Urto efficace

Uno studente che ad anno scolastico chiuso chiede ad una prof la soluzione di un esercizio di bilanciamento (proposto nel post sul test del palloncino) merita senza dubbio una pronta risposta. Innanzitutto devo fare un mea culpa: nell’articolo in questione ho trascritto correttamente i prodotti che si generano in seguito al cosiddetto “test del palloncino”, volto a verificare la quantità di alcol contenuto nel fiato di probabili bevitori alla guida. Tuttavia ho commesso l’errore (ora corretto) di riportare l’acido acetico come uno dei prodotti diretti della redox; in realtà quest’ultima dà luogo all’aldeide acetica, che in seguito si ossida formando l’acido acetico. L’aldeide acetica e l’acido acetico differiscono per un solo ossigeno, che evidentemente ha costituito l’ostacolo maggiore per il volenteroso studente, incagliato in un bilanciamento impossibile da completare con quell’ossigeno di troppo.

Riporto i passaggi di bilanciamento con il metodo delle semi-reazioni. La reazione da bilanciare è:

Il primo passo è quello di trovare il numero corrispondente agli stati di ossidazione (s.o.) degli elementi di tutti i composti che partecipano alla reazione, individuando quelli che presentano variazione dello s.o. nel passaggio da reagenti a prodotti. Calcolando gli s.o. risulta che:

- il cromo si riduce, quindi il dicromato è l’ossidante (lo s.o. passa da +6 nel dicromato di potassio a +3 nel solfato di cromo)

- il carbonio si ossida, quindi l’etanolo è il riducente (lo s.o. passa da -1 nell’etanolo a +1 nell’aldeide acetica)

Di seguito le 2 semireazioni (la seconda è moltiplicata per 3 in modo da pareggiare gli elettroni in entrata e in uscita), sommate poi “membro a membro” secondo la ben nota procedura:

Le semireazioni sono state bilanciate con la tradizionale sequenza elettroni-cariche-masse. Dalla semplificazione della reazione somma si ottiene la seguente equazione chimica in forma ionica: 

Aggiungendo gli ioni che non prendono parte al processo redox si ottiene questa reazione in forma non ionica:

Ed ecco fatto. Se qualcuno trova difficoltà nel calcolare lo stato di ossidazione del carbonio nei due composti coinvolti, consiglio di trascrivere le formule di struttura di etanolo ed aldeide acetica. Infatti i due carboni contenuti in ciascuna molecola non hanno lo stesso s.o.; è  il carbonio legato all’ossigeno che varia la propria situazione elettronica: nel caso dell’etanolo il legame C-O è singolo, nell’aldeide acetica è doppio. Siccome l’ossigeno è fortemente elettronegativo, il carbonio aldeidico viene ulteriormente depauperato di carica rispetto al carbonio legato al gruppo alcolico -OH dell’etanolo; per questo motivo gli viene attribuito uno s.o. positivo. Consiglio allo studente, ai pochi altri temerari che a giugno si divertono con le redox (e a quelli che hanno preso il debito in chimica organica…) di esercitarsi trovando il numero di ossidazione di ciascun atomo all’interno delle seguenti formule di struttura, che nella figura sottostante sono messe il relazione con il processo redox illustrato:

Domanda: perchè l’aldeide acetica si ossida subitaneamente ad acido acetico? Rappresentate il meccanismo della reazione di ossidazione dell’acetaldeide al corrispondente acido carbossilico.

Ah! Dimenticavo: pubblico anche la soluzione dell’esercizio sulle parole nascoste. Ho ricevuto sollecitazioni anche per questo! A presto con gli ultimi post prima della pausa estiva.

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Purtroppo l’etanolo costituisce una delle cause più ricorrenti di incidenti stradali. È dimostrato che dosi anche relativamente basse di etanolo diminuiscono la capacità di guida. Il codice della strada fissa a 0,5 g/l il limite massimo di concentrazione dell’etanolo nel sangue.

Vi siete mai chiesti come funziona il test del palloncino? L’etanolo ingerito viene rapidamente assorbito dallo stomaco e dall’intestino tenue, distribuendosi nell’acqua corporea. La maggior parte dell’etanolo viene metabolizzato nell’organismo, mentre una piccola parte viene eliminato nelle urine, nel sudore e nell’aria espirata. Il test del palloncino sfrutta la reazione chimica che avviene tra l’etanolo espirato e alcuni sali. Si tratta di una reazione di ossido-riduzione.

