› Reattività metalli di transizione

 

 

Ferro +2/+3

Il ferro è un metallo di transizione conosciuto da tutti. La ruggine, un ossido idrato di ferro, è anch’essa da tutti conosciuta. E’ caratteristico il suo colore, dato dallo ione ferro nello stato di ossidazione +3. Tuttavia esiste anche il ferro nello stato di ossidazione +2, il cui colore è verde. Ciò si può notare facendo precipitare con della soda gli idrossidi,  da una soluzione rispettivamente di ferro(II) e ferro(III). Il primo è verde scuro, il secondo rosso mattone.

 

 

Rame con soda e ammoniaca

Il rame non ha bisogno di presentazioni. Nella stragrande maggioranza dei suoi composti si trova sempre nello stato di ossidazione +2, dal caratteristico colore blu. Tuttavia si possono avere più di una tonalità di blu, ad esempio facendo precipitare l’idrossido da una soluzione di rame(II) con della soda, o formando lo ione tetramminorame(II) con dell’ammoniaca.

 

 

Varietà cromatica

Nei metalli di transizione il colore è sicuramente un aspetto divertente. Gettando alcuni elementi in acido nitrico concentrato si ha la loro ossidazione, con formazione di idrogeno, ossidi di azoto e naturalmente degli ioni dei metalli. Questi ultimi hanno ognuno un colore caratteristico.

 

 

Questione di densità

Nei metalli di transizione troviamo i metalli più pesanti, fra cui il tungsteno, il metallo che viene usato per fabbricare i filamenti interni delle lampadine. La sua densità è di 19,3 g/cm3 (come quella dell’oro), cioè circa 1,7 volte quella del piombo e 11 volte quella del magnesio. Nel video vengono posti su bilancia un pezzo di magnesio e uno di tungsteno aventi lo stesso peso. Come però ben si nota, le dimensioni sono molto diverse. Il volume del pezzo di magnesio è circa 11 volte maggiore di quello del cilindretto di tungsteno. Chiaramente l’indice della bilancia indica parità di peso.

 

 

Anche il ferro galleggia

Chiunque sa che buttando un pezzo di ferro in acqua, questo va a fondo. Così si è indotti a pensare che questa sia una regola generale e incontrovertibile, cioè che il metallo, buttato in un liquido, debba precipitare a fondo. In realtà ciò non è sempre vero, poiché bisogna confrontare la densità del metallo con la densità del liquido su cui viene gettato. La regola generale, che è il “principio di Archimede” (in onore di Archimede di Siracusa, matematico e fisico greco vissuto nel III secolo a.C.), dice che un corpo immerso in un fluido riceve una spinta, dal basso verso l'alto, pari al peso del volume di liquido spostato. Chiaramente se buttiamo un bullone in acqua, meno densa del ferro, la spinta che questo riceve non basta a sollevarlo e farlo galleggiare. Ma se il liquido non è acqua bensì mercurio, metallo liquido a temperatura ambiente e con una densità superiore a quella del ferro, la spinta è superiore al peso del bullone di ferro e questo galleggerà.

 

 

Il mercurio congelato

Che il mercurio sia l’unico metallo liquido, lo si impara da bambini. Perché quasi a tutti sarà capitato di rompere un termometro contenente questo metallo, il quale schizza a terra raccogliendosi in tante piccole sferette sfuggenti. Volendo però essere precisi, dovremmo dire che il mercurio è l’unico metallo liquido a temperatura ambiente. Nell’ambito della tavola periodica, diciamo che è il metallo col più basso punto di fusione, che è a -39°C. Nel filmato una fialetta con dentro del mercurio viene immersa in azoto liquido, ben al di sotto della sua temperatura di fusione. Chiaramente questo solidifica, o se vogliamo congela, diventando per un po’ un metallo come tutti gli altri che conosciamo. Ovviamente fonderà non appena, tolto dall’azoto liquido, ritornerà sopra il suo punto di fusione, cioè a temperatura ambiente.

 

 

Le ossidoriduzioni

Le ossidoriduzioni sono delle reazioni in cui cambia lo stato di ossidazione di ioni o atomi. Questo avviene perché uno o più elettroni lasciano una specie per trasferirsi in un’altra, e chi rimane con degli elettroni in meno si dice che è ossidato, chi riceve questi elettroni si dice che viene ridotto. Così come si cambia un vecchio lavoro per un nuovo lavoro meglio pagato, e così come si cambia una vecchia macchina per una nuova, anche gli elettroni scelgono di trasferirsi per un buon motivo. Evidentemente si trovano meglio nella nuova condizione piuttosto che in quella che lasciano. Volendo essere più rigorosi e corretti diciamo che il sistema, nell’insieme, abbassa la sua energia potenziale in seguito a questo trasferimento, cioè gli elettroni lasciano una zona a potenziale più alto per andare in una zona a potenziale più basso. In fondo la natura ha sempre funzionato in questo modo: l’acqua scende sempre dall’alto verso il basso. E’ lo stesso motivo per cui preferiamo abitare al quinto piano piuttosto che al decimo: perché per arrivarci dobbiamo fare meno scale! Nel filmato una soluzione contenente ioni di rame(II) dà il caratteristico colore azzurro alla soluzione nel contenitore. Quando un chiodo di ferro viene messo in questa soluzione, alcuni elettroni degli atomi di ferro sono nella condizione di scegliere dove si trovano meglio: rimanere dove stanno o migrare sugli ioni di rame. Bè, questi fortunati elettroni non ci pensano due volte e iniziano a migrare verso gli ioni rame: lo fanno perché in tal modo si abbassa il loro potenziale. Non appena il chiodo viene immerso, inizia a ricoprirsi di una patina scura: è il rame che si forma quando gli ioni in soluzione ricevono gli elettroni che hanno abbandonato il ferro. Si dice che il rame è la specie ridotta, il ferro è la specie ossidata. Poiché tutto ciò avviene spontaneamente concludiamo che, a parer degli elettroni della nostra reazione, sul rame si sta meglio che sul ferro. Dopo mezz’ora vediamo che la patina di rame sul chiodo è aumentata, infatti la reazione impiega qualche ora per arrivare a completamento. Dopo 3 ore dall’inizio il rame ammassato sul chiodo è visibilmente aumentato, e anche il colore della soluzione è meno azzurro. Gli ioni ferro(II) derivanti dall’ossidazione cominciano a dare alla soluzione il loro colore verde pallido. Dopo undici ore la reazione si può considerare conclusa, infatti tutti gli ioni rame si sono ridotti e tutti il rame è intorno al chiodo. E’ avvenuta un’ossidoriduzione.

‹‹ Metalli di transizione