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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Ieri ho passato una giornata delirante: sono stata nominata commissario esterno per gli Esami di Stato in un Liceo Scientifico-Tecnologico, ed ho partecipato alla lunga correzione collegiale della seconda prova scritta di Fisica. Essendo un chimico di formazione ho particolarmente gradito la tipologia dei due temi proposti, poiché sia la meccanica quantistica sia le pile e i circuiti rientrano nelle conoscenze basilari che chiunque si occupi di chimica ha acquisito a livello universitario; in particolare le pile sono pane quotidiano, visto lo spazio che l’elettrochimica occupa in qualsiasi piano di studio dei futuri chimici. Dunque, dicevo, ho partecipato attivamente alla correzione delle prove con il collega di Fisica. Quello che mi ha più rattristato è stato il deludente livello di conoscenze chimiche anche negli studenti più brillanti: pochissimi hanno scritto qualcosa di sensato relativamente ai semplicissimi processi chimici che avvengono nella pila di Volta. Quasi tutti hanno confuso i segni convenzionali degli elettrodi, per non parlare della definizione di potenziale. Non che in Fisica brillassero…si sa, i ragazzi studiano sempre meno. Però nel Liceo Tecnologico la Fisica è pur sempre la disciplina della seconda prova, nei fatti è maggiormente presa in considerazione rispetto a Chimica o Biologia. Ad ogni modo credo che la responsabilità di questo stato di cose ricada anche sugli insegnanti chimici, e non perché non siano in gamba, ma per il loro eccesso di prudenza. Mi spiego meglio: un retroterra chimico è l’ideale per insegnare. Io e la stragrande maggioranza dei miei colleghi ci siamo laureati con il vecchio ordinamento, che prevedeva ben 30 corsi annuali di cui: 4 di area matematica, 3 di area fisica, 4 di area chimico-fisica (ai quali quasi sempre se ne aggiungevano altri; io per esempio ho sostenuto 6 esami di indirizzo chimico-fisico). Questo vuol dire che non siamo certo fisici, ma mastichiamo tutta la Fisica (e la Matematica) delle scuole superiori senza alcuna difficoltà, e riusciamo a seguire certe aree della Fisica a livelli abbastanza elevati; non siamo esperti di Scienze della Vita o della Terra, ma abbiamo tutti gli strumenti per decodificarle a partire dalle basi molecolari. Il tutto, s’intende, con molta umiltà. Non è la Chimica la scienza centrale? Stiamo sulla metà di un ponte: da una parte si trova la Fisica, dall’altra le Scienze. Per noi è relativamente semplice muoverci su entrambe le direzioni. Eppure stiamo immobili. Torturiamo gli studenti con gli orbitali e le configurazioni elettroniche, ben attenti a non allungare il piede nell’orticello del vicino. Magari lo disturbiamo. Inutile crogiolarsi in atteggiamenti vittimistici (la Chimica non è abbastanza considerata, i media ne danno un immagine negativa, ecc… ecc…) se poi ci piace lucidare ognuno la nostra mattonella perdendo di vista l’intero pavimento. Vengo al punto: perchè mai non dovremmo trattare certi argomenti in maniera più ampia? Ne abbiamo le competenze. E’ mai possibile leggere in un compito che il potenziale in chimica è …., invece in fisica il potenziale consiste in …. Il concetto di potenziale è sempre quello! Poi lo si declina nei più svariati contesti! Insomma, dai compiti d’esame si deduce che la pila è un certo tipo di oggetto per la Fisica, tutt’altra cosa per la Chimica. Ma perchè mai i docenti di Chimica e Fisica non si mettono d’accordo nel trattare gli argomenti? Perchè non avanzano proposte al Ministero per armonizzare i programmi? Soprattutto, perchè molti docenti di Chimica insegnano la loro materia fornendo regolette pronte all’uso, tanto poi “certi argomenti più profondi si affrontano in Fisica”? E perchè non cercano di espandere il contesto della Chimica al grande laboratorio della natura? Insomma, allarghiamoci. Senza perdere la nostra identità, semmai rafforzandola. Siamo noi che stiamo al centro del ponte, un luogo di passaggio importante che può divenire angusto se non ci diamo una mossa. Altrimenti non ci lamentiamo se gli studenti odiano la nostra materia, o se qualcuno se ne appropria senza averne le competenze. Dulcis in fundo, ho appena fatto in rapido giro in rete per controllare le soluzioni dei problemi d’esame; leggo da qualche parte che nella pila di Volta l’elettrodo di rame perderebbe elettroni, i quali combinandosi con ioni H+ formerebbero molecole di idrogeno H2. Forse è tardi, sono stanca e ho letto male ….

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