Il palloncino gonfiabile è corredato da una fiala contenente dei sali che reagiscono con l’espirato. Esistono etilometri chimici di due tipi: il primo è ritenuto affidabile e sicuro in quanto non contiene dicromato di potassio; il secondo, considerato poco affidabile e pericoloso per l’ambiente e l’uomo, prevede l’utilizzo del dicromato di potassio. Siccome il funzionamento dell’etilometro senza dicromato è coperto da brevetto, concentriamoci sul secondo tipo per comprenderne la chimica sottesa.

I reagenti nella reazione implicata sono: dicromato di potassio, acido solforico ed etanolo (contenuto nel fiato). Attraverso una ossido-riduzione si ottengono i prodotti: solfato di cromo (considerato pericoloso), solfato di potassio, aldeide acetica (poi ossidata ad acido acetico) e acqua. E qui mi rivolgo agli studenti alle prese con le amate-odiate redox: sapreste trascrivere questa reazione e identificarne le specie ossidanti e riducenti? Non è difficile!

La caratteristica che permette di misurare la quantità di alcol è la variazione di colore che subisce la fiala, poichè reagenti e prodotti sono caratterizzati da differenti colorazioni (il dicromato di potassio è di colore giallo–arancio, mentre il solfato di cromo è verde–blu). Maggiore è la quantità di etanolo presente nel palloncino più questo reagirà con i sali, imprimendo alla fialetta un cambio di colore via via più deciso.

Un incidente stradale può essere la tragica conseguenza di un consumo occasionale di alcol, ma non basta evitare di bere prima di mettersi al volante. Gli alcolici agiscono in maniera subdola in quanto l’assunzione abituale provoca dipendenza. Il meccanismo secondo il quale l’etanolo provoca dipendenza è sconosciuto, ma si ipotizzano effetti a livello di corteccia cerebrale, particolarmente sensibile ai danni da abuso di alcol. L’etanolo è infatti un vero e proprio composto stupefacente che agisce a livello psichico e fisico. Il consumo eccessivo provoca danni a livello del sistema nervoso centrale e cardiocircolatorio, dell’apparato urinario, gastroenterico e genitale. Infine, un’osservazione alla luce di queste considerazioni: lungi da me sminuire gli effetti talvolta letali di sostanze quali quelle contenute nelle piante allucinogene e tossiche; occorre però dare il giusto peso ai vari tipi di stupefacenti. Insomma, che senso ha demonizzare il pur deprecabile consumo di marijuana sottovalutando gli effetti di una sostanza alla portata di tutti come l’etanolo? Basti pensare che nella classifica di pericolosità delle varie droghe stilata dalla rivista medica Lancet l’alcol occupa il quinto posto.

P.S. segnalo il meeting scientifico Droghe, alcol e incidenti stradali: un triangolo molto pericoloso, che si terrà a Imola l’11 maggio prossimo, organizzato dal gruppo di ricerca di analisi farmaco-tossicologica la cui responsabile è la prof.ssa Maria Augusta Raggi.

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Il faut être toujours ivre.

Tout est là:

c’est l’unique question.

Pour ne pas sentir

l’horrible fardeau du Temps

qui brise vos épaules

et vous penche vers la terre,

il faut vous enivrer sans trêve.

Mais de quoi?

De vin, de poésie, ou de vertu, à votre guise.

Mais enivrez-vous.

Et si quelquefois,

sur les marches d’un palais,

sur l’herbe verte d’un fossé,

dans la solitude morne de votre chambre,

vous vous réveillez,

l’ivresse déjà diminuée ou disparue,

demandez au vent,

à la vague,

à l’étoile,

à l’oiseau,

à l’horloge,

à tout ce qui fuit,

à tout ce qui gémit,

à tout ce qui roule,

à tout ce qui chante,

à tout ce qui parle,

demandez quelle heure il est;

et le vent,

la vague,

l’étoile,

l’oiseau,

l’horloge,

vous répondront:

“Il est l’heure de s’enivrer!

