi un must!
21 Dicembre 2011
[...] ogni sistema in equilibrio reagisce alla perturbazione reagendo ad essa e cercando di minimizzarla (principio di Le Chatelier). Dunque il sistema reagisce ritardando il congelamento dell’acqua abbassandone il punto di [...]
10 Gennaio 2012
[...] sul blog di Popinga; poco più tardi avrei scritto qualche post che sarebbe calzato a pennello: Dal blu cobalto … … al blu delle [...]
27 Marzo 2012
Carissimi tutti/e, ho letto velocemente…i cristalli non si sciolgono perchè sono di silicato, è il noto gel di silice, durante la preparazione industriale viene aggiunto del CoCl2 che lo rende colorato di rosa quando ha assorbito umidità e blu quando è disidratato. I cristalli che devi usare per gli esperimenti di reazione di equilibrio sono quelli di CoCl2 esaidrato, quelli vedrai si scioglieranno facilmemte. Ciao
27 Marzo 2012
Gentile Massimo, il punto è che non sembrerebbe essere presente cobalto, la cui presenza non è rivelata neanche con il saggio alla perla di borace….Teresa