Pour n’être pas les esclaves martyrisés du Temps,

enivrez-vous;

enivrez-vous sans cesse!

De vin, de poésie ou de vertu, à votre guise.

Questa splendida poesia di Charles Baudelaire, ricordo dei tempi del liceo, si intitola Enivrez-vous. Ubriacatevi, ci consiglia il poeta. Senza mai fermarvi. Di vino, di poesia, di virtù, come vi pare. L’importante è non smettere mai.

Ovviamente la mia brava insegnante di francese non voleva spingerci all’alcolismo. Per evitare di fornire a qualche studente un comodo alibi per eventuali sbevazzate, forzava ironicamente l’interpretazione del testo poetico: l’ubriacatura è sana solo quando il vino, la poesia e la virtù coesistono nel giusto mix. Un virtuoso non esagera col vino e neanche con la virtù stessa. E la poesia è inconciliabile con la mancanza di lucidità provocata dall’eccesso di etanolo. In questo modo la prof salvava capra e cavoli: assecondava il suo desiderio di trasmetterci questo gioiello poetico e nel contempo si tutelava dai paraocchi dello stupido di turno. Chissà cosa ne pensava Baudelaire…. Forse non era il caso di manipolare più del dovuto la sfuggente impalpabilità di quel verso: mai esagerare, neppure per scherzo, nella spiegazione delle poesie! Dopotutto, chi vuole danneggiarsi il fegato lo fa a prescindere dalla poetica baudelairiana. E i veri goderecci sanno che il senso della misura è un must per chi vuole gustare appieno il vino. Quest’ultimo infatti è una complessa miscela di sostanze che esigono palati moderati e sapienti per essere apprezzate: avete mai visto un sommelier ubriaco? La moderazione nel consumo consapevole di questa bevanda è dovuta soprattutto al fatto che le sostanze caratterizzanti il bouquet aromatico di un determinato tipo di vino sono quelle presenti in minore quantità. Bere frettolosamente e in dosi massicce tende a mascherare proprio quegli aromi che conferiscono a un vino la sua impronta. Ad esempio, nel Cabernet Sauvignon è stato identificato un particolare composto, il 3-metiltio-1-propanolo (CH3-S-CH2-CH2-CH2-OH) derivante dall’aminoacido metionina, che impartisce al vino una peculiare nota dolce. Per determinarne la presenza e la quantità è stata usata la gas-cromatografia, dato che i classici metodi analitici non riescono a intercettare composti di concentrazione molto bassa. Eppure sono proprio quei componenti presenti in tracce e ultratracce che spesso fanno la differenza. Per esempio, è sufficiente una concentrazione di poche decine di ng/l di 2,4,6-tricloroanisolo per impartire al vino il classico, sgradevole gusto di tappo. Ma qual è la composizione generica di un vino? Il vino è una soluzione nella quale sono sempre presenti composti delle seguenti classi:

Acqua

Alcoli (etanolo, metanolo, alcoli superiori, glicerina)

Acidi organici (tartarico, malico, citrico, lattico, acetico)

Zuccheri (glucosio, fruttosio)

Gomme e pectine

Polifenoli (antociani, tannini …)

Sostanze minerali (sotto forma di anioni e cationi)

Sostanze volatili (acidi volatili, esteri, aldeidi, terpeni)

Vitamine

Gas disciolti (anidride carbonica, anidride solforosa, ossigeno)

L’importanza dell’alcol etilico (o etanolo) è determinante; si tratta infatti della sostanza a maggior concentrazione dopo l’acqua, e come tale essa influenza notevolmente il complesso dei caratteri organolettici. Oltre al sapore dolce, l’alcol etilico è responsabile della morbidezza del vino. È inoltre importantissima la sua capacità di solubilizzare tutti i composti importanti ai fini della costituzione del bouquet, che non sarebbero solubili in un mezzo esclusivamente acquoso. Infine l’etanolo è decisivo dal punto di vista della genuinità, in quanto è possibile riconoscere tramite specifiche analisi l’addizione di zucchero non proveniente dall’uva per aumentare artificiosamente (e illegalmente) il grado alcolico. Le conseguenze del suo consumo eccessivo, anche (e soprattutto) in bevande diverse dal vino le vedremo …nel prossimo post.